汽車泊車輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車泊車輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì),汽車,泊車,停車,輔助,系統(tǒng),設(shè)計(jì) SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 學(xué)生姓名 祁皓 系部 汽車交通與工程學(xué)院 專業(yè)、 班級 車輛工程07-3 指導(dǎo)教師姓名 齊益強(qiáng) 職稱 實(shí)驗(yàn)師 從事 專業(yè) 汽車運(yùn)用 是否外聘 □是否 題目名稱 汽車泊車輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義 設(shè)計(jì)目的和意義： 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸車輛及私家用車的不斷增加，不可避免的交通問題瞬時(shí)成為人們關(guān)注的問題。其中由于泊車事故發(fā)生的頻率高，已引起了社會和交通部門的高度重視。泊車事故發(fā)生的原因是多方面的，造成泊車時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于汽車正常行駛時(shí)的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而泊車事故給車主帶來許多麻煩，不僅經(jīng)濟(jì)上，更有人身傷害，例如撞上別人的車，如果傷及兒童更是不堪設(shè)想，基于此基礎(chǔ)，汽車高科技產(chǎn)品中，專為汽車泊位設(shè)置的“汽車泊車輔助系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生，汽車泊車輔助系統(tǒng)的加裝可以解決司機(jī)的不少麻煩，大大降低了泊車事故的頻率。由于存在視覺盲區(qū)，無法看清車附近狀況，司機(jī)在泊車時(shí)很容易發(fā)生事故。為了減少帶來的損失，需要有一種專門幫助司機(jī)安全泊車的裝置。目前市場上用于輔助司機(jī)泊車的裝置主要有：語音告警裝置、后視系統(tǒng)以及倒車?yán)走_(dá)等。語音告警裝置用于播放提示語以提醒車后的行人注意避讓正在泊車的汽車。這種裝置價(jià)格便宜且使用方便，缺點(diǎn)是只能對車后的行人起告警作用，對于其他障礙物則不起作用，所以其應(yīng)用范圍有限。后視系統(tǒng)是由視頻捕捉裝置和視頻播放裝置組成，通過視頻司機(jī)可以很直接地看到車后的障礙物。由于這類裝置的價(jià)錢較高，目前還沒有普及。 汽車泊車輔助系統(tǒng)，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者后視鏡的顯示通告司機(jī)車附近的狀況，解除了司機(jī)泊車和啟動車輛時(shí)前后左右探視所引起的麻煩，并幫助司機(jī)解決由視覺引起的缺陷，提高駕駛的安全性，泊車輔助系統(tǒng)的原理與普通雷達(dá)一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開發(fā)的。通過感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波來判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。司機(jī)在倒車時(shí)，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計(jì)算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使司機(jī)倒車時(shí)不至于撞上障礙物。 課題研究現(xiàn)狀： 通常的汽車泊車輔助系統(tǒng)主要由感應(yīng)器（探頭）、主機(jī)、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接受到的信號傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過顯示設(shè)備顯示出來。感應(yīng)器裝在后保險(xiǎn)杠上，以角45度輻射，檢測目標(biāo)，能探索到那些低于保險(xiǎn)杠而駕駛員從后窗又難以看見的障礙物并報(bào)警，如花壇、蹲在車后玩耍的兒童等；顯示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車距后面物體還有多少距離，到危險(xiǎn)距離時(shí)，蜂鳴器就開始鳴叫，提示駕駛員停車。根據(jù)感應(yīng)器種類不同，泊車輔助系統(tǒng)可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式。粘貼式感應(yīng)器后有1層膠，可直接粘在后保險(xiǎn)杠上；鉆孔式感應(yīng)器是在保險(xiǎn)杠上鉆一個(gè)洞，然后把感應(yīng)器嵌進(jìn)去；懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設(shè)備種類不同，泊車輔助系統(tǒng)又可分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機(jī)大小的盒子，安裝在駕駛臺上，直接有數(shù)字表示汽車與后面物體的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員一目了然。汽車泊車輔助系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)歷經(jīng)5代。 第一代的泊車輔助系統(tǒng)是轟鳴器。泊車時(shí)，如果車后1.5米-1.8米處有障礙物，轟鳴器就會開始工作，轟鳴越急，表示車輛離障礙物越近。沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對駕駛員幫助不大。 第二代泊車輔助系統(tǒng)可以顯示車后障礙物離車的距離。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物離車體距離有0.8米以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.6米-0.8米；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示離障礙物只有不到0.6米的距離，必須停止倒車。 第三代用液晶熒屏顯示，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍的障礙物的距離。該雷達(dá)動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。 結(jié)合一、二、三代泊車輔助系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器與數(shù)字顯示結(jié)合的設(shè)計(jì)。 第四代魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知2米內(nèi)的障礙物，并一不用等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語音功能，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。其外型就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置。 第五代倒車?yán)走_(dá)是專門為高檔轎車生產(chǎn)的，它的整合了高檔轎車具備的影音 系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。因?yàn)槭切缕?，售價(jià)也較高。 第四、五代泊車輔助系統(tǒng)造價(jià)較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以不選用其設(shè)計(jì)作為參考。 泊車輔助系統(tǒng)的測距方式有很多，（1）激光方式：激光具有高定向性，能以定向的光束無發(fā)散地直線傳播，單色性好，它可以達(dá)到的亮度比太陽光還高幾百億倍，相干性好，激光的頻率、振動方向、相位高度一直。因此激光波束近似直線性，很少擴(kuò)散，波束能量集中，傳輸距離較遠(yuǎn)。但它在對氣候的適應(yīng)能力方面具有局限性，因?yàn)榧す鉁y距方式受惡劣天氣、汽車激烈振動、發(fā)射鏡表面磨損、污染等因素影響，故不選擇此方式。（2）紅外線方式：紅外線可以人為制造，自然界中也廣泛存在，一般的生物都會輻射出紅外線，體現(xiàn)出來的宏觀小櫻就是熱度。紅外線測距系統(tǒng)成本低廉，但是容易受到天氣和路邊等物體紅外干擾的影響，在惡劣的天氣與環(huán)境下探測距離不能滿足要求。（3）毫米波方式：毫米波是微波的一個(gè)波段，品路在30-300G，顯影波長為1-10MM。不易受電子干擾，多目標(biāo)鑒別性能好，雷達(dá)分辨率高，但其價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故不選用。（4）超聲波方式：超聲波是頻率大于20khz的聲波，具有方向性強(qiáng)、能量衰減緩慢、在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，用于測距計(jì)算方法簡單，常用于非接觸式距離測量，其傳感器種類較多，用于超聲波指向性強(qiáng)，在傳輸過程中能量損耗慢，反射能力強(qiáng)，故選擇超聲波傳感器測距。 倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展實(shí)際上已經(jīng)融入了整車的設(shè)計(jì)，隨著技術(shù)的成熟，價(jià)格的降低，倒車?yán)走_(dá)將會逐漸普及成為標(biāo)準(zhǔn)配置。 二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 單片機(jī)及超聲波傳感器認(rèn)識及選擇 傳感器：超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 單片機(jī)：抗干擾性好，適用于惡劣環(huán)境的場合。耗能小，可用電池供電。 保證各模塊之間協(xié)調(diào)工作 軟件的編寫 掌握零部件的焊接技術(shù) 2、模擬解決的主要問題 （1） 學(xué)習(xí)有關(guān)編程的知識 （2） 單片機(jī)認(rèn)識及選擇 （3） 學(xué)習(xí)有關(guān)超聲波傳感器的知識 （4）超聲波發(fā)送和接受器設(shè)計(jì) （5）主機(jī)電路及軟件設(shè)計(jì)研究方法： （6）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) （7）報(bào)警器設(shè)計(jì) （8）顯示電路設(shè)計(jì) （9）總體電路焊接 （10）調(diào)整與測試 三、技術(shù)路線（研究方法） 基于超聲波防撞報(bào)警系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖 收集相關(guān)資料 撰寫開題報(bào)告 學(xué)習(xí)超聲波傳感器相關(guān)知識 學(xué)習(xí)單片機(jī)相關(guān)知識 超聲波發(fā)送和接受器設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 顯示電路設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 主機(jī)電路設(shè)計(jì) 報(bào)警器設(shè)計(jì) 總體電路焊接 成品雛形 測試與調(diào)整 四、進(jìn)度安排 1、對課題有關(guān)資料進(jìn)行收集，完成開題報(bào)告 第1~2周（3.1~3.13） 2、完成說明書綱要及目錄 第3周（3.14~3.20） 3、整體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（草稿） 第4周（3.21~3.27） 4、傳感器的選擇及設(shè)計(jì)和應(yīng)用 第5~6周（3.28~4.10） 5、超聲波發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì) 第7~9周（4.11~5.1） 6、主機(jī)（單片機(jī)）電路及軟件設(shè)計(jì)與分析 第10~13周（5.2~5.29） 7、完成說明書的撰寫及修改 第14周（5.30~6.5） 8、設(shè)計(jì)審核與修改 第15~16周（6.6~6.19） 9、畢業(yè)答辯 第17周（6.20~6.21） 五、參考文獻(xiàn) [1] 侯國章,賴一楠,田思慶.測試與傳感技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000 [2] 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社,2001 [4] 張鄂亮等.微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用.武漢：華中科技大學(xué)出版社,2001 [5] 楊欣,王玉鳳,劉湘黔.電子設(shè)計(jì)從零開始.北京：清華大學(xué)出版社2005 [6] 夏路易,石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程PROTELL99SE.北京：北京希望電子出版社,2002 [7]劉啟中李榮正 王力生 王威 P I C單片機(jī)原理及應(yīng)用[M[北京: 北京航天航空大學(xué)出 版社，2003，1-205 [8]李學(xué)海 PIC單片機(jī)使用教程. 基礎(chǔ)篇[M]北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2002，1-335 [9]李學(xué)海 PLC單片機(jī)使用教程. 提高篇[M] 北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2002，1-349 [10]高鵬 安濤 寇懷成 電路設(shè)計(jì)與制版一 PROTEL99入門與提高[M]] 北京: 人民郵電出版社，2000，1-305 [11]趙晶 電路設(shè)計(jì)與制版— PROTEL99高級應(yīng)用[M] 北京:人民郵電出版社，2000，1-405 [12]賈興泉連續(xù)波雷達(dá)數(shù)據(jù)處理[專著] 北京:國防工業(yè)出版社，2005，1-223 [13]黃培康，殷紅成，許小劍雷達(dá)目標(biāo)特性[專著] 北京:電子工業(yè)出版社，2005，1-338 [14]丁鎮(zhèn)生，傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用.第1版. 北京: 電子工業(yè)出版社，1998，1-23 [15]張志良單片機(jī)原理與控制技術(shù).第1版.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2001，1-56 [16]褚東升，劉濱，茶聲波，馬志強(qiáng).ISP技術(shù)在智能儀器遠(yuǎn)程升級中的應(yīng)用.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2002，1-46 [17] D. Tulone, S. Madden. PAQ: Time series forecasting for approximate query answering in sensor networks. In Proc. of the 3rd European Workshop on Wireless Sensor Networks, pp. 21-37, Feb 2006. 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日 SY-025-BY-5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 填表日期 年 月 日 迄今已進(jìn)行 7 周剩余 9 周 學(xué)生姓名 祁皓 系部 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)、班級 車輛B07-3班 指導(dǎo)教師姓名 齊益強(qiáng) 職稱 實(shí)驗(yàn)師 從事 專業(yè) 汽車運(yùn)用 是否外聘 □是■否 題目名稱 汽車泊車輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 填 寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度 已完成主要內(nèi)容 待完成主要內(nèi)容 1、收集畢業(yè)設(shè)計(jì)有關(guān)資料，完成開題報(bào)告； 2、確定系統(tǒng)整體電路； 3、繪制完成系統(tǒng)電路原理圖； 4、硬件焊接與調(diào)試。 1、 電路及軟件的設(shè)計(jì)，電路原理圖的繪制； 2、 撰寫設(shè)計(jì)說明書 存在問題及努力方向 對電路繪制軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，對軟件設(shè)計(jì)仍需進(jìn)一步學(xué)習(xí)。 學(xué)生簽字： 指導(dǎo)教師 意 見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室 意 見 教研室主任簽字： 年 月 日 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 汽車泊車輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 07-3 學(xué)生姓名： 祁皓 指導(dǎo)教師： 齊益強(qiáng) 職 稱： 實(shí)驗(yàn)師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of Car Parking Auxiliary System Candidate：Qi Hao Specialty：Vehicle Engineering Class： BW07-3 Supervisor：Experimentalist Division.Qi Yiqiang Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸車輛及私家用車的不斷增加，不可避免的交 通問題瞬時(shí)成為人們關(guān)注的問題。其中由于泊車事故發(fā)生的頻率高，已引起了社會和 交通部門的高度重視。泊車事故發(fā)生的原因是多方面的，造成泊車時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于 汽車正常行駛時(shí)的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而泊車事故給車 主帶來許多麻煩，不僅經(jīng)濟(jì)上，更有人身傷害，例如撞上別人的車，如果傷及兒童更 是不堪設(shè)想，基于此基礎(chǔ)，汽車高科技產(chǎn)品中，專為汽車泊位設(shè)置的“汽車泊車輔助 系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生，汽車泊車輔助系統(tǒng)的加裝可以解決司機(jī)的不少麻煩，大大降低了泊 車事故的頻率。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng) 常用于距離的測量。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí) 控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求。本系統(tǒng)工作過程中超聲波發(fā)射器 發(fā)出一系列的脈沖信號，由單片機(jī)對接收的信號依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動計(jì)算出車 與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單，成本低，制作方便，但其傳輸速度受天 氣影響較大，不能精確測距；因此大都用于汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測距中本文根據(jù)聲 波在空氣中傳播反射原理，以超聲波換能器為接口部件 該設(shè)計(jì)由超聲波發(fā)射模塊、信號接收模塊、單片機(jī)處理模塊、數(shù)碼顯示以及聲光 報(bào)警顯示模塊等部分組成，文中詳細(xì)介紹了測距器的硬件組成、檢測原理、方法以及 軟件結(jié)構(gòu)。接收電路使用 NE5532 及 LM311 芯片對回波信號進(jìn)行整波，對衰減后的信 號進(jìn)行了放大和整波，更好的實(shí)現(xiàn)了超聲波的接受，對單片機(jī)提供外部中斷信號。 關(guān)鍵詞：超聲波；報(bào)警；AT89S52；設(shè)計(jì)；調(diào)試 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT With the rapid development of our economy, transportation vehicles and private cars, inevitably increase traffic problems instantaneous become people concern. The accident happened because of high frequency meter has attracted social and communications departments are highly valued. Parking the cause of the accident is various, the accidents caused by parking when normally running far outweigh its car accident rates, especially the female driver and nonprofessional is more prominent. And parking accident brings a lot of trouble for owners, not only economically, more personal injury, such as hitting someone else's car, if injury and children is unimaginable, based on this foundation, car high-tech product, designed for car parking garages Settings “car auxiliary system“ appeared, car parking auxiliary system can solve the driver with a lot of trouble, and greatly reduce the frequency of parking accident. Due to the strong ultrasonic directivity slowly, and energy consumption in a medium transmission distance is farther, thus ultrasonic often used for distance measurement. Using ultrasonic detection tend to be quick, convenient, simple calculation, easy to achieve real- time control, and the precision in the measurement of industrial practical requirement can achieve. This system work process issued a series of ultrasonic pulse signal transmitter, by SCM according to receive the signal processing, automatic calculation lag between the distance between the car and the obstacles. Ultrasonic ranging principle, low cost, simple production convenient, but its transmission speed greatly influenced by the weather, not accurate location; So mostly used in automobile reverse radar etc close ranging according to airborne sound in ultrasonic transducer, reflected in the principle for interface components This design by ultrasound module, the signal receiving module and single-chip microcomputer processing module, digital display and the acousto-optic alarm display module components, this paper introduces in detail the range finder hardware composition, measuring principle, method and software structure. Receiving circuit NE5532 and LM311 chips used to echo signal of the wave, the attenuation of signal amplifier and the whole wave, better realize the ultrasound accepted, the SCM provide external interrupt signal. Keywords: ultrasonic; Alarm; AT89S52 devices; Design; debugging 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘要………………………………………………………………………………………I Abstract…………………………………………………………………………………II 第 1 章 緒論………………………………………………………………………………1 1.1 課題的研究目的…………………………………………………………………1 1.2 課題的的研究現(xiàn)狀………………………………………………………………2 1.3 課題主要內(nèi)容……………………………………………………………………3 第 2 章 汽車泊車輔助系統(tǒng)工作原理及硬件選擇………………………………4 2.1 汽車泊車輔助系統(tǒng)工作原理……………………………………………………4 2.2 超聲波測距原理………………………………………………………………4 2.3 單片機(jī)控制芯片………………………………………………………………5 2.4 超聲波發(fā)射與接收芯片……………………………………………………8 2.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………10 第 3 章 泊車輔助系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)……………………………………………………11 3.1 超聲波發(fā)射電路…………………………………………………………………11 3.2 超聲波接收電路…………………………………………………………………11 3.3 報(bào)警電路…………………………………………………………………………12 3.4 顯示電路…………………………………………………………………………13 3.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………14 第 4 章 軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………………………15 4.1 汽車泊車輔助系統(tǒng)測距的算法及系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)………………………15 4.2 主程序…………………………………………………………………………16 4.3 超聲波發(fā)生子程序……………………………………………………………18 4.4 超聲波接收中斷子程序…………………………………………………………19 4.5 顯示子程序………………………………………………………………………19 4.6 本章小結(jié)………………………………………………………………………23 第 5 章 各硬件單元的焊接及系統(tǒng)整體測試與調(diào)整……………………………24 5.1 系統(tǒng)硬件焊接………………………………………………………………24 5.2 系統(tǒng)硬件的測試………………………………………………………………25 5.3 系統(tǒng)軟件調(diào)整……………………………………………………………………36 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………28 結(jié)論………………………………………………………………………………………29 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………30 致謝………………………………………………………………………………………31 附錄………………………………………………………………………………………32 附錄 A 英文文獻(xiàn)與中文參考譯文… ………………………………………………32 附錄 B 整機(jī)原理圖… ………………………………………………………………39 附錄 C 實(shí)物效果圖…………………………………………………………………42 附錄 D 材料清單…………………………………………………………………… 44 附錄 E 源程序……………………………………………………………………… 46 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 1 - 第 1 章 緒 論 1.1 課題研究目的 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸車輛及私家用車的不斷增加，不可避免的交 通問題瞬時(shí)成為人們關(guān)注的問題。其中由于泊車事故發(fā)生的頻率高，已引起了社會和 交通部門的高度重視。泊車事故發(fā)生的原因是多方面的，造成泊車時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于 汽車正常行駛時(shí)的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而泊車事故給車 主帶來許多麻煩，不僅經(jīng)濟(jì)上，更有人身傷害，例如撞上別人的車，如果傷及兒童更 是不堪設(shè)想，基于此基礎(chǔ)，汽車高科技產(chǎn)品中，專為汽車泊位設(shè)置的“汽車泊車輔助 系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生，汽車泊車輔助系統(tǒng)的加裝可以解決司機(jī)的不少麻煩，大大降低了泊 車事故的頻率。由于存在視覺盲區(qū)，無法看清車附近狀況，司機(jī)在泊車時(shí)很容易發(fā)生 事故。為了減少帶來的損失，需要有一種專門幫助司機(jī)安全泊車的裝置。目前市場上 用于輔助司機(jī)泊車的裝置主要有：語音告警裝置、后視系統(tǒng)以及倒車?yán)走_(dá)等。語音告 警裝置用于播放提示語以提醒車后的行人注意避讓正在泊車的汽車。這種裝置價(jià)格便 宜且使用方便，缺點(diǎn)是只能對車后的行人起告警作用，對于其他障礙物則不起作用， 所以其應(yīng)用范圍有限。后視系統(tǒng)是由視頻捕捉裝置和視頻播放裝置組成，通過視頻司 機(jī)可以很直接地看到車后的障礙物。由于這類裝置的價(jià)錢較高，目前還沒有普及。 汽車泊車輔助系統(tǒng)，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者后視鏡的顯示通告 司機(jī)車附近的狀況，解除了司機(jī)泊車和啟動車輛時(shí)前后左右探視所引起的麻煩，并幫 助司機(jī)解決由視覺引起的缺陷，提高駕駛的安全性，泊車輔助系統(tǒng)的原理與普通雷達(dá) 一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開發(fā)的。通 過感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波來判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、 形狀等。只不過由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障 礙物與車的距離，并做出提示。司機(jī)在倒車時(shí)，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下， 由車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波 信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而計(jì)算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物 的位置，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使司機(jī)倒車時(shí)不至于撞上障礙物。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 2 - 1.2 課題的研究現(xiàn)狀 通常的汽車泊車輔助系統(tǒng)主要由感應(yīng)器（探頭） 、主機(jī)、顯示設(shè)備等三部分組成。 感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接受到的信號傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過顯示設(shè)備顯示 出來。感應(yīng)器裝在后保險(xiǎn)杠上，以角 45 度輻射，檢測目標(biāo)，能探索到那些低于保險(xiǎn) 杠而駕駛員從后窗又難以看見的障礙物并報(bào)警，如花壇、蹲在車后玩耍的兒童等；顯 示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車距后面物體還有多少距離，到危險(xiǎn)距離時(shí)，蜂 鳴器就開始鳴叫，提示駕駛員停車。根據(jù)感應(yīng)器種類不同，汽車泊車輔助系可分為粘 貼式、鉆孔式和懸掛式。粘貼式感應(yīng)器后有 1 層膠，可直接粘在后保險(xiǎn)杠上；鉆孔式 感應(yīng)器是在保險(xiǎn)杠上鉆一個(gè)洞，然后把感應(yīng)器嵌進(jìn)去；懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。 根據(jù)顯示設(shè)備種類不同，汽車泊車輔助系又可分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式。數(shù)字式 顯示設(shè)備是一只如傳呼機(jī)大小的盒子，安裝在駕駛臺上，直接有數(shù)字表示汽車與后面 物體的距離，并可精確到 1 厘米，讓駕駛員一目了然。汽車泊車輔助系發(fā)展到現(xiàn)在已 經(jīng)歷經(jīng) 5 代。 第一代的汽車泊車輔助系是轟鳴器。倒車時(shí)，如果車后 1.5 米-1.8 米處有障礙 物，轟鳴器就會開始工作，轟鳴越急，表示車輛離障礙物越近。沒有語音提示，也沒 有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對駕駛員幫助 不大。 第二代汽車泊車輔助系可以顯示車后障礙物離車的距離。這一代產(chǎn)品有兩種顯示 方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安 全距離，表示障礙物離車體距離有 0.8 米以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的 距離只有 0.6 米-0.8 米；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示離障礙物只有不到 0.6 米的距離， 必須停止倒車。 第三代用液晶熒屏顯示，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔， 只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍的障礙物的距離。該雷達(dá)動 態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過液 晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。 第四代魔幻鏡汽車泊車輔助系，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控 制，可全天候準(zhǔn)確地測知 2 米內(nèi)的障礙物，并一不用等級的聲音提示和直觀的顯示提 醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染 顯示等多功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語音功能，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 其外型就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 3 - 第五代汽車泊車輔助系是專門為高檔轎車生產(chǎn)的，它的整合了高檔轎車具備的影 音 系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看 DVD 影像。因?yàn)槭切缕?，售價(jià)也較高。 汽車泊車輔助系的發(fā)展實(shí)際上已經(jīng)融入了整車的設(shè)計(jì)，隨著技術(shù)的成熟，價(jià)格 的降低，倒車?yán)走_(dá)將會逐漸普及成為標(biāo)準(zhǔn)配置。 1.3 課題研究的主要內(nèi)容 利用超聲波測距原理，通過超聲波傳感器以及一系列的電器元件最終將汽車與障 礙物之間的距離對汽車駕駛員進(jìn)行提醒。 從而解決汽車駕駛員在進(jìn)行泊車的時(shí)候，由于視覺盲區(qū)，所導(dǎo)致事故的問題。 具體來說，本設(shè)計(jì)的第二章，對超聲波測距原理和汽車泊車輔助系統(tǒng)的工作原理 進(jìn)行了介紹并給出了超聲波測距原理圖以及汽車泊車輔助系統(tǒng)工作原理圖。而且對系 統(tǒng)硬件中需要使用的主要電子元器件進(jìn)行了選擇。第三章將對系統(tǒng)中，超聲波發(fā)射及 接受電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，還將對測距顯示電路及報(bào)警電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。在第四章中，將對系 統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中包括主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序顯示 子程序。第五章中，將對設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)硬件進(jìn)行焊接，最后將軟件編寫在系統(tǒng)硬件中， 并進(jìn)行調(diào)試，使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。 本設(shè)計(jì)主要解決的問題是： 第一、對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì) 第二、對系統(tǒng)軟件進(jìn)行編寫 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 4 - 第 2 章 汽車泊車輔助系統(tǒng)工作原理及硬件選擇 2.1 汽車泊車輔助系統(tǒng)工作原理 以單片機(jī)作為主控電路元件，以 12MHZ 晶振作為標(biāo)準(zhǔn)脈沖振蕩電路元件，通過軟 件編程實(shí)現(xiàn) 40KHZ 方波的產(chǎn)生，經(jīng)過放大驅(qū)動超聲波發(fā)射探頭產(chǎn)生諧振，發(fā)射超聲波 信號，同時(shí)單片機(jī)開中斷并開始計(jì)時(shí)，超聲波信號遇到障礙物后反射回來被超聲波接 收探頭接收，經(jīng)過整形濾波及放大驅(qū)動音頻譯碼器 LM311，鎖相后，該芯片 8 腳變?yōu)?低電平接在 INT1 上，關(guān)中斷，計(jì)時(shí)結(jié)束，根據(jù)超聲波測距原理：L=ct/2，調(diào)用測距 子程序，計(jì)算距離。除了設(shè)計(jì)主測距電路外還需設(shè)計(jì)好電源部分、聲光報(bào)警部分，及 其接口部分，以便很好的與上位機(jī)通訊，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。系統(tǒng)工作原理圖如下： 圖 2.1 汽車泊車輔助系統(tǒng)工作原理圖 2.2 超聲波測距原理 在超聲波探測電路中, 發(fā)射端輸出一系列脈沖方波, 其寬度為發(fā)射超聲波與接收 超聲波的時(shí)間間隔, 被測物距越遠(yuǎn), 脈沖寬度越大, 輸出脈沖個(gè)數(shù)與被測距離成正比。 超聲波測距的方法有多種, 如相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時(shí)間檢測法等。相 位檢測法雖然精度高, 但檢測范圍有限可檢測到汽車倒車中, 其障礙物與汽車的距離； 聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本文硬件設(shè)計(jì)采用超聲波往返時(shí)間檢測法, 其測 量原理圖如圖所示。 發(fā)射探頭 放大電路 AT89S52 數(shù)碼管顯示 報(bào)警接受探頭 放大電路 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 5 - 圖 2.2 超聲波測距原理圖 其原理為: 在超聲波發(fā)射器兩端輸入40KHZ 脈沖串, 脈沖信號經(jīng)過超聲波內(nèi)部振 子, 振蕩產(chǎn)生機(jī)械波, 并通過空氣介質(zhì)傳播到被測面, 由被測面反射到超聲波接收器 接收, 在超聲波接收器兩端, 信號是毫伏級的正弦波信號, 超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播 到接收器的時(shí)間, 即為往返時(shí)間。 超聲測距有脈沖回波法、共振法和頻差法,其中常用脈沖回波法測距。超聲波測 距的原理一般采用渡越時(shí)間法 ,其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波, 超聲波在空氣中傳 播至障礙物, 經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖, 測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的 時(shí)間, 再乘以超聲波在空氣中的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離, 即： L=c·t/2 (1) 式（1）中, L 為超聲傳感器與被測障礙物之間的距離, c 為超聲波在介質(zhì)(空氣) 中的傳輸速率, t 為超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間。超聲波在空氣中的傳播速度為: 00cT?? , 其中 T 為絕對溫度數(shù)值, 0273.15Tk?, 031.4Cms?。在測量精度 不是很高的情況下, 一般可以認(rèn)為 c 為常數(shù) 340m/s。由于溫度影響超聲波在空氣中 的傳播速度；超聲波反射回波又很難精確捕捉,致使超聲波在空氣中傳播的時(shí)間很難 精確測量。這些因素是使用超聲測距引起誤差的原因。 2.3 單片機(jī)控制芯片 AT89S52 是一種低功耗、高性能 cmos 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn) 品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程 器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾 多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 6 - 圖 2.3 AT89S52 管腳圖 （1）主要特性： 與 MCS-51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000 寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （2）管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 7 - P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它 可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸 出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下 拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣 故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出 地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù) 存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn) 時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門 電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由 于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷 0） P3.3 /INT1（外部中斷 1） P3.4 T0（記時(shí)器 0 外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器 1 外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí) 間。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 8 - （3） 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi) 振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。 有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任 何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （4） 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非 空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種 軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串 口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用 其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 2.4 超聲波發(fā)射與接收芯片 2.4.1 超聲波發(fā)射芯片 在超聲波發(fā)射電路中，需要對超聲波發(fā)射器進(jìn)行驅(qū)動，所以需要在電路中連接一 個(gè)超聲波傳感器的驅(qū)動器。 74ls04 為六組反向器， 共有54/7404、 54/74H04、 54/74S04、 54/74LS04 四種線 路結(jié)構(gòu)形式。 其引腳圖如下： 圖 2.4 74ls04 引腳圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 9 - 2.4.2 超聲波接受芯片 超聲波接受電路中用到兩個(gè)芯片，在超聲波接受器后先用 NE5532 運(yùn)算放大器， 對已經(jīng)衰減的超聲波信號進(jìn)行放大。是一種雙運(yùn)放高性能低噪聲運(yùn)算放大器。 相比 較大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器，如 1458，它顯示出更好的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動能力 和相當(dāng)高的小信號和電源帶寬。這使該器件特別適合應(yīng)用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設(shè)備， 儀器和控制電路和電話通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建議使用 5532A 版， 因?yàn)樗鼙ＷC噪聲電壓指標(biāo)。其特點(diǎn)是更好的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動能力和相當(dāng)高 的小信號和電源帶寬，這使得該器件特別適合用在專業(yè)的儀器和控制電路中。前兩級 放大電路構(gòu)成 10 000 倍的放大器，對正弦波信號進(jìn)行足夠放大。其主要電特性如下： NE5532 極限參數(shù)： 參數(shù) 符號 NE5532 單位 電源電壓 Vcc ±22 V 差分輸入電壓 Vdif ±13 V 輸入電壓 Vi 提供電壓 V 功耗，T A=25℃ PD 1100 mW 工作溫度 TOPR 0~70 ℃ NE5532 電氣參數(shù) 參數(shù) 符號 測試條件 最小值 標(biāo)準(zhǔn) 最大值 單位 輸入失調(diào)電壓 VIO - - 0.5 4.0 mv 輸入失調(diào)電流 IIO - - 10 150 nA 輸入偏置電流 IBIAS - - 200 800 nA 供電電流 ICC - - 6.0 16 mA 輸入電壓范圍 VI(R) - ±12 ±13 - V 共模抑制范圍 CMRR TA=25℃ 70 100 - dB 電源抑制比 PSRR TA=25℃ 輸出電壓范圍 VO(P-P) RL≥600Ω ±12 ±13 - V 輸入電阻 RI TA=25℃ 30 300 - KΩ 短路電流 ISC - - 38 - mA 過調(diào) OS RL=600Ω,CL=100P F - 10 20 % 電壓增益 GV f=10kHz 2 2.2 - V/mv 增益帶寬 GBW CL=100PF, RL=600Ω 8 10 - MHz 轉(zhuǎn)換速率 SR RL=1K,CL=100PF RL=600Ω - 6 8.0 V/us 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 10 - 輸入噪聲電壓 eN fo=30Hz fo=1kHz - 8.0 5.0 - nv/√Hz 其引腳圖如下： 圖 2.5 NE5532 引腳圖 在運(yùn)算放大器后，還要對已經(jīng)放大的信號進(jìn)行整波，所以本設(shè)計(jì)選用 LM311。LM311 是一種多用途的電壓比較器，采用集成 LM311-8 比較器對前級放大信 號進(jìn)行調(diào)理。其主要特性如下表 LM311 絕對最大額定值： Total Supply Voltage (V84) 總供給電壓（V84） 36V Output to Negative Supply Voltage (V74)輸出到負(fù)電源電壓 （V74） 40V Ground to Negative Supply Voltage (V14) 地到負(fù)電源電壓 （v14) 30V Differential Input Voltage 差分輸入電壓 ±30V Input Voltage (Note 13) 輸入電壓（注 13） ±15V Power Dissipation (Note 14) 功耗（注 14） 500 mW ESD Rating (Note 19) ESD 額定值（注 19） 300V Operating Temperature Range 工作溫度范圍 0℃ to 70℃ Output Short Circuit Duration 210℃ 10 sec 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 11 - LM311 電氣特性： Parameter 參數(shù) Conditions 測試條件 Min 最小 Typ 典型 Max最大 Units單位 Input Offset Voltage 輸入偏移電壓 （注 16） TA=25℃, RS≤50k 2.0 7.5 mV Input Offset Current 輸入失調(diào)電流 （注 16） TA=25℃ 6.0 50 nA Input Bias Current 輸入偏置電流 TA=25℃ 100 250 nA Voltage Gain 電壓增益 TA=25℃ 40 200 V/mV Response Time (Note 17) 響應(yīng)時(shí)間 （注 17） TA=25℃ 200 ns Saturation Voltage 飽和電壓 VIN≤?10 mV, IOUT=50 mA TA=25℃ 0.75 1.5 V Strobe ON Current (Note 18) TA=25℃ 2.0 5.0 mA Output Leakage Current 輸出漏電流 VIN≥10 mV, VOUT=35V TA=25℃, ISTROBE=3 mA V? = Pin 1 = ?5V 0.2 50 nA Input Offset Voltage 輸入偏移電壓 （注 16） RS≤50K 10 mV Input Offset Current 輸入失調(diào)電流 （注 16） 70 nA Input Bias Current 輸入偏置電流 300 nA Input Voltage Range 輸入電壓范圍 ?14.513.8,-14.713.0 V Saturation Voltage 飽和電壓 V+≥4.5V, V?=0 VIN≤?10 mV, IOUT≤8mA 0.23 0.4 V Positive Supply Current 正電源電流 TA=25℃ 5.1 7.5 mA Negative Supply Current 負(fù)電源電流 TA=25℃ 4.1 5.0 mA LM311 引腳圖如下： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 12 - 圖 2.6 LM311 引腳圖 2.5 本章小結(jié) 本章中，主要對本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工作原理;超聲波測距原理進(jìn)行了分析與概括，還 對系統(tǒng)控制芯片以及超聲波發(fā)射與接受模組中用到的單片機(jī)和芯片進(jìn)行了選擇。 在設(shè)計(jì)的過程中，對于超聲波測距原理，其大部分信息來自老師的講解。在設(shè)計(jì) 之初對超聲波測距原理及汽車泊車輔助系統(tǒng)的工作原理完全沒有思路，在老師的指導(dǎo) 下，查閱大量資料，才對汽車泊車輔助系統(tǒng)的原理有了較深刻的認(rèn)識與理解。 在單片機(jī)與超聲波發(fā)射與接受模組芯片的選擇中，主要本著以下幾點(diǎn)原則，性能 優(yōu)異；各元件兼容性；各元件的電壓以及系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性。保證系統(tǒng)能夠運(yùn)行并且 運(yùn)行穩(wěn)定的前提下，降低設(shè)計(jì)成本。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 13 - 第 3 章 超聲波傳感器電路設(shè)計(jì) 3.1 超聲波發(fā)射電路 在超聲波發(fā)射電路中，由單片機(jī)提供的 40KHz 方波信號由 74LS04 的第三引腳 接入集成電路，再由 2 引腳連接第 5 引腳、11 引腳和 14 引腳，再用第 4 引腳連接 7 引腳和 9 引腳，最后由第 6 引腳，第 10 引腳，第 12 引腳，第 15 引腳分別連接電容 負(fù)方向。 圖 3.1 超聲波發(fā)射電路原理圖 考慮到發(fā)射頭一般需要 5 個(gè)方波周期達(dá)到穩(wěn)定震蕩狀態(tài)的 95%，經(jīng) 1.5 倍上升時(shí) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 14 - 間達(dá)穩(wěn)定震蕩狀態(tài)的 99%。為保證最大程度的觸發(fā)，單片機(jī)每組產(chǎn)生 12 個(gè)帶寬為 12 μs 的方波經(jīng)調(diào)理電路傳到發(fā)射頭。 在發(fā)射電路中， 總 是 可 以 區(qū) 分 為 驅(qū) 動 的 源 和 被 驅(qū) 動 的 負(fù) 載 。 如 果 負(fù) 載 電 容 比 較 大 ， 驅(qū) 動 電 路 要 把 電 容 充 電 、 放 電 ， 才 能 完 成 信 號 的 跳 變 ， 兩 個(gè) 連 接 在 傳 感 器 的 電 容 能 夠 幫 助 壓 電 式 超 聲 波 換 能 器 （ 超 聲 波 發(fā) 射 探 頭 ） 一 方 面 提 高 反 向 器 的 驅(qū) 動 能 力 ， 另 一 方 面 可 以 增 加 超 聲 波 換 能 器 的 阻 尼 效 果 ， 縮 短 其 自 由 震 蕩 的 時(shí) 間 。 3.2 超聲波接收放大電路 超聲波在空氣中傳播的衰減程度隨傳播距離的增加而增大，所以反射回來被接收 頭收到的信號非常微弱，不能直接送入后級電路處理，首先要經(jīng)過信號放大。超聲波 接收放大電路如下圖： 圖 3.2 超聲波接收電路原理圖 被接收頭收到的回波信號為正弦波信號，信號強(qiáng)度一般只有幾十毫伏。接收部分 前置放大電路是由集成運(yùn)放 NE5532 組成的自舉式同向交流放大電路。前兩級放大電 路構(gòu)成 10 000 倍的放大器，對正弦波信號進(jìn)行足夠放大。后級采用集成 LM311-8 比 較器對前級放大信號進(jìn)行調(diào)理，通過 IN-引腳引入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電平，輸入包絡(luò)信號的電 位高于標(biāo)準(zhǔn)電平則為 1，低于標(biāo)準(zhǔn)電平則為 0，將包絡(luò)信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)可識別的中 斷脈沖信號。當(dāng)與單片機(jī)的中斷輸入端相連的 LM311 的第 7 管腳輸出一個(gè)低電平時(shí)， 計(jì)數(shù)器立即停止計(jì)時(shí)并保存數(shù)據(jù)。 3.3 報(bào)警電路 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 15 - 聲光報(bào)警是指當(dāng)汽車泊車輔助系統(tǒng)探測到的距離小于所設(shè)定的安全值時(shí)，發(fā)出聲 音提醒駕駛員，報(bào)警電路設(shè)計(jì)如下圖所示。報(bào)警電路模塊由 VCC 電源驅(qū)動，當(dāng)所測距 離小于所設(shè)安全值時(shí)，89C51 單片機(jī)發(fā)出信號，設(shè)置報(bào)警狀態(tài)，信號由 pnp 型三極管 進(jìn)行放大，總而驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲對駕駛員進(jìn)行提示。 圖 3.3 報(bào)警電路原理圖 3.4 顯示電路 在顯示電路中，本設(shè)計(jì)選用 3 個(gè) 1 位共陰極數(shù)碼管，由于本設(shè)計(jì)是應(yīng)用數(shù)碼管的 動態(tài)顯示，故對數(shù)碼管做動態(tài)驅(qū)動，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8 個(gè)顯示筆 “a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外每個(gè)數(shù)碼管的共極 com 增加位選通控 制控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制。 3.5 本章小結(jié) 本章中對汽車泊車輔助系統(tǒng)的各模塊電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，發(fā)射電路所 需的 40KHz 方波由 89C51 單片機(jī)提供，經(jīng) CD4049 集成芯片對超聲波發(fā)射器進(jìn)行驅(qū)動， 從而發(fā)出超聲波，再由超聲波接受器接收信號，經(jīng) NE5532 放大，LM311 芯片正波， 再將信號傳入單片機(jī)進(jìn)行中斷，本設(shè)計(jì)中，89C51 單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，顯示驅(qū)動，報(bào)警 信號的發(fā)出等工作，再由數(shù)碼管，蜂鳴器完成距離顯示和報(bào)警的工作。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 16 - 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 4.1 汽車泊車輔助系統(tǒng)測距的算法及系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 在啟動發(fā)射電路的同時(shí)啟動單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記 錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端 產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè)中斷請求信號，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請 求，執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。 4.2 主程序 晶振采用 6M，P1 口為數(shù)碼管段輸出口，P3.0~P3.2 為數(shù)碼管位輸出口，P3.5 超 聲波發(fā)送輸出，P3.7 超聲波接收。 超聲波測距 中斷入口程序 ORG 0000H ljmp start ORG 002BH 主程序 void main() //主函數(shù) { EA=1; //開中斷 TMOD=0x11; //設(shè)定時(shí)器 0 為計(jì)數(shù)，設(shè)定時(shí)器 1 定時(shí) ET0=1; //定時(shí)器 0 中斷允許 ET1=1; //定時(shí)器 1 中斷允許 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 17 - TH0=0x00; TL0=0x00; TH1=0x9E; TL1=0x57; csbds=0; csbint=1; csbout=1; cl=0; ōpto=0xff; jpjs=0; sj1=45; sj2=200; sj3=400; k4cl(); TR1=1; while(1) { keyscan(); if(jpjssj3) { buffer[2]=0x76; buffer[1]=0x76; buffer[0]=0x76; } else if(s=1; //循環(huán)右移 1 位 } } 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 20 - void timeToBuffer()//轉(zhuǎn)換段碼功能模塊 { xm0=s/100; xm1=(s-100*xm0)/10; xm2=s-100*xm0-10*xm1; buffer[2]=convert[xm2]; buffer[1]=convert[xm1]; buffer[0]=convert[xm0]; } void delay(i) { while(--i); } void timer1int (void) interrupt 3 using 2 { TH1=0x9E; TL1=0x57; csbds++; 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 21 - if(csbds=40) { csbds=0; cl=1; } } void csbcj() { if(cl==1) { TR1=0; TH0=0x00; TL0=0x00; i=10; while(i--) { csbout=!csbout; } TR0=1; i=mqs; //盲區(qū) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 22 - while(i--) { } i=0; while(csbint) { i++; if(i=2450) //上限值 csbint=0; } TR0=0; TH1=0x9E; TL1=0x57; t=TH0; t=t*256+TL0; s=t*csbc/2; TR1=1; cl=0; } } 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 23 - 4.6 本章小結(jié) 本章中隊(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主程序的設(shè)計(jì)中主要有主程序復(fù)位，數(shù)碼管和 計(jì)數(shù)器的初始化，在發(fā)射了方波之后，是否有回波被接收到，決定了程序的復(fù)位還是 外部中斷，在沒有回波的情況下，主程序執(zhí)行復(fù)位動作，繼續(xù)發(fā)射方波，直到接收到 回波，單片機(jī)進(jìn)行外部中斷，執(zhí)行顯示子程序，最后結(jié)束。在定時(shí)器中斷子程序中， 先進(jìn)行定時(shí)器初始化，執(zhí)行發(fā)射子程序，在發(fā)射未完成的情況下繼續(xù)執(zhí)行發(fā)射子程序， 當(dāng)發(fā)射完成后，推出定時(shí)器中斷子程序，并返回主程序。在外部中斷子程序中，由外 部中斷入口開始，執(zhí)行關(guān)總中斷，關(guān)計(jì)數(shù)器中斷，送單片機(jī)數(shù)值，計(jì)算距離，后打開 中斷返回主程序。在設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多困難，在老師的幫助下，對遇到的困難 進(jìn)行了解決， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 24 - 第 5 章 各硬件單元的焊接及系統(tǒng)整體測試與 調(diào)整 5.1 系統(tǒng)硬件焊接 在電路板的制作過程中，元件的焊接是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，焊接質(zhì)量直接影響 到電路工作的可靠性。因此，焊接技術(shù)是完成硬件焊接的基本功，只有熟練的掌握焊 接技術(shù)，才能保證電路的焊接質(zhì)量，以減少電路在調(diào)試中的不必要的故障隱患。所以， 在進(jìn)行系統(tǒng)硬件的焊接之前，必須對電路的焊接技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。 焊接質(zhì)量包括：電器的可靠連接，機(jī)械性能牢固和光潔美觀三個(gè)方面，其中最關(guān) 鍵的一點(diǎn)是必須避免虛焊。 使用工具：內(nèi)熱式電烙鐵;焊錫絲；助焊劑（松香） ；尖嘴鉗，偏口鉗，鑷子，小 刀等。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 25 - 圖 5.1 焊接工具 在焊接過程中出現(xiàn)的問題： 1、焊錫用量過多,形成焊點(diǎn)的錫堆積；焊錫過少,不足以包裹焊點(diǎn)。 2、冷焊。焊接時(shí)烙鐵溫度過低或加熱時(shí)間不足,焊錫未完全熔化、浸潤、焊錫表 面不光亮(不光滑),有細(xì)小裂紋。 3、夾松香焊接,焊錫與元器件或印刷板之間夾雜著一層松香,造成電連接不良。 若夾雜加熱不足的松香,則焊點(diǎn)下有一層黃褐色松香膜；若加熱溫度太高,則焊點(diǎn)下有 一層碳化松香的黑色膜。對于有加熱不足的松香膜的情況,可以用烙鐵進(jìn)行補(bǔ)焊。對 于已形成黑膜的,則要“吃“凈焊錫,清潔被焊元器件或印刷板表面,重新進(jìn)行焊接才行。 4、焊錫連橋。指焊錫量過多,造成元器件的焊點(diǎn)之間短路。這在對超小元器件及 細(xì)小印刷電路板進(jìn)行焊接時(shí)要尤為注意。 5、焊劑過量,焊點(diǎn)明圍松香殘?jiān)芏唷．?dāng)少量松香殘留時(shí),可以用電烙鐵再輕輕 加熱一下,讓松香揮發(fā)掉,也可以用蘸有無水酒精的棉球,擦去多余的松香或焊劑。 6、焊點(diǎn)表面的焊錫形成尖銳的突尖。這多是由于加熱溫度不足或焊劑過少，以 及烙鐵離開焊點(diǎn)時(shí)角度不當(dāng)浩成的內(nèi)。 5.2 系統(tǒng)硬件的調(diào)試 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 26 - 由于本設(shè)計(jì)涉及的模塊比較多，包括了超聲波測距模塊，單片機(jī)模塊，顯示報(bào)警， 所以調(diào)試起來比較費(fèi)力，設(shè)計(jì)的不定因素也比較多，所以，調(diào)試的時(shí)候采用了分塊調(diào) 試的方法，排除了各個(gè)模塊的干擾。 在電路安裝完畢后，不要急于通電測試，而首先必須做好調(diào)試前的檢查工作。 檢查連線情況。 經(jīng)常碰到的有錯(cuò)接（即連線的一端正確，而另一端誤接）、少接（指安裝時(shí)漏接 的線）及多接（指在電路上完全是多余的連線），等連線錯(cuò)誤。檢查連線可以直接對 照電路原理圖進(jìn)行，但若電路中布線較多，則可以以元器件（如運(yùn)放、三極管）為中 心，依次檢察查其引腳的有關(guān)連線，這樣不僅可以查出錯(cuò)接或少接的線，而且也較易 發(fā)現(xiàn)多余的線。 為確保連線的可靠，在查線的同時(shí)，還可以用萬用表電阻檔對接線作連通檢查， 而且最好在器件外引線處測量，這樣有可能查出某些“虛焊”的隱患。 檢查元器件安裝情況：元器件的檢查，重點(diǎn)要查集成運(yùn)放、三極管、二極管、電 解電容等外引線與極性有否接錯(cuò)，以及外引線間有否短路，同時(shí)還須檢查元器件焊接 處是否可靠。這里需要指出，在焊接前，必須對元器件進(jìn)行檢測，確保元器件能正常 工作，以免給調(diào)試帶來不必要的麻煩。 檢查電源輸入端與公共接地端間有否短路在通電前，還需用萬用表檢查電源輸入 端與地之間是否存短路，若有則須進(jìn)一步檢查其原因。 在完成了以上各項(xiàng)檢查并確認(rèn)無誤后，才可通電調(diào)試，但此時(shí)應(yīng)注意電源的正、 負(fù)極性不能接反。 5.3 系統(tǒng)軟件調(diào)整 在程序燒寫前，要對 AT89S52 單片機(jī)程序燒寫的設(shè)備進(jìn)行了解，本設(shè)計(jì)采用的 匯編語言是一種用文字助記符來表示機(jī)器指令的符號語言，是最接近機(jī)器碼的一 種語言。其主要優(yōu)點(diǎn)是占用資源少、程序執(zhí)行效率高。但是不同的 CPU，其匯編語言 可能有所差異，所以不易移植。所以本次設(shè)計(jì)選用 C 語言。 對于目前普遍使用的 RISC 架構(gòu)的 8bit MCU 來說，其內(nèi)部 ROM、RAM、STACK 等資 源都有限，如果使用 C 語言編寫，一條 C 語言指令編譯后，會變成很多條機(jī)器碼，很 容易出現(xiàn) ROM 空間不夠、堆棧溢出等問題。而且一些單片機(jī)廠家也不一定能提供 C 編 譯器。而匯編語言，一條指令就對應(yīng)一個(gè)機(jī)器碼，每一步執(zhí)行什么動作都很清楚，并 且程序大小和堆棧調(diào)用情況都容易控制，調(diào)試起來也比較方便。所以在資源較少單片 機(jī)開發(fā)中，建議采用匯編語言比較好。 C 語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編 語言的功能。C 語言有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 27 - 植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C 語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它 支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，C 語言程序具 有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保 障。因此，使用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。用 C 語言來編寫目 標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充， 從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用 C 語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開 發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。所以作為一個(gè)技術(shù)全面并涉足較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)開發(fā)的單片 機(jī)開發(fā)人員最好能夠掌握基本的 C 語言編程。使用 C 語言肯定要使用到 C 編譯器， 以便把寫好的 C 程序編譯為機(jī)器碼，這樣單片機(jī)才能執(zhí)行編寫好的程序。 KEIL UVISION2 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不 同公司的 MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時(shí)還支持，PLM， 匯編和 C 語言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟 VC++的界面相似，界面友好，易 學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。因此本系統(tǒng)采用 KEIL UVISION2 進(jìn)行軟件的編寫和調(diào)試。 超聲波接收發(fā)射調(diào)試過程 把燒錄好的芯片放置在電路中，接上電源，檢驗(yàn)程序是否如自己所設(shè)計(jì)的那樣可 以實(shí)現(xiàn)所要求的功能。如果電路板上的結(jié)果和設(shè)想的不同，由于在硬件檢查部分已經(jīng) 確定了硬件沒問題。則應(yīng)該是軟件部分即程序方面的問題。需要檢查程序。首先檢查 紅外接收部分，用示波器檢查紅外接收管的輸出口或是 INT0 口的波形是否正確。紅 外接收部分沒有問題后再調(diào)試電機(jī)部分，看電機(jī)是否能按照遙控要求那樣轉(zhuǎn)動。然后 是超聲波部分，主要看數(shù)碼管的現(xiàn)實(shí)是否正常，還有就是控制按鈕是否按要求控制。 因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)確定硬件沒有問題了，所以，在軟件調(diào)試的時(shí)候可以結(jié)合硬件來在線調(diào) 試，這樣很直觀，而且發(fā)現(xiàn)問題也很容易。 調(diào)試程序如下： #define k1 P3_4 #define csbout P3_5 #define csbint P3_7 #define csbc=0.034 #define bg P3_3 unsigned char csbds,opto,digit,buffer[3],xm1,xm2,xm0,key,jpjs; unsigned char convert[10]={0x3F,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//0~9 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) - 28 - unsigned int s,t,i, xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,s