单片机控制倒车预警系统的设计与制作.docx

本科举业企女f<¼题目：单片机控制倒车预警系统的设计与制作单片机控制倒车预警系统的设计与制作摘要在高速发展的21世纪，人类追求经济效益，所以对汽车的需求量与日俱增。旨在于降低倒车时因后方无视野无法判断车距造成的刮擦碰撞。所以本文是关于单片机控制的倒车预警系统的设计与制作，设计出一种成本低、结构简、性能优、测距准、工作稳定便捷的倒车预警系统。本次设计是以STC89C51单片机为控制核心的倒车预警系统的设计，系统论述了倒车预警系统的基础原理。是以超声波的性质为基点，文中首先介绍了超声波测距和超声波传感器的原理以及特性；其次，提出了系统的总体设计方案，分析了基于单片机倒车报警系统的硬件及软件实现。并且将超声波接收发射电路测距系统与STC89C51结合起来。此次设计采用了软硬件相结合的方式，硬件部分由单片机接口电路、超声波发射和接收电路、1.ED数码管显示电路、喇叭报警电路供电电路组成，软件包括主程序、超声波发射、接收中断子程序、测距子程序和声光报警子程序及其流程图等部分构成，具有模块化的优势。汽车倒车时，倒车预警系统将利用超声波来进行测距，并且以文字的形式在数码二极管实时显示车尾与后方障碍物之间的距离；当障碍物与车之间的距离小于预先设定的危险距离时，报警系统开始发出声响，达到预期目的，随着危险距离的逐渐逼近缩小，报警频率越来越高以此警示驾驶员，避免发生汽车碰撞事故。有效地提高停车和倒车时的安全。最后对本系统做了功能分析和性能检测，找出了产生误差的原因和改进方案。能提升日常驾车倒车中的安全系数，满足了设计要求，本次设计的倒车预警系统具有一定的实用价值。关键词：超声波测距；倒车预警系统；防撞报警；STC89C51单片机；DesignandproductionofasinglechipmicrocomputercontrolledreversewarningsystemAbstractIntherapidlydeveloping21stcentury,ashumanspursueeconomicbenefits,thedemandforcarsisincreasingdaybyday.Moreover,thedemandforareversewarningsystem,whichisoneoftheunderlyingsafetyrequirements,isincreasingdaybyday,withtheaimofreducingscratchesandcollisionscausedbytheinabilitytodeterminethedistancebetweenvehiclesduetoalackofvisibilityfromtherearwhenreversing.Sothisarticleisaboutthedesignandproductionofamicrocontrollercontrolledreversewarningsystem,designingalowcost,simplestructure,excellentperformance,accuratedistancemeasurement,stableandconvenientoperationreversewarningsystem.Thisarticleisthedesignofacarmountedanti-collisionalarmbasedontheSTC89C51microcontroller,thebasicprincipleofreversingearlywarningsystemissystematicallydiscussed.Basedonthepropertiesofultrasound,thearticlefirstintroducestheprinciplesandcharacteristicsofultrasonicrangingandultrasonicsensors;Secondly,thispaperdiscussesthedesignschemeofthereversewarningsystem,andanalyzesthehardwareandsoftwaredesignandimplementationofthesystembasedonamicrocontroller.TheultrasonicrangingsystemisalsointegratedwiththeSTC89C51microcontroller.Thesystemadoptsacombinationofsoftwareandhardware,thehardwarepartiscomposedofMCUinterfacecircuit,ultrasonicemission,receivingcircuit,1.EDNixietubedisplaycircuit,audibleandvisualalarmcircuitandpowersupplycircuit,softwarepartincludessubprogramultrasonicemission,receivinginterruptionprogram,calculationdistancesubprogramanddisplayalarmsubprogram,andhasthecharacteristicsofmodularityandversatility.Whenthecarisreversing,thereversingwarningsystemwilluseultrasoundtomeasuredistance,anddisplaythedistancebetweentherearofthecarandtherearobstaclesinreal-timeonadigitaldiodeintheformoftext;Whenthedistancebetweentheobstacleandthevehicleislessthanthepredetermineddangerousdistance,thealarmsystemstartstosound,achievingtheexpectedpurpose.Asthedangerousdistancegraduallyapproachesandnarrows,thealarmfrequencyincreasestoalertthedriverandavoidcarcollisions.Greatlyimprovessafetyandefficiencywhenparkingandreversing.Thisarticlealsoconductsaperformanceanalysisofthesystem,explainingthereasonsforerrorsandsolutions.ltcanmeettheneedsofdriversinactualreversingandmeettheoriginaldesignrequirements.Theresearchinthistopichascertaintheoreticalandpracticalvalue.Keywords:Ultrasonicranging;Reversewarningsystem;Collisionpreventionalarm;STC89C51microcontroller;第1章绪论11.1 项目的基本内容11.2 课题研究的背景和意义11.3 国内外倒车预警系统的发展现状2第2章超声波概述42.1超声波基本理论42.1.1超声波发展史42.1.2超声波的本质42.1.3超声波的应用42. 2超声波物理性质52. 212身j¼j寸斤53. 2.2散射与绕射64. 2.3超声波衰减特性6第3章超声波测距方法与原理84.1 超声波测距原理与超声波传感器85. 1.l超声波测距原理83. 1.2超声波传感器9第4章系统硬件设计124.1主要元件概述124. 1.1STC89C51单片机124. 1.2超声波测距模块芯片CSlOO144. 2系统总体电路的设Vf*154. 3万个卜F各Vl"174.3. 1发射与接收电路设计174. 3.2显示电路设计194. 3.3报警电路设计204. 3.4复位电路设计214. 3.5按键电路设计224. 3.6日日I1.1.展各Ir234. 4I-Ji245-Ti-255. 1主程序设计255. 1.l按键程序设计255. 1.2声光报警程序设计275. 1.3超声波测距程序设计27第6章系统仿真及功能测试305.1 系统的仿真306. 2倒车预警系统实物功能检测326. 2.1电源部分检测327. 2.2按键功能检测336. 2.3测距及报警测试36第7章误差分析及其改进方法397. 1产生误差的因素397. 1.1超声波速度关于空气温度的干扰397. 1.2回波检测对于时间测量的影响397. 2数据测量408. 3解决错误成因的方案40第8章结论42参考文献43致谢与展望44第1章绪论1.1项目的基本内容本次毕业设计主要研究的大致内容是在超声波测量距离的原理的理论基础上，系统论述了超声波传感器的运行原理、系统发射和接收等电路的设计，硬件电路设计的制作,软件设计的运行调试，并以此实现超声波测距，再结合报警电路设计出倒车预警系统。我决定采用STC89C51单片机作为整个倒车预警控制系统的控制核心。该系统安装简单抗震能力强。在汽车倒车过程中，利用超声波测出障碍物和车子之间的距离，并在1.ED二极管显示，障碍物与汽车后的距离达到了设置的报警值时，在倒车的过程中，会引起蜂鸣器的警报，以提示车子后面有个障碍物。本人设计的硬件电路，元器件简洁，电路不复杂、设计成本不高，使用范围十分广泛。12课题研究的背景和意义随着我国经济迅速发展，人民的生活日渐富裕，汽车需求越来越高，随之而来的是日益严重交通驾驶安全问题，驾驶安全问题也引起了人们的高度重视司机在倒车的过程中有一定的视觉盲区，导致倒车的时候很容易发生安全事故。为了满足驾驶员的迫切需求，并且相关政策提出要提高汽车的安全性，要求汽车都要装备有倒车预警系统,促进了倒车预警系统的发展。目前，国内外销售的汽车基本都装有倒车预警系统。倒车预警系统是一种安全辅助系统，可大幅度提升汽车停车和倒车的安全性，可以帮助驾驶员解除在停车和启动车辆过程中因汽车后方视野不良所引起的困扰，依据超声波测距提醒驾驶员周围有障碍物，减少交通事故发生。近几年已成为汽车电子产业新的增长点，所以本设计对提高汽车行驶安全性，具有较大的意义。激光测距和红外测距成本要比用超声波大，利用超声波速度比光速小很多，其传播时间的检测较为容易，所以能满足倒车雷达所需的精度，不像红外线容易受到天气和环境等因素的影响，更好的是超声波的方向和强度易控制，可以实现定向发射，但是，在空中的超声波传输过程中，它的能量会慢慢地减弱，从而会有一个最大的测距范围，但是，它依然可以应用在倒车预警这样的近距离测量上。超声波测距是把超声波的性质和单片机的定时/计数结合起来实现非接触测距的。超声波测距系统在工业、交通运输业、军事等领域被十分广泛地利用。显而易见，该设计的研究具有光明的前景和广阔的市场需求。倒车雷达系统经过多年的发展，主要经历了六代技术改进，价格、质量和功能都有了很大改进，这六代产品都具有各自的特点。第一代：倒车时只能以人声录音提醒。这一代倒车预警系统现在只有很少的廉价车辆使用。倒车时，人声录音仅能向周围路人报警。这样对倒车并无直接预警，非常地被动。第二代：蜂鸣器报警。当遇到障碍时，会有蜂鸣器的警报响起，算是一个很好的倒车雷达。当倒车时，当有障碍出现在车后的某一段范围之内时，蜂鸣器会立即启动，蜂鸣的声音愈大，表示汽车与障碍愈接近。由于没有声音和远近的指示，所以就算他们知道有障碍，也不能判断出障碍的远近。对交通安全帮助是比较有限的。第三代：超声波测距倒车系统。第三代可以显示出车后障碍物与车辆的距离。数字显示方式:这种方式通过使用1.ED显示车辆与障碍物距离.第三代的车雷达系统较为先进，但缺点是仍然无法看到车后的情况、安装设计单一。第四代：1.CD屏幕上的动态显示器.这一款的倒车雷达有了很大的进步，它能够看到车身和障碍的真实距离，并且能够看到真实的画面，一旦车子启动，显示屏就会显示出车身和障碍的距离，画面非常清楚，并且可以方便地将其装在仪表板上，但是这一款的倒车雷达的敏感度比较差，所以它的抗干扰性比较差，还经常会出现虚假报警。第五代：魔术镜子后视雷达。采用了先进的超声波生物雷达，在计算机的快速操控下，可以全天24小时、精确地侦测到两公尺范围内的障碍，并以各种级别的声响，向驾驶者直接展示。并且还可以发出声音。由于这个版本的后视镜功能强大，所以它的成本相对较高。第六代：集成视频后视镜。这种型号的后视镜是专门用于中高级车型的。从性能上来说，这辆车不仅拥有了五代车的所有性能，还拥有了一套豪华车才有的音响和音响，可以通过屏幕播放DVD,非常方便，不过价格也很贵。倒车雷达已经基本成为汽车标配，在国内市场中普及率奇高。发展到现在，倒车预警系统在汽车生产中实现了普遍。1. 3国内外倒车预警系统的发展现状从2009年开始，中国成为世界上最大的汽车生产国。由中汽协公布的数据表明，2020年13月，我国产销量达到2522.5万辆，在国内市场中，倒车雷达市场渗透率高，已成为新出厂汽车标配。2020年，我国倒车雷达市场渗透率为86%。在汽车产业快速发展的拉动下，我国倒车雷达行业规模不断扩大，同时进入国内市场的海外企业数量不断增多。有利于倒车预警系统发展。根据新思界产业研究中心发布的«2021-2025年中国倒车雷达市场供需调查分析及投资发展前景研究报告显示，相比较而言，国内倒车雷达生产商在规模、资金、产品性能等方面实力较弱，仅有少数国内企业进入中高端市场竞争，较多企业主要集中在中、低端市场。国外企业凭借技术、性能等优势在高端市场中竞争力强，有些关键部件，国产的产品还不能达到进口的标准，或者根本造不出来。在后视镜方面，美，德，日等先进国家的技术处于世界领先地位。同时.，在半导体和微电子等领域具有较强的技术实力。因此，在这几个国家，智能汽车上的电子产品，都得到了很大的发展，很多先进的汽车上的电子产品，都得到了广泛的应用。国内的倒车雷达市场仍然被国外公司占据较大份额。如今，美日欧等国的大型汽车厂，已倾巨资，以高端微型计算机、CCD摄影机、毫米波雷达及全球定位定位技术，制造出一套雷达警报装置，应用于高档轿车，以加强车辆的安全。据外媒消息，戴姆勒和克莱斯勒公司已经研制出了一种新型的汽车制动装置，这种装置和一般的汽车制动装置完全不同，这种装置可以通过汽车上的雷达传感器，将车辆附近的环境信号传输到汽车上，从而生成一幅画面，然后通过计算机的计算，来确定车辆的情况，从而做出相应的反应。该制动器有望在短期内实现量产。唐纳利制造了一种基于相机的反光镜系统。利用一个内侧和两个外侧的后视镜对车辆周围进行拍摄,将拍摄到的三幅画面组合为一幅全景图，并以文本形式进行表达。照相机还可以用于后退，这样可以让司机知道汽车后面附近有什么东西。第2章超声波概述1.1 超声波基本理论2.1.1超声波发展史19世纪后期，随着人们在物理学中发现了压电和反压电的现象，利用电子技术来生成超声的问题也得到了解决。1883年，GaItOn首先制造出了超声气哨，它的工作原理是通过将压缩空气通过一个缝隙的喷头，然后再通过一个缝隙的喷头来生成一个空气流动，再通过吹动一个圆刃，使它发生振动，最终形成一个谐振腔，进而生成一个超声。1917年，朗之万以一种自然的压电石晶体为原料，研制出三明治型超声波传感器，并将其应用于一艘海底潜舰的检测。20世纪，随着电子技术的发展，利用压电和磁致伸缩两种物质的特性，可以制作出多种类型的力电传感器。由此，超声波技术的发展与创新，很快就被揭开了一页。推动了超声技术的发展。2. 1.2超声波的本质机械振动在介质中传播而形成机械波。人耳能够听到的机械波称为声波，其频率范围大致在20Hz20000Hz之间，频率低于20HZ的机械波称为次声波，频率高于20000Hz的机械波称为超声波。其频率极限大于人耳听觉上限，所以称其为超声波。超声是一种可以用来检测和装载信息的波形；超声波也属于一种能量形态，当其强度超过一定程度时，就可以与传播超声介质的交互作用，从而对后者的状态、性质及结构产生影响。2. 1.3超声波的应用因为超声波具有特殊性质，超声波在诸多领域都有广泛的应用。(1)在检验方面的应用。超声波的波段小于普通声波，指向性强，可穿透不透光材料，在超声测距、缺陷检测、厚度测量、远程控制及超声成像等方面有着重要应用。超声波测距是以在空气中的传播速度为已知条件，来测定声波在发出后反射的时间。就可以得到发送点与障碍之间的距离。超声测距技术在工业领域中的广泛使用，如倒车警示、工业领域等。超声测厚是基于超声的脉动反射的理论，当探测器发射的超声脉冲经过被测对象到达材料边界时，又会被反射回来，再根据在材料中的传播时间，得到材料的厚度。超声成像是显示不透明物体内在影像的技术，超声成像电子技术在医疗检查中普遍使用,在微电子学设备生产中，可应用于检测1.S1.也可应用于材料研究中，显示出合金材料中各成分的颗粒边界。(2)在超声处理方面的应用。超声焊接是将高频率的震动波传输至被焊对象的表层，在压力作用下使两个对象的表层发生摩擦，使其发生结合。超音波焊机具有速度快、效率高、干净、坚固等优点，在汽车和电子工业中也得到了日益普遍的使用。超声清洗灭菌灭菌是通过超声对流体产生的气穴等效应，使粉尘弥散、剥落，从而实现洁净。如果一个工件没有被破坏，尤其是对有盲孔和凹凸不平的零件，例如：电子器件，线路板部件等，可以得到非常好的结果.超声波治疗时将超声波能量作用于病变部位，超声波机械作用使组织软化，提高代谢，加速血液循环，超声治疗可长期使用，且无毒副作用，在运动康复、心脑血管疾病的治疗上具有很大的优势，同时它也是一种先进的体外非创的物理疗法。2.2超声波物理性质超声波波长短，相对于可听到的声音，超声具有许多不同的特征。因为超声的波长很短，而且障碍的大小也是它的数倍，所以它的绕射性很弱，在均匀的环境中，它可以直接通过一条线。波长越短，特性越明显。电力性质。音量指的是音波作功的速度。同样的情况下，频率越高，威力也就越大。由于超声波的频率很高，因此它的能量比普通的声波要大得多。气穴效应。当超声波穿过液体的时候，会引起固体颗粒的强烈震动，从而在液体中形成一个个细小的孔洞。随着小孔的膨胀和收缩，液体颗粒相互碰撞，形成了数万个大气压。颗粒之间的激烈碰撞，使得溶液变得更加炽热，产生了良好的搅动效果，促进了溶液的深层溶解，促进了化学反应的进行。它在溶液中产生的一系列现象，就是所谓的超声空蚀。2.2.1反射与折射在两个比波大得多的媒质交界处，一条扁平的超声光束正向入射时，超声波会部分入射进入界面，另一部分则将反射回声源，这种现象称为折射和反射。界面反射是超声波诊断与治疗的基础，界面反射的比例取决于声束入射的角度和构成界面的不同介质的声阻抗差。只要有设的声阻抗差异，就会发生反射。在通过分界面上的时候，超声的方向发生了变化。超声波折射的程度取决于两种介质中声速的差。当声速差增大时，折射角度也会增大。发生折射时，超声频率保持不变，但波长与声速是成正比关系。2. 2.2散射与绕射入射超声波在传播过程中，遇到障碍物的界面不大，当声波与物体发生作用时，会产生一定程度的声波改变其原本的传播轨迹，即声波的散射或衍射。在两种情况下，其差别在于：一种情况下，需要一个物体的尺寸显著低于一个波长，而另一种情况下，则需要一个物体的尺寸等于一个波长；当这些细小的障碍被散射后，这些障碍就会变成一个新的声源，并向四面八方发出超声。在衍射过程中，超声只在边界附近移动。从产生散射的情况来看，在散射过程中，探测器所受的散射回波不随入射角度的变化而变化。通常情况下，在大尺度的交界面上，超声的反射-回声振幅是其散射振幅的几百倍。波长越长，绕射现象越显著;波长越短，绕射现象不明显。绕射现象在超声医学诊断疾病时也是常常遇到的。因绕射不产生反射，影响分辨力。提高分辨力用频率高的探头。3. 2.3超声波衰减特性当超声通过一种媒质时，其信号的强度随着传播距离的增大而逐渐减弱，即所谓的“消声”。声场的衰变是超声的一种主要的物理性质。在传播的过程中，超声波会发生反射、折射及散射等现象。从而使原来传播方向上的超声强度减弱。在这种情况下，超声波的总能量并没有减少，而只是将能量分散到别的方向上去了，即超声强度分散。衰减的原因主要有:吸收、散射、声束扩散。散射衰减是指固体介质中粒子或悬浮物对超声波的散射。部分的介质的衰减系数一般包括两部分，可以表达为式(2-1)：(2-1)J112f2112f2K2(3pC3pC31gCJ式中：K为热传导系数，/为超声波频率，为动力粘滞系数，C为超声波传播速度，Q为定容比热，G为定压比热，夕为传播介质密度。式(2-1)其中一个为内摩擦引起的损失的系数，另一个为热传导所造成的损失系数,比之前的损失的系数更小，所以把热传导导致的超声损失考虑在内时，损失的系数可表达为式(2-2)：(2-2)C=卜XRXT把一VM代入式(2-2)可得:f2z32(2-3)由式子(2-3)可总结出：温度不变的话，、p、T都不变，衰减系数就只受频率J3p(×)三×T2的影响，随着频率的平方增大；伴随着信号的不断增加，信号的衰减系数增大，信号的传输范围减小。第3章超声波测距方法与原理3.1 超声波测距原理与超声波传感器4. 1.1超声波测距原理目前，利用超声波进行距离测量的技术主要有：相位法、声振法、时差法等。相位探测方法是利用两个信号之间的相位差进行测距，具有较高的准确度，但是探测范围较窄，只能用于近距离探测；声振幅探测方法是通过回声振幅来判定远近，具有结构简单，造价低廉等特点，但也存在着测试准确度较低、抗噪声性能较弱等问题。渡越时间检测法是以超声波发出到接收到所花费的时间差为依据来测定距离的一种方法，这种方法是在这两种方法中间，而且它的电路相对简单，并且具有更长的测量距离，更高的测量准确度，因此被广泛使用。采用渡越时间法来实现超声测距即超声波测距。超声波测距的原理属于一种时间差测距方法，利用发送回路来激发超声传感器，使其发出与正常频率一致的超声信号，当超声信号发出时，微处理器中的定时装置就会被触发，进入定时状态。在超声在发射过程中，假如说遇见了障碍，必定会产生回波。接收设备把收到的回波信号经过放大、处理后，产生外部中断并且停止计数。单片机开始运行中断子程序，然后凭借读取定时器中的计数值，也就是那个从发射到接收到回波的时间t。C为超声波波速常温下常取340ms,t为从发射超声波到接收超声波所需的时间。简单原理概述如图3.1所示。图3.1超声波测距简单原理概述一般只要超声波测距模块精度高，可以忽略温度对音速的影响，所用只要测出发送信号到接收信号时间3就可以确定距离S。能够看出主要的部分有：(1)产生电源脉冲的装置；(2)能够接收和发送的分离开关；(3)将能量转化成声音能量，再将声音能量传输至媒质中的发光探测器；(4)所述接收到的所述被反射的所述声能量(所述回波)和所述被变换成所述电信号的所述接收传感器；(5)一个能将一个弱的回波放大到一个特定振幅并对该回波进行激励的一个记录装置的一个接收放大器；(6)它是一种可以用来记录信号的装置，它可以用来控制输入信号的电流，也可以用来控制声波脉冲发出的信号，也可以用来储存所需的信息，并可以用来转换时间。如果超声的频率选得过低，则会产生大量的外部噪音；如果选择得过高，信号在传输时会有很大的衰减。因此，通常采用40kHz的超声。目前，超声检测的范围通常从数米到数十米不等，适用于室内检测。由于超声的收发装置具有自然频率的特征，所以具有较强的抗干扰能力。在25kHz300kHz之间，通常使用的是25kHz300kHz的脉冲压力波，它是一种由振荡和功率放大两部分构成的，充足的频带宽度是接收放大器所必须要具有的；该记录/控制部件使发送或断开，并对发送瞬间和接收瞬间进行记录，能够将该时差转换成距离读数，并对其进行显示或记录。3. 1.2超声波传感器超声波传感器是一种将其它能量转化成相同频率的超声波能量的装置。压电的传感器的结构包括一个双压电陶瓷晶片和一个谐振板两个部分组成。此类超声波传感器，对压电性的要求不高，成本也不高，而且适合于气液两相。超声波发射传感器：每次压电晶片在承受大小和方向都在改变的交变电压后，会发生振动，按照逆电压效应，要产生较为大的机械形变，当振动的强度和施加的电压的强度呈现一个正比的关系，然后振动的方向也和施加的电压的方向相同时，由此可得，如果在压电陶瓷晶片上加一个一定频率的交流电压，能够产生出和之前一摸一样的机械振动，由此产生出超声波。与此相反的话，如果并没有施加任何电压，当遇到障碍物返回的超声波作用于共振板时，在强迫振动下，由压电体产生的变形可以转化为对应的电子信号，这就是压电体的正向压电体。第一种是用来发出超声的，第二种是用来接受超声的。这个时候就叫做超音波传感器。正常情况下，以测距为主要功能的超声波传感器一般会将中心频率设定为40kHz。金属网格也作为一种防护装置，在不影响超声信号的发送与接受的情况下。本文所采用的HC-SR04型超声探头可以实现2厘米到500厘米范围内的距离测量，测量准确度可以达到1厘米；工作原理是IO端口的TRlG来进行距离测量，输出高平电流信号达到10微米以上；该系统能自动发射8个40赫兹频率的正方形波段，并能对有无回音进行自动探测；有了回传的讯号，ECHo经IO端口输出高电平，高电平期间即为超声从发出至回传的时刻。试验距离=(高电平时刻X声音速度(340ms)/2.各引脚功能如下：VCC是5V电源，GND为地。TRIG是一个可触发式的测量管脚，它提供一个高水平的信号，该信号至少为10微秒。ECHO是信号接受引脚，有信号返回时，通过I/O口ECHo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。表3.1是HC-SR04的参数如表所示：表3.1HC-SR04参数电气参数HC-SR04超声波测距模块额定电压5伏直流额定电流15毫安额定频率40赫兹最大射程4米最小射程2厘米测量角度15度输入触发信号10微秒的TT1.脉冲输出回响信号输出TT1.电平信号，与射程成比例尺寸大小45*20*15毫米只要输入10微秒以上的脉冲，这个组件就会产生8个40千赫的循环频率，并探测到回声。当右回声信号被探测到时，一个回声信号被输出。回波讯号之脉宽，直接与测量得距离成比例。因此，该距离是根据从发送到接收超声波的时间进行运算的。间隔距离=（340米/秒）×（340米/秒）X2；为了避免发出讯号对回波讯息的干扰，推荐时间为60毫秒或更长。如图3.2所示IOuS的TT1.触发信号循环发出8个4OKHz脉冲模块内郃IUUUUUUU发出信号偏出回响回响电平辅出信号与检测距高成比例图3.2关于超声波的时序图HC-SR04模块的内部电路有超声波发射电路、接收电路和控制电路。当TRlG（控制端）接收到一个10s以上的高电平触发信号，则模块发射超声波信号；与此同时ECHC）（接收端）将接收发送的超声波信号的回波信号。增大驱动发射声波脉冲电压幅值,实现声波信号与电信号之间的转化；提高超声波有效发射距离。解析上图可以得出一个结论，触发信号可以启动HC-SRO4超声波测距模块，也就是说单片机必须先产生并发出IoUS高电平，以能够触发HCSR04测距模块使其启动，模组内部会有讯号传出，那是感应器的反应所造成的，无关紧要。信号输出的高电平时间，实际上就是超声波发送信号并且算上接收回波信号的时间，定时计数器负责记录时间，进行距离计算的时候，要时刻清楚地知道这个时间是发送且接收信号的总时间。第4章系统硬件设计这个倒车预警系统控制核心芯片选取STC89C51单片机，因为其运转比较稳，是经常作为主控芯片使用的单片机。这个设计中集合了电源模块、STC89C51单片机核心控制模块、显示模块、超声波发射与接收模块、1.ED灯和蜂鸣器报警模块等。接收电路是一种放大电路并且使用半导体三极管调试。4.1 主要元件概述4. 1.1STC89C51单片机STC89C51是一款低压、高性能、CMOS8位的单片一机，它的芯片包括4KB可重复写入的F1.ASH只读程序存储器和128B的RAM,可以与MCS-51的标准命令相匹配，芯片上还安装了8位的CPU和F1.ASH的内存，它具有一个很好的性能价格比，它是一款具有40个管脚，32个I/O接口，包含2个外部中断接口，2个16位程序设计，2个串行通讯端口，既能按常规程序编写程序，又能联机编写程序。其多功能的微处理机与闪存，尤其是重复性抹写闪存，可以大大节约研发费用。STC89C51单片机内部有着不可或缺的三个电路，它们分别是：晶振电路，复位电路和供电电路加。最高工作频率可达80MHz"”。单片机由五个基本部分组成,包括中央处理器CPU、时钟、存储器(RAM和ROM).输入/输出口(I/O)、定时/计数器、中断系统等侬。I/O接口的程序设计实际上就是按照使用电路的函数来对I/O的寄存器进行程序设计。这一步，是这样做的：（1） 按照具体的线路需求，确定所要使用的输入/输出端，并使用EQU虚拟命令来确定其相应的寄存器；（2） 对于具有初始化的端口数据的输出，应当在以端口为输出时，在起始阶段出现不明确的状况，从而对周边的电路的正常运行造成影响；（3） 输入/输出端ID的方位，以及所述输入/输出端资料的方位寄存器，取决于所述外部的线路函数。由于I/O重置默认设置是一个输入，因此可以在没有初始化它的情况下使用该端口作为一个输入；（4） 如果需要对I/O端口做上拉操作，并将其作为输入，则可以用该输入上拉使其能寄存在其内部，安装一上拉电阻器;（5）最后一步，将该I/O的该接口的一个输出（该写入的一个输出）和一个输入（该读取的一个接口）程序化到该I/O的一个接口上，从而实现了与该I/O接口相对应的一个接口上的一个接口。下面对STC89C51的四路8比特输入/输出端口进行描述：（5） PO：Po接口是一个8位的双输入双输出接口，它的漏极是开断的。各输出可对8个TT1.进行一次逻辑控制。在将“1”写到PO的界面上时，这个插头被用作高电阻的输入端。Po端口在存取外界程式及资料储存时，也可做为低位八比特的位址/资料多路使用。在此方式中，PO有一个内在的升压电阻。PO端口还用于在F1.ASH程序中接受指示位；当该程序被检查时，命令被输出。在进行程式验证时，必须使用外接电阻器。（6） Pl口：Pl接口为8比特的双向输入/输出接口，带有内置的升压电阻，Pl接口可同时控制4个TT1.的逻辑级。当将“1”写入Pl的时候，内置的升压电阻器会将该PI的升压，这时就可以用作输入端了。当用作输入时，在外面被压低的管脚会因为其内阻而产生一个电流。P1.0作为对计时器/计时器2（P1.0/T2）进行的外部计数性输入，P1.1/T2EX进行的操作性输入。当F1.ASH程序设计与检查时，Pl端口接受较小的8比特的地址位元。（3）P2:P2接口为8比特的双向输入/输出接口，其输入端为带内上拉电阻器的P2接口，可同时驱动4路TT1.。将“1”写入P2的接口后，通过内置的升压电阻器将接口抬高，这时就可以用作输出接口了。当用作输入时，在外面被压低的管脚会因为其内阻而产生一个电流。当对该外部的程序内存进行存取或者对该外部的数据内存进行读出时（比如MoVXDPTR的运行），该P2端口发出一个高8比特的地址。在这个应用程序中，P2端口采用一个非常强大的内置上拉传送装置1。当用诸如MoVXRl之类的8比特的地址对该外部数据存储进行存取时，P2端口将P2锁存的内容输出。P2端口还接受较高8比特的位元组及某些控制讯号，同时也接受F1.ASH程式及检查。（7） P3:P3接口为8比特的双向输入/输出接口，其P2接口可用于4个TT1.电路。将“1”写入P3的接口后，内置的上推电阻器就会将接口向上推，这时就可以用作输出接口了。当用作输入时，在外面被压低的管脚会因为其内阻而产生一个电流。P3端口在F1.ASH的程序编制及检查过程中还会收到某些控制讯号。P3端口也被用作STC89C51的专用函数（第二功能），并被描述为：P3.0RXD（串行输入口）。P3.1TXD（串行输出口）。P3.2INTO（外部中断O输入口）P3.3INTl（外部中断1输入口）。P3.4TO（定时器0外部输入）。P3.5Tl（定时器1外部输入）。P3.6WR（外部数据存储器写选通信号）。P3.7（外部数据存储器读选通信号）。STC89C51单片机引脚见图4.1NNloEAX1X2P10/TPPllfTPOlP12P02P13P03P14P04P15P05P16P06PI7P0701234567P2P2P2P2P2P2P2P2ERESETRXD->：-用讪）瓯A淋；I=一电>WRPSEN（7I89C51图4.1STC89C51单片机引脚图4.1.2超声波测距模块芯片CS100超声波测距模块芯片CSlOO集成了超声波发射电路、超声波接收电路、数字处理电路等，用一块芯片就可以实现超声波测距，测距的结果以脉冲宽度的形式被输出，与己有的超声波模块相匹配。CSlOO与40KHZ的开放式超声探测器相结合，仅需一个22M欧姆的Pulldown电阻器和8M晶体振荡器就可以完成超高精度的测量。超声波测距模块芯片CS100如图4.2161514131211109HBrrrrhrIOHBHKT-HT12345678图4.2CSlOO模型图CSlOO管脚如下表4.1说明：表4.1CSlOo管脚说明引脚编号引脚名称IO功能描述1RNI接收探头反相输入端2RPI接收探头同相输入端3AVSS-模拟地4AVDD一模拟电源，3V-5.