车辆工程毕业设计（论文）-汽车泊车辅助系统设计【全套设计】 .doc

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1、本科学生毕业设计本科学生毕业设计 汽车泊车辅助系统设计汽车泊车辅助系统设计 系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 学生姓名： 指导教师： 职 称： 实验师 The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Car Parking Auxiliary System Candidate：Qi Hao Specialty：Vehicle Engineering Class： BW07-3 Supervisor：Experimentalist Division.Qi Yiqiang Heilongjiang Institute o

2、f Technology I 摘 要 随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避免的交 通问题瞬时成为人们关注的问题。其中由于泊车事故发生的频率高，已引起了社会和 交通部门的高度重视。泊车事故发生的原因是多方面的，造成泊车时的事故率远大于 汽车正常行驶时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而泊车事故给车 主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更 是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“汽车泊车辅助 系统”应运而生，汽车泊车辅助系统的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了泊 车事故的频率。 全套设计，加全套设

3、计，加 153893706153893706 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经 常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时 控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。本系统工作过程中超声波发射器 发出一系列的脉冲信号，由单片机对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车 与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低，制作方便，但其传输速度受天 气影响较大，不能精确测距；因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中本文根据声 波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件 该设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块

4、、数码显示以及声光 报警显示模块等部分组成，文中详细介绍了测距器的硬件组成、检测原理、方法以及 黑龙江工程学院本科生毕业设计 软件结构。接收电路使用 NE5532 及 LM311 芯片对回波信号进行整波，对衰减后的信 号进行了放大和整波，更好的实现了超声波的接受，对单片机提供外部中断信号。 关键词关键词：超声波；报警；AT89S52；设计；调试 黑龙江工程学院本科生毕业设计 II ABSTRACT With the rapid development of our economy, transportation vehicles and private cars, inevitably inc

5、rease 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 it

6、s 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 elses car, if injury and children is unimaginable, based on this foundation, car hig

7、h-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 mediu

8、m 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

9、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 g

10、reatly 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-chi

11、p 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 wav

12、e, 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 目 录 摘要I AbstractII 第 1 章 绪论1 1.1 课题的研究目的1 1.2 课题的的研究现状2 1.3 课题主要内容3 第 2 章 汽车泊车辅助系统工作原理及硬件选择汽车泊

13、车辅助系统工作原理及硬件选择4 2.1 汽车泊车辅助系统工作原理4 2.2 超声波测距原理4 2.3 单片机控制芯片5 2.4 超声波发射与接收芯片8 2.5 本章小结10 第 3 章 泊车辅助系统电路设计11 3.1 超声波发射电路11 3.2 超声波接收电路11 3.3 报警电路12 3.4 显示电路13 3.5 本章小结14 第 4 章 软件设计15 4.1 汽车泊车辅助系统测距的算法及系统程序设计15 4.2 主程序16 4.3 超声波发生子程序18 4.4 超声波接收中断子程序19 4.5 显示子程序19 4.6 本章小结23 第 5 章 各硬件单元的焊接及系统整体测试与调整24 5

14、.1 系统硬件焊接24 5.2 系统硬件的测试25 5.3 系统软件调整36 5.4 本章小结28 结论29 参考文献30 致谢31 附录32 附录 A 英文文献与中文参考译文32 附录 B 整机原理图39 附录 C 实物效果图42 附录 D 材料清单44 附录 E 源程序46 - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究目的 随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避免的交 通问题瞬时成为人们关注的问题。其中由于泊车事故发生的频率高，已引起了社会和 交通部门的高度重视。泊车事故发生的原因是多方面的，造成泊车时的事故率远大于 汽车正常行驶时的事故率，尤其是非职业驾驶员

15、以及女性更为突出。而泊车事故给车 主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更 是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“汽车泊车辅助 系统”应运而生，汽车泊车辅助系统的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了泊 车事故的频率。由于存在视觉盲区，无法看清车附近状况，司机在泊车时很容易发生 事故。为了减少带来的损失，需要有一种专门帮助司机安全泊车的装置。目前市场上 用于辅助司机泊车的装置主要有：语音告警装置、后视系统以及倒车雷达等。语音告 警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在泊车的汽车。这种装置价格便 宜且使用方便，缺点是只能对车后的行

16、人起告警作用，对于其他障碍物则不起作用， 所以其应用范围有限。后视系统是由视频捕捉装置和视频播放装置组成，通过视频司 机可以很直接地看到车后的障碍物。由于这类装置的价钱较高，目前还没有普及。 汽车泊车辅助系统，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者后视镜的显示通告 司机车附近的状况，解除了司机泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的麻烦，并帮 助司机解决由视觉引起的缺陷，提高驾驶的安全性，泊车辅助系统的原理与普通雷达 一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通 过感应装置发出超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、 形状等。只不过由于倒车雷达体积大

17、小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障 碍物与车的距离，并做出提示。司机在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下， 由车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波 信号后经控制器进行数据处理，从而计算出车体与障碍物之间的距离，判断出障碍物 的位置，再由显示器显示距离并发出警示信号，从而使司机倒车时不至于撞上障碍物。 - 2 - 1.2 课题的研究现状 通常的汽车泊车辅助系统主要由感应器（探头） 、主机、显示设备等三部分组成。 感应器发出和接受超声波信号，并将接受到的信号传输到主机，再通过显示设备显示 出来。感应器装在后保险杠上，以角 45 度辐射，检测目标，能探

18、索到那些低于保险 杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的儿童等；显 示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂 鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车。根据感应器种类不同，汽车泊车辅助系可分为粘 贴式、钻孔式和悬挂式。粘贴式感应器后有 1 层胶，可直接粘在后保险杠上；钻孔式 感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去；悬挂式感应器主要用于载货车。 根据显示设备种类不同，汽车泊车辅助系又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式。数字式 显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接有数字表示汽车与后面 物体的距离，并可精确到 1 厘米，让驾驶员一

19、目了然。汽车泊车辅助系发展到现在已 经历经 5 代。 第一代的汽车泊车辅助系是轰鸣器。倒车时，如果车后 1.5 米-1.8 米处有障碍 物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示车辆离障碍物越近。没有语音提示，也没 有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助 不大。 第二代汽车泊车辅助系可以显示车后障碍物离车的距离。这一代产品有两种显示 方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安 全距离，表示障碍物离车体距离有 0.8 米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的 距离只有 0.6 米-0.8 米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到

20、0.6 米的距离， 必须停止倒车。 第三代用液晶荧屏显示，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档， 只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围的障碍物的距离。该雷达动 态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液 晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。 第四代魔幻镜汽车泊车辅助系，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控 制，可全天候准确地测知 2 米内的障碍物，并一不用等级的声音提示和直观的显示提 醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染 显示等多功能整合在一起，并设计了语音功能，是

21、目前市面上最先进的倒车雷达系统。 其外型就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。 - 3 - 第五代汽车泊车辅助系是专门为高档轿车生产的，它的整合了高档轿车具备的影 音 系统，可以在显示器上观看 DVD 影像。因为是新品，售价也较高。 汽车泊车辅助系的发展实际上已经融入了整车的设计，随着技术的成熟，价格 的降低，倒车雷达将会逐渐普及成为标准配置。 1.3 课题研究的主要内容 利用超声波测距原理，通过超声波传感器以及一系列的电器元件最终将汽车与障 碍物之间的距离对汽车驾驶员进行提醒。 从而解决汽车驾驶员在进行泊车的时候，由于视觉盲区，所导致事故的问题。 具体来说，本设

22、计的第二章，对超声波测距原理和汽车泊车辅助系统的工作原理 进行了介绍并给出了超声波测距原理图以及汽车泊车辅助系统工作原理图。而且对系 统硬件中需要使用的主要电子元器件进行了选择。第三章将对系统中，超声波发射及 接受电路进行设计，还将对测距显示电路及报警电路进行设计。在第四章中，将对系 统的软件进行设计。其中包括主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序显示 子程序。第五章中，将对设计好的系统硬件进行焊接，最后将软件编写在系统硬件中， 并进行调试，使系统运转正常。 本设计主要解决的问题是： 第一、对系统的硬件进行设计 第二、对系统软件进行编写 - 4 - 第 2 章 汽车泊车辅助系统工作原理及

23、硬件选择 2.1 汽车泊车辅助系统工作原理 以单片机作为主控电路元件，以 12MHZ 晶振作为标准脉冲振荡电路元件，通过软 件编程实现 40KHZ 方波的产生，经过放大驱动超声波发射探头产生谐振，发射超声波 信号，同时单片机开中断并开始计时，超声波信号遇到障碍物后反射回来被超声波接 收探头接收，经过整形滤波及放大驱动音频译码器 LM311，锁相后，该芯片 8 脚变为 低电平接在 INT1 上，关中断，计时结束，根据超声波测距原理：L=ct/2，调用测距 子程序，计算距离。除了设计主测距电路外还需设计好电源部分、声光报警部分，及 其接口部分，以便很好的与上位机通讯，进行实时控制。系统工作原理图如

24、下： 图 2.1 汽车泊车辅助系统工作原理图 2.2 超声波测距原理 在超声波探测电路中, 发射端输出一系列脉冲方波, 其宽度为发射超声波与接收 超声波的时间间隔, 被测物距越远, 脉冲宽度越大, 输出脉冲个数与被测距离成正比。 超声波测距的方法有多种, 如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相 位检测法虽然精度高, 但检测范围有限可检测到汽车倒车中, 其障碍物与汽车的距离； 声波幅值检测法易受反射波的影响。本文硬件设计采用超声波往返时间检测法, 其测 量原理图如图所示。 发射探头放大电路 AT89S52 数码管显示 报警接受探头放大电路 - 5 - 图 2.2 超声波测距原理图 其

25、原理为: 在超声波发射器两端输入40KHZ 脉冲串, 脉冲信号经过超声波内部振 子, 振荡产生机械波, 并通过空气介质传播到被测面, 由被测面反射到超声波接收器 接收, 在超声波接收器两端, 信号是毫伏级的正弦波信号, 超声波经气体介质的传播 到接收器的时间, 即为往返时间。 超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法,其中常用脉冲回波法测距。超声波测 距的原理一般采用渡越时间法 ,其原理是超声传感器发射超声波, 超声波在空气中传 播至障碍物, 经反射后由超声传感器接收反射脉冲, 测量出超声脉冲从发射到接收的 时间, 再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离, 即： L=ct/2

26、 (1) 式（1）中, L 为超声传感器与被测障碍物之间的距离, c 为超声波在介质(空气) 中的传输速率, t 为超声波从发射到接收的时间。超声波在空气中的传播速度为: 00 ccT T, 其中 T 为绝对温度数值, 0 273.15Tk, 0 331.4Cm s。在测量精度 不是很高的情况下, 一般可以认为 c 为常数 340m/s。由于温度影响超声波在空气中 的传播速度；超声波反射回波又很难精确捕捉,致使超声波在空气中传播的时间很难 精确测量。这些因素是使用超声测距引起误差的原因。 2.3 单片机控制芯片 AT89S52 是一种低功耗、高性能 cmos 8 位微控制器，具有 8K 在系统

27、可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产 品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程 器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 在众 多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 - 6 - 图 2.3 AT89S52 管脚图 （1）主要特性： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线

28、两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 （2）管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 - 7 - P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它 可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输 出

29、 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下 拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘 故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出 地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优

30、势，当对外部八位地址数据 存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验 时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门 电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由 于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /IN

31、T1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时 间。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 - 8 - （3） 振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内 振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。 有余输入至内部时钟信号要通过

32、一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任 何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 （4） 芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非 空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种 软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器，串 口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用 其他芯片功能，直到下一个硬件

33、复位为止。 2.4 超声波发射与接收芯片 2.4.1 超声波发射芯片 在超声波发射电路中，需要对超声波发射器进行驱动，所以需要在电路中连接一 个超声波传感器的驱动器。 74ls04 为六组反向器，共有54/7404、54/74H04、54/74S04、54/74LS04 四种线 路结构形式。 其引脚图如下： 图 2.4 74ls04 引脚图 - 9 - 2.4.2 超声波接受芯片 超声波接受电路中用到两个芯片，在超声波接受器后先用 NE5532 运算放大器， 对已经衰减的超声波信号进行放大。是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比 较大多数标准运算放大器，如 1458，它显示出更好的噪声性能

34、，提高输出驱动能力 和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备， 仪器和控制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用 5532A 版， 因为它能保证噪声电压指标。其特点是更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高 的小信号和电源带宽，这使得该器件特别适合用在专业的仪器和控制电路中。前两级 放大电路构成 10 000 倍的放大器，对正弦波信号进行足够放大。其主要电特性如下： NE5532 极限参数： 参数符号 NE5532 单位 电源电压 Vcc22V 差分输入电压 Vdif13V 输入电压 Vi 提供电压 V 功耗，TA=25 PD1100mW 工作

35、温度 TOPR070 NE5532 电气参数 参数符号测试条件最小值标准最大值单位 输入失调电压 VIO-0.54.0mv 输入失调电流 IIO-10150nA 输入偏置电流 IBIAS-200800nA 供电电流 ICC-6.016mA 输入电压范围 VI(R)-1213-V 共模抑制范围 CMRRTA=2570100-dB 电源抑制比 PSRRTA=25 输出电压范围 VO(P-P)RL6001213-V 输入电阻 RITA=2530300-K 短路电流 ISC-38-mA 过调 OSRL=600,CL=100P F -1020% 电压增益 GVf=10kHz22.2-V/mv 增益带宽

36、GBWCL=100PF, RL=600 810-MHz 转换速率 SRRL=1K,CL=100PF RL=600 -68.0V/us - 10 - 输入噪声电压 eNfo=30Hz fo=1kHz -8.0 5.0 -nv/Hz 其引脚图如下： 图 2.5 NE5532 引脚图 在运算放大器后，还要对已经放大的信号进行整波，所以本设计选用 LM311。LM311 是一种多用途的电压比较器，采用集成 LM311-8 比较器对前级放大信 号进行调理。其主要特性如下表 LM311 绝对最大额定值： Total Supply Voltage (V84) 总供给电压（V84） 36V Output to

37、 Negative Supply Voltage (V74)输出到负电源电压 （V74） 40V Ground to Negative Supply Voltage (V14) 地到负电源电压 （v14) 30V Differential Input Voltage 差分输入电压 30V Input Voltage (Note 13) 输入电压（注 13） 15V Power Dissipation (Note 14) 功耗（注 14） 500 mW ESD Rating (Note 19) ESD 额定值（注 19） 300V Operating Temperature Range 工作温度

38、范围 0 to 70 Output Short Circuit Duration 21010 sec - 11 - LM311 电气特性： Parameter 参数 Conditions 测试条 件 Min 最小 Typ 典型 Max 最大 Units 单位 Input Offset Voltage 输入偏移电压 （注 16） TA=25, RS50k2.07.5mV Input Offset Current 输入失调电流 （注 16） TA=256.050nA Input Bias Current 输入偏置电流 TA=25100250nA Voltage Gain 电压增益 TA=25402

39、00V/mV Response Time (Note 17) 响应时间 （注 17） TA=25200ns Saturation Voltage 饱和电压 VIN10 mV, IOUT=50 mA TA=25 0.751.5V Strobe ON Current (Note 18)TA=252.05.0mA Output Leakage Current 输出漏电流 VIN10 mV, VOUT=35V TA=25, ISTROBE=3 mA V = Pin 1 = 5V 0.250nA Input Offset Voltage 输入偏移电压 （注 16） RS50K10mV Input Off

40、set Current 输入失调电流 （注 16） 70nA Input Bias Current 输入偏置电流 300nA Input Voltage Range 输入电压范围 14.513.8,-14.7 13.0V Saturation Voltage 饱和电压 V+4.5V, V=0 VIN10 mV, IOUT8mA 0.230.4V Positive Supply Current 正电源电流 TA=255.17.5mA Negative Supply Current 负电源电流 TA=254.15.0mA LM311 引脚图如下： - 12 - 图 2.6 LM311 引脚图 2.

41、5 本章小结 本章中，主要对本设计的系统工作原理;超声波测距原理进行了分析与概括，还 对系统控制芯片以及超声波发射与接受模组中用到的单片机和芯片进行了选择。 在设计的过程中，对于超声波测距原理，其大部分信息来自老师的讲解。在设计 之初对超声波测距原理及汽车泊车辅助系统的工作原理完全没有思路，在老师的指导 下，查阅大量资料，才对汽车泊车辅助系统的原理有了较深刻的认识与理解。 在单片机与超声波发射与接受模组芯片的选择中，主要本着以下几点原则，性能 优异；各元件兼容性；各元件的电压以及系统整体的经济性。保证系统能够运行并且 运行稳定的前提下，降低设计成本。 - 13 - 第 3 章 超声波传感器电路

42、设计 3.1 超声波发射电路 在超声波发射电路中，由单片机提供的 40KHz 方波信号由 74LS04 的第三引脚 接入集成电路，再由 2 引脚连接第 5 引脚、11 引脚和 14 引脚，再用第 4 引脚连接 7 引脚和 9 引脚，最后由第 6 引脚，第 10 引脚，第 12 引脚，第 15 引脚分别连接电容 负方向。 图 3.1 超声波发射电路原理图 考虑到发射头一般需要 5 个方波周期达到稳定震荡状态的 95%，经 1.5 倍上升时 - 14 - 间达稳定震荡状态的 99%。为保证最大程度的触发，单片机每组产生 12 个带宽为 12 s 的方波经调理电路传到发射头。 在发射电路中，总是可以

43、区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较 大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变， 两个连接在传感 器的电容能够帮助压电式超声波换能器（超声波发射探头）一方面提高反向器的 驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由震荡的时间。 3.2 超声波接收放大电路 超声波在空气中传播的衰减程度随传播距离的增加而增大，所以反射回来被接收 头收到的信号非常微弱，不能直接送入后级电路处理，首先要经过信号放大。超声波 接收放大电路如下图： 图 3.2 超声波接收电路原理图 被接收头收到的回波信号为正弦波信号，信号强度一般只有几十毫伏。接收部分 前置放大电路是由集成运放 N

44、E5532 组成的自举式同向交流放大电路。前两级放大电 路构成 10 000 倍的放大器，对正弦波信号进行足够放大。后级采用集成 LM311-8 比 较器对前级放大信号进行调理，通过 IN-引脚引入一个标准电平，输入包络信号的电 位高于标准电平则为 1，低于标准电平则为 0，将包络信号转变为单片机可识别的中 断脉冲信号。当与单片机的中断输入端相连的 LM311 的第 7 管脚输出一个低电平时， 计数器立即停止计时并保存数据。 3.3 报警电路 - 15 - 声光报警是指当汽车泊车辅助系统探测到的距离小于所设定的安全值时，发出声 音提醒驾驶员，报警电路设计如下图所示。报警电路模块由 VCC 电源

45、驱动，当所测距 离小于所设安全值时，89C51 单片机发出信号，设置报警状态，信号由 pnp 型三极管 进行放大，总而驱动蜂鸣器发声对驾驶员进行提示。 图 3.3 报警电路原理图 3.4 显示电路 在显示电路中，本设计选用 3 个 1 位共阴极数码管，由于本设计是应用数码管的 动态显示，故对数码管做动态驱动，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔 “a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端连在一起，另外每个数码管的共极 com 增加位选通控 制控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制。 3.5 本章小结 本章中对汽车泊车辅助系统的各模块电路进行了设计。在本设计中，发射电路所 需的 40K

46、Hz 方波由 89C51 单片机提供，经 CD4049 集成芯片对超声波发射器进行驱动， 从而发出超声波，再由超声波接受器接收信号，经 NE5532 放大，LM311 芯片正波， 再将信号传入单片机进行中断，本设计中，89C51 单片机进行运算，显示驱动，报警 信号的发出等工作，再由数码管，蜂鸣器完成距离显示和报警的工作。 - 16 - 第 4 章 软件设计 4.1 汽车泊车辅助系统测距的算法及系统程序设计 在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器 T0，利用定时器的计数功能记 录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端 产生一个负跳变，在 INT0 或 INT1 端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请 求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。 4.2 主程序 晶振采用 6M，P1 口为数码管段输出口，P3.0P3.2 为数码管位输出口，P3.5 超 声波发送输出，P3.7 超声