汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)含任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯+中期報(bào)告+答辯PPT】,汽車(chē),預(yù)警系統(tǒng),設(shè)計(jì),防撞預(yù)警,預(yù)警系統(tǒng) 中 北 大 學(xué) 信 息 商 務(wù) 學(xué) 院 畢業(yè) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 外文文獻(xiàn)原文及譯文 學(xué) 生 姓 名： 王博文 學(xué) 號(hào)： 1301034224 系 名 ： 機(jī)械工程系 專 業(yè) ： 車(chē)輛工程 論 文 題 目 ： 汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師 : 羅佳 2017 年 5 月 19 日 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 1 2 1,000 V 0 Hz 4 128 x 8 15 ? 6 is a is s is By a PU on a is a a to 2 128 15 I/O 6a a a In is to PU to 北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 2 AM is ( of 0 mA ED s be as 1.2 1.7 as of 3.0 , of 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 3 ) ) 0 ( 1 ( of of as of an be as an as . a or be To an be is as . no on of to is a be of is in of be on to in an s to be in to In or of . is an s of It of It is be 北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 4 a in to to or be of K be of be a K of 00H 1. A+as as in of 0H 9 ...], ...], of 02. 28 of in is 28 of is in is ...] be in A 0if in of It is of to of n be U) or be P) to in 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 5 ) U U No 2 P U of is 3 P P as , is 1. be n PU to is by of AM be by or by a 1.1 be 0’ if no or 1’ if It be is by a it up to to AM in to is To of an to a is by be to a or to n is is AM is is a be 北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 6 is to be to to 1.1 be 0’ if no or 1’ if is of in to be is at a is to to be an is 00H on ST is by a to To is 1. CC ND ST 0 . ST H’ 3.2 H’ 3. H’ L’ to to of in 4. at 00H 1.0 5. ST 2V to 6. 3.2 to a in or is .2 7. To ST 2V to H’ 3.3 3.7 to be at 1 8. To a at to to 1 9. , 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 7 or of is 10. L’ ST L’ , an of in of is on a of be by SY 3.1 is 3.2 to is is to If B1 B2 be 1. 00H by ST L’ H’. 2. at 1 3. to 4. at 1 5. is be of is by 2 by of by 3.2 0 is 1"s in be be by as a of 00H, 001H, 02H, 3.5 3.7 be to a as (000H) = 1EH 001H) = 21H 9北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 8 in be be by of is to 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 9 1993. in as it in so So is an to To of in of a on r， 北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 10 of of s of up of is to in of In to It to it is to in is to s to is to to is of of it is to a 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 11 2. A of he of is of to as it a it's to of is if it be of is to it to of s is on a is of of an is as of an an on s s to it of As a a at at so it be as to a of in a to in to of at of in on to by in as 40m / s, to t, we s), s = 340t / 2 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 12 is by to of to 751, K to . 0 of of 0by of to 4h, # 12h; 000in of 1.0 of 1.0 in a 40, to 000of 1.1 in of of to of an is of 1/4 in of on is 5 a as to in of or of 1.3 1. 4 by 北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2017 屆外文文獻(xiàn)原文及 譯文 13 to of to pri I 汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 隨著現(xiàn)代社會(huì)交通運(yùn)輸?shù)男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)，現(xiàn)代汽車(chē)的行駛速度越來(lái)越快，相應(yīng)的安全問(wèn)題也愈發(fā)被重視。于是有了安全氣囊、安全座椅等的發(fā)展，但只是減輕事故后的人員受傷程度解決不了問(wèn)題，要從源頭上減少事故的發(fā)生才是根本。電子控制技術(shù)在交通安全方面的應(yīng)用發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。 本設(shè)計(jì)研究 的是 汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)，利用超聲波 不易受外界環(huán)境影響且測(cè)量精度高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出 了以 片 為主控芯片 的 智能 防撞預(yù)警系統(tǒng)， 闡述 了超聲波測(cè)距的原理并設(shè)計(jì)出了 所 需的硬、軟件系統(tǒng)， 提出 了 要 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能 所需 的關(guān)鍵性 技術(shù)和一些相關(guān)問(wèn)題 。本文中所設(shè)計(jì)的汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于提高車(chē)輛行駛安全性，降低交通事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn) 從而 保障安全駕駛具有重要的意義。 關(guān)鍵詞： 片；超聲波；測(cè)距；汽車(chē)防撞 in of is So is of to of to of is in of is a of is to as of of ut of to in is of to of of so as to 錄 摘要?????????????????????????????????? I ????????????????????????????? 目錄????????????????????????????????? 緒論 .................................................................. 1 車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .................................................. 1 車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)定義 ................................................ 1 車(chē)防撞系統(tǒng)組成 .................................................... 1 前 研究所 面臨的主要問(wèn)題 ............................................ 1 車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展 現(xiàn)狀 ............................................ 1 內(nèi)外 汽車(chē) 測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ............................................ 3 波雷達(dá)測(cè)距方式 .................................................... 3 米波雷達(dá)測(cè)距方式 .................................................. 3 聲波雷達(dá)測(cè)距方式 .................................................. 3 光雷達(dá)測(cè)距方式 .................................................... 3 外線雷達(dá)測(cè)距方式 .................................................. 4 于視覺(jué)的智能防撞 .................................................. 4 車(chē)互通信測(cè)距系統(tǒng) .................................................. 4 傳感器 組合 防撞系統(tǒng) ................................................ 4 課題研究的主要內(nèi)容 .................................................. 5 2 汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)總體 設(shè)計(jì)方案 .......................................... 6 統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .......................................................... 6 聲波傳感器的選擇和測(cè)距原理 ......................................... 7 聲波傳感器的選擇 ................................................. 7 聲波 的 測(cè)距原理 ................................................... 8 感器位置 ............................................................ 9 計(jì)方案的論證 ........................................................ 9 于設(shè)計(jì)的必要性 ................................................. 9 結(jié)構(gòu)、工作原理和選型依據(jù) ...................................... 10 示器件的選擇 ....................................................... 12 章小結(jié) ............................................................. 12 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ......................................................... 13 片設(shè)計(jì) ......................................................... 13 片 的 引腳功能 ................................................... 13 片最小系統(tǒng) ..................................................... 17 口通信電路設(shè)計(jì) ..................................................... 17 聲波發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì) ............................................. 18 聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì) ................................................. 18 聲波接收電路設(shè)計(jì) ................................................. 19 示 報(bào)警模塊設(shè)計(jì) ..................................................... 21 碼管顯示模塊設(shè)計(jì) ................................................. 21 警模塊 的 設(shè)計(jì) ..................................................... 22 統(tǒng)整體電路 ......................................................... 22 章小結(jié) ............................................................. 23 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ......................................................... 24 統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體框架 ................................................ 24 聲波發(fā)射接收模塊 ................................................... 24 頻模塊 ............................................................ 24 數(shù)處理 ............................................................ 24 描顯示模塊 ........................................................ 25 于 聲波測(cè)距系統(tǒng)性能分析 ..................................... 25 5 總結(jié)與展望 ........................................................... 27 文的主要工作和結(jié)論 ................................................ 27 望 ................................................................ 27 附錄 ................................................................... 29 V 參考文獻(xiàn) ............................................................... 30 致謝 ................................................................... 31 1 1 緒論 車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介 車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)定義 汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)屬于車(chē)輛碰撞警告系統(tǒng)的組件，是預(yù)防車(chē)輛相互碰撞的一種智能系統(tǒng)。它會(huì)自動(dòng)檢測(cè)周?chē)?chē)輛，以便采取措施來(lái)避免與行人或障礙物的碰撞，并對(duì)駕駛員進(jìn)行提示或者自動(dòng)采取一系列規(guī)避行為，從而避免碰撞的發(fā)生。該系統(tǒng)核心在于能精準(zhǔn)、迅速地測(cè)出車(chē)輛與障礙物（其他車(chē)輛）之間的距離，并及時(shí)傳遞給控制系統(tǒng)，以達(dá)到避免碰撞，保證安全的目的。 車(chē)防撞系統(tǒng)組成 信號(hào)收集系統(tǒng)：運(yùn)用超聲波、紅外線、影像、雷達(dá)等技術(shù)測(cè)出本車(chē)相對(duì)于前后車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及車(chē)距。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)芯片收集、分析并處理信號(hào)收集系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的信息，開(kāi)始判斷當(dāng)前狀態(tài)是否安全，如果不是安全狀態(tài)則啟動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)干涉當(dāng)前狀態(tài)。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行 來(lái)自 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的指令 并 發(fā)出警報(bào) 以提醒 駕駛員。 圖 車(chē)防撞 預(yù)警 系統(tǒng)組成 前 研究所 面臨的主要問(wèn)題 如何識(shí)別是否 是人 為 的 誤操作以及 如何 避免過(guò)度保護(hù)。如果安全系統(tǒng)過(guò)于敏感的話，就會(huì)對(duì)前后所有車(chē)輛的正?？拷l(fā)出警報(bào)；如果在安全系統(tǒng)認(rèn)為不安全的情況下，駕駛員想要超車(chē)、加速時(shí)，系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會(huì)進(jìn)行干涉，這就會(huì)導(dǎo)致駕駛員忽略安全系統(tǒng)發(fā)出的警告，從而導(dǎo)致安全系統(tǒng)毫無(wú)意義。 車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展 現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 信號(hào)采集系統(tǒng) 2 世界各大汽車(chē)公司，在政府支持下的大學(xué)正在進(jìn)行這項(xiàng)研究與開(kāi)發(fā)工作。日本主要汽車(chē)制造商如豐田，日產(chǎn)，本田，三菱等公司，為實(shí)現(xiàn)其運(yùn)輸省的發(fā)展提出“先進(jìn)的安全車(chē)（ 劃”，致力于新型安全車(chē)輛技術(shù)研發(fā)，并取得重要進(jìn)展進(jìn)展。豐田公司 則利用 毫米 波 和 雷達(dá) 的測(cè)距方法以及 機(jī)來(lái)監(jiān)控車(chē)輛的 行駛狀況以及與周邊車(chē) 距。當(dāng)兩輛車(chē)之間的距離小于指定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出一個(gè)直觀的報(bào)警信號(hào)，提醒司機(jī)。日產(chǎn)汽車(chē)公司采用緊急制動(dòng)咨詢系統(tǒng)，采用先進(jìn)的車(chē)輛距離監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤距離動(dòng)態(tài)監(jiān)控，當(dāng)需要減速或制動(dòng)時(shí)，用剎車(chē)燈提醒司機(jī)，及時(shí)監(jiān)控駕駛員控制駕駛踏板在踏步狀態(tài)下，必要時(shí)，汽車(chē)的自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)作用下降速度，在最危險(xiǎn)的時(shí)刻自動(dòng)制動(dòng)。本田使用帶有扇形激光束掃描的雷達(dá)傳感器， 不過(guò) 即使車(chē)輛能夠在行駛時(shí)檢測(cè)到與前車(chē)或障礙物之間的距離，駕駛員 收到一個(gè)警告信號(hào) 也 來(lái)不及采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng) 來(lái)避免碰撞 。 雷達(dá) 的工作 頻率 一般是 60? 61右 ， 檢測(cè)范圍可達(dá)到 120 米 ，日產(chǎn) 公司研發(fā)的雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng) ， 使 用 的便是 毫米波雷達(dá) 的測(cè)距方式，自帶有自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng) 。 同樣的， 德國(guó)和法國(guó)等歐洲國(guó)家也研究 過(guò) 毫米波雷達(dá)技術(shù)，特別是梅賽德斯 馬等著名汽車(chē)制造商，雷達(dá)用于 頻波（ 頻段選擇 的是 76? 77梅賽德斯 撞 報(bào)警系統(tǒng)，檢測(cè)距離達(dá)到 150 米，當(dāng)實(shí)際測(cè)量 車(chē) 距小于 安全車(chē)距時(shí) ， 觸發(fā) 聲光報(bào)警 器報(bào)警，并且 該系統(tǒng) 現(xiàn)實(shí) 已 經(jīng) 應(yīng)用。 美國(guó) 的 汽車(chē)防撞技術(shù) 的發(fā)展 相 對(duì)更加 先進(jìn)，福特汽車(chē)公司 所 開(kāi)發(fā)的 汽車(chē) 防撞系統(tǒng) 的 工作頻率為 測(cè) 范圍 約為 106 米 左右 。據(jù)說(shuō)，該系統(tǒng)理論上可以根據(jù)轉(zhuǎn)彎的角度信息適應(yīng)道路的轉(zhuǎn)彎，只能檢測(cè)車(chē)道的車(chē)輛信息，以避免目標(biāo)對(duì)車(chē)道的影響。戴姆勒 - 克萊斯勒的碰撞結(jié)構(gòu)主要是兩個(gè)測(cè)距儀和視頻系統(tǒng)，她可以測(cè)量安全距離，發(fā)現(xiàn)在障礙物前面，電腦可以自動(dòng)觸發(fā)制動(dòng)裝置。戴姆勒 - 克萊斯勒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，速度為每小時(shí) 里 /小時(shí)，距離障礙物 米處停車(chē)。 中國(guó)汽車(chē)防碰撞系統(tǒng)與 國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的研究與開(kāi)發(fā)存在較大差距，近年來(lái)已有若干研究機(jī)構(gòu)，大學(xué)和公司廠商進(jìn)行了這項(xiàng)研究。 雷達(dá)雷達(dá)等特寫(xiě)報(bào)警現(xiàn)在正在蓬勃發(fā)展的車(chē)輛上安裝使用，但國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離測(cè)量的生產(chǎn)一般不能滿足要求，距離距離遠(yuǎn)離距離遠(yuǎn)的距離誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及 公路安全車(chē)距離要求，還需要進(jìn)一步研究。 3 內(nèi)外 汽車(chē) 測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 波雷達(dá)測(cè)距方式 因其探測(cè)近距離優(yōu)越的性能而廣泛應(yīng)用于汽車(chē)防撞及工業(yè)物位領(lǐng)域 ，但 這種測(cè)距方式 成本 較 高，經(jīng)濟(jì) 適用性較 低， 對(duì) 路障 的檢測(cè)不準(zhǔn)確 ，不利于廣泛 應(yīng)用 。 米波雷達(dá)測(cè)距方式 探測(cè)器發(fā)出雷達(dá)波，收集反射的雷達(dá)波，找到目標(biāo)并定位，定位距離盲區(qū)沒(méi)有距離，并且容易實(shí)現(xiàn)非常高的距離分辨率。然而，由于干擾源，雜波消除和多目標(biāo)測(cè)量要求，毫米波雷達(dá)測(cè)距在微處理器上計(jì)算，分析能力要求高，另外檢測(cè)器發(fā)射機(jī)和接收機(jī)同時(shí)發(fā)揮功能，當(dāng)檢測(cè)距離遠(yuǎn)時(shí)，所需的功率將變得非常大，導(dǎo)致距離方法的距離受到限制。 聲波雷達(dá)測(cè)距方式 作為 一種 非接觸 型 檢 測(cè)方式 ， 超聲波的 波長(zhǎng)短，方向性 強(qiáng) ， 且 輻射可以定向，反射效果 也比較好 。這些 特點(diǎn) 有利于 以 超聲波 作為 介質(zhì) 來(lái) 測(cè)量物體的位置，距離 和形狀。 超聲波防撞技術(shù)是 利用 超聲波回波距離原理，測(cè)量經(jīng)過(guò)一定距離物體后，及時(shí) 檢測(cè) 車(chē)輛 前 方障礙物的距離和 位置 ， 并 按照安全 距離、 警示 距離、 緊急停車(chē) 距離來(lái)警告 或 通過(guò) 語(yǔ)音信號(hào)警告 行駛 車(chē)輛不同的緊急 狀況 ，駕駛?cè)藛T可以采取適當(dāng)措施，防止發(fā)生事故。本設(shè)計(jì)采用就是超聲波雷達(dá)測(cè)距，這種測(cè)距方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：能量損耗緩慢，因此可用于直接測(cè)量較近目標(biāo)之間的距離。 用于識(shí)別玻璃等透明類(lèi)的物體，抗干擾性較好；超聲波 同樣不易受 光照 以及 電磁 干擾 ， 因此 可 在黑暗或霧霾 嚴(yán)重、電磁干擾 較強(qiáng)烈等環(huán)境 下工作 。 結(jié)構(gòu)較為精簡(jiǎn)，占用體積小，成本低，信息處理方式簡(jiǎn)單可靠易于集成制造，且方便進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。 光雷達(dá)測(cè)距方式 這種測(cè)距方式 的工作原理 和 微波雷達(dá) 測(cè)距方式較為相似 ，測(cè)距方法 可 分為連續(xù)波 測(cè)距 和脈波 測(cè)距兩種 。連續(xù)波相位測(cè)距是無(wú)線電頻段的頻率，激光束的幅度調(diào)制和調(diào)制光線由單相延遲產(chǎn)生的線，然后轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)調(diào)制的相位延遲表示為距離 ，確定光線通過(guò)所需時(shí)間的方法。通過(guò)測(cè)量往返脈沖之間的距離來(lái) 判斷 激光脈沖 的可測(cè)量 范圍。時(shí)間測(cè)量方法是使用時(shí)鐘脈沖來(lái)填充時(shí)間和終點(diǎn)之間的計(jì)數(shù)。這種方法非常準(zhǔn)確。 4 外線雷達(dá)測(cè)距方式 紅外線 是一種肉眼無(wú)法觀察到的光波，其波長(zhǎng)比其他可見(jiàn)光長(zhǎng) ， 穿透性較強(qiáng)且具有顯著的熱效應(yīng) 。同時(shí)任何時(shí)候任何物體都會(huì)發(fā)出紅外線。紅外 線 測(cè)距 方式 和激光 雷達(dá)以及 超聲波測(cè)距 的 原理 基本一致 ，都是 通過(guò) 波長(zhǎng) 以及 反射波 返回的 時(shí)間 從而確定目標(biāo) 之間的 距離，紅外 線 測(cè)距 技術(shù)相對(duì)較為困難 ， 所以盡管這種 系統(tǒng)成本 不高 ，但由于紅外 線 傳感器是基于測(cè)量傳感器附近物體 的 熱量來(lái) 檢測(cè)間 距， 因此系統(tǒng) 響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，使司機(jī)得到預(yù)警時(shí)通常 已來(lái)不及 避免碰撞， 這就 限制 了 其在汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)方面的 廣泛 應(yīng)用。 于視覺(jué)的智能防撞 視覺(jué)信號(hào) 能 以最 為 全面的方式 概括 道路上 能接觸 的所有信息，并且可以充分利用待識(shí)別的道路和車(chē)輛的特點(diǎn)和特征，特別是對(duì)于道路 通暢、 場(chǎng)景 明亮、 目標(biāo) 明顯的情況下，只需 使用適當(dāng)?shù)膱D像處理 就 可以 高效 地實(shí)現(xiàn) 對(duì) 目標(biāo) 車(chē)輛或障礙物的間距檢測(cè)， 并且 相機(jī) 的 成本 相對(duì)于 激光 、 雷達(dá)等要低得多。因此，使用視覺(jué) 信號(hào)來(lái) 進(jìn)行汽車(chē)自動(dòng) 駕駛并智能 防撞是自控智能車(chē)輛 發(fā)展 的最佳 方案 之一。 車(chē)互通信測(cè)距系統(tǒng) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用 使 車(chē)輛通信系統(tǒng)可以克服 視野 盲 區(qū) ，如當(dāng)通過(guò)彎道時(shí)。以基礎(chǔ)的基于 基于 防碰撞預(yù)警系統(tǒng) 為例 。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（ 1）無(wú)盲 區(qū)地 收集周邊信息；（ 2）使用 測(cè) 可以不受時(shí)間、 地理位置等因素 限制，不間斷地 進(jìn)行檢測(cè) 工作， 并且 隨著 度的 不斷提高， 基本可以 完全替代光學(xué)傳感器；（ 3）成本低。 始普及大眾 ， 車(chē)主不需要 安裝多余的 測(cè)距儀器 ， 從而 降低了 防撞 系統(tǒng)的成本；（ 4）抗干擾性強(qiáng)，密封性好。 傳感器 組合 防撞系統(tǒng) 充分利用多種傳感器資源，將來(lái)自多個(gè)信息來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)、組合、關(guān)聯(lián)、合并、將包含不同類(lèi)型或形式數(shù)據(jù)的相似特征，按照某些原則和方法進(jìn)行比較，權(quán)衡和 綜合判斷，獲得一致的解釋或描述的被測(cè)物體。 優(yōu)點(diǎn)： 這類(lèi)信息融合防撞系統(tǒng)代表有： 1. 基于 線網(wǎng)絡(luò)通信的防撞系統(tǒng) 5 使用 行定位， 然后將 數(shù)據(jù)通過(guò) 線網(wǎng)絡(luò) 來(lái) 傳輸，報(bào)告尾部控制器根據(jù)機(jī)器等內(nèi)部維護(hù)機(jī)器的 位信息計(jì)算出兩輛車(chē)的相對(duì)距離，相對(duì)速度，最后根據(jù)默認(rèn)維護(hù)大型機(jī)器的安全參數(shù)來(lái)確定碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，輸出相應(yīng)的尾部報(bào)警信息。預(yù)警距離 100易受天氣影響，成本高昂。一般用于火車(chē)等。定位精度較高。 器視覺(jué) 和激光測(cè)距的防撞系統(tǒng) 車(chē)載攝像機(jī)和激光測(cè)距車(chē)輛碰撞避免系統(tǒng)可以自動(dòng)測(cè)量車(chē)輛與前車(chē)的相對(duì)距離及相對(duì)速度，然后根據(jù)安全距離進(jìn)行計(jì)算，危險(xiǎn)判斷，及時(shí)提醒司機(jī)采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)來(lái)避免汽車(chē)必須崩潰。使用立體視覺(jué)圖像和激光測(cè)距克服單傳感器的可靠性低，有效檢測(cè)范圍小缺點(diǎn)，從而確保系統(tǒng)隨時(shí)提供完整可靠的信息，幾乎沒(méi)有不準(zhǔn)確的距離和速度。 課題研究的主要內(nèi)容 車(chē)輛安全的核心問(wèn)題是通過(guò)在車(chē)輛上安裝各種傳感器來(lái)對(duì)車(chē)輛的正式參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 檢測(cè)得到 的車(chē)輛 相關(guān) 信息的可靠性 以及 準(zhǔn)確性也是 應(yīng)該考慮的 核心問(wèn)題之一 。對(duì)于防撞警告系統(tǒng)，選擇距離測(cè)量模式和數(shù)據(jù)處理方法非常重要。汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)量過(guò)程中存在很多干擾，目前的碰撞系統(tǒng)生產(chǎn)有兩個(gè)基本問(wèn)題需要解決： 信號(hào)實(shí)時(shí)問(wèn)題：將雷達(dá)作為車(chē)輛安全的重要組成部分，其實(shí)時(shí)性非常重要。本文選 用了 片作為信號(hào)數(shù)據(jù) 核心 處理器 ，這種芯片 可同時(shí)執(zhí)行 不同工作 ， 有利于 提高系統(tǒng)的 時(shí)效性，使系統(tǒng)更加 可靠， 還 可以 同時(shí)進(jìn)行多個(gè) 數(shù)據(jù) 的傳輸 ， 以便及時(shí) 得 顯示當(dāng)前車(chē)輛 的 駕駛狀態(tài)。 6 2 汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)總體 設(shè)計(jì)方案 統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)主要是測(cè)得前方汽車(chē)與本車(chē)之間的距離，系統(tǒng)的關(guān)鍵是采集到超聲波發(fā)射器經(jīng)過(guò)發(fā)射和反射后的超聲波，此信號(hào)中包含有前方運(yùn)動(dòng)障礙物的距離， 集到這些外部數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)快速的分析判斷是否屬于安全距離范圍內(nèi)，若小于安全距離則發(fā)送警報(bào)命令提示駕駛員。汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)整體包含發(fā)射超聲波探測(cè)前方障礙物的超聲波探測(cè)器，信號(hào)數(shù)據(jù)處理器，顯示屏，蜂鳴報(bào)警器等。 圖 聲波模擬圖 圖 于 超聲波 的 汽車(chē)防撞原理框圖 超聲波距離測(cè)量系統(tǒng)由發(fā)射電路 、 接收電路 、 顯示電路 等 核心 模塊以及 一些輔助 性 功能 電路 組成 [1]。 使用發(fā)射機(jī)分離發(fā)射和接收電路有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)是發(fā)射信號(hào)不與接收到的信號(hào)重疊；二是探針被放置在適當(dāng)?shù)奈恢茫鼙苊馄渌矬w對(duì)超聲波反射的干擾 ，從而提高系統(tǒng)的應(yīng)用。 超聲波發(fā)射器 放大電路 超聲波接收器 放大電路 檢波電路 定時(shí)器 單片機(jī) 控制 顯示器 報(bào)警系統(tǒng) 7 汽車(chē)行駛 使 用的超聲波 防撞系統(tǒng)， 是 利用 超聲波能 夠 在空氣中 進(jìn)行 傳播和反射的原理， 通過(guò)發(fā)射和接收 相關(guān) 信號(hào) ，然后 根據(jù)接收 到 超聲回波的時(shí)間差和 超聲波的傳播速度 來(lái) 計(jì)算超聲波傳播距離 再 除以二 得到的就是 汽車(chē)和障礙 物（前車(chē)） 的 間距 。 聲波傳感器的選擇和測(cè)距原理 聲波傳感器的選擇 超聲 波的 振動(dòng)頻率 在 20上， 已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超出 了 人耳 的 聽(tīng)覺(jué)極限。為了 確保本設(shè)計(jì)的 可行性， 選 用 的是 現(xiàn) 有 的模塊化系統(tǒng)。 由于 傳感器信號(hào) 是 由 片產(chǎn)生的 波信號(hào)， 所以最終選用的 傳感器的 額定 工作電壓不能 太 高，當(dāng)然也可選 配變壓器 或者 繼電器 ； 該設(shè)計(jì)是用于收發(fā)器集成超聲波測(cè)距系統(tǒng)的車(chē)輛，體積不應(yīng)該太大。 傳感器的主要性能 要求 有： （ 1）靈敏度：它主要取決于模塊本身。 機(jī)電的 耦合系數(shù) 和傳感器的靈敏度成正比。 （ 2）工作溫度： 可以在較低溫度的壞境下長(zhǎng)時(shí)間工作 而不會(huì)發(fā)生故障 。 （ 3）工作頻率：壓電晶體的諧振頻率。如果靈敏度達(dá)到最高，則交流電壓兩端的頻率和芯片諧振頻率等于此時(shí)的輸出能量最大。 表 聲波 傳感器模塊 電氣參數(shù)表 電氣參數(shù) 聲波模塊 工作電壓 作電流 15作頻率 40遠(yuǎn)射程 4M 最近射程 2量角度 15 度 輸入觸發(fā)信號(hào) 10 沖 輸出回響信號(hào) 輸出 的 號(hào)與射程成 一定 比例 規(guī)格 45*20*15度集成的小尺寸超聲波模塊，僅提供 信號(hào)能夠接收到返回信號(hào)正常使用測(cè)量距離 [2]。電氣參數(shù)如表 8 該模塊 工作狀態(tài)時(shí)會(huì) 自動(dòng) 且 連續(xù) 地 發(fā)送 8 個(gè) 頻率為 40 脈沖 ， 然后 自動(dòng)檢測(cè) 回響信號(hào) ，工作過(guò)程如下圖： 圖 塊工作時(shí)序圖 由 上圖 可得。我們 只需要提供超過(guò) 10脈沖觸發(fā)信號(hào)，模塊 就會(huì) 在八個(gè)40 周期內(nèi) 自動(dòng) 發(fā)出注釋 并 檢測(cè)回 響信號(hào) [3]。 當(dāng)檢測(cè)到回 響 信號(hào)時(shí)，輸出回波信號(hào)。 回波信號(hào)的快速響應(yīng)與檢測(cè)到的距離成比例。 由此通過(guò)對(duì)晶體進(jìn)行計(jì)數(shù)然后 獲得 其 時(shí)間間隔， 就 可以計(jì)算 出需藥 測(cè)量的距離。 聲波 的 測(cè)距原理 司 和 司在 1946 年 首先提出 了一種叫做 脈沖回波法 的測(cè)距方法 ， 該測(cè)距方法的原理是 利用超聲波 會(huì)在物體表面發(fā)生 反射 的 特性 來(lái) 測(cè) 距 。 超聲波信號(hào)由傳感器向外發(fā)射超聲波信號(hào)。 同 時(shí) 自動(dòng)檢測(cè) 反射回來(lái)的 信號(hào)，并記錄從發(fā)送超聲波到通過(guò)晶體計(jì)時(shí)碼表接收回波的時(shí)間， 通過(guò) 下列公式： 可 計(jì)算出被測(cè)物體 與傳感器的間 距。原理如圖 示： 圖 聲波測(cè)距原理 圖中 S 為被測(cè)距離 ， L 為兩 個(gè) 傳感器 的 探頭中心距的一半， 根據(jù) 勾股定理可得： ? 9 當(dāng) S 遠(yuǎn)大于 L 時(shí) 超聲波 的 傳播 會(huì)受到很多因素的 影響，為了簡(jiǎn)化 數(shù)學(xué) 模型， 通常情況下 只 需 考慮溫度 對(duì)超聲波傳播 的影響，遵循以下公式： C 是聲速， T 是溫度（攝氏度）， K 是常數(shù) ]。 感器位置 距離測(cè)量系統(tǒng) 的發(fā)射器 和接收 器的頭部應(yīng)當(dāng)在同一條直線位置上，此為 超聲波反射型 的 分離結(jié)構(gòu)。距離和角度誤差引起的衰減問(wèn)題和通信過(guò)程中的超聲信號(hào)引起的，發(fā)射探頭和接收器探頭不能分開(kāi)太遠(yuǎn)，為了避免發(fā)射和接收信號(hào)的干擾，不能太靠近。 根據(jù)以往 的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看， 傳感器的 發(fā)射探頭和接收器應(yīng) 當(dāng) 放置在離中心軸 4至 8 厘米 處 。發(fā)射機(jī)超聲波范圍模塊在波形啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始接收回波，導(dǎo)致負(fù)跳轉(zhuǎn)到微控制器中斷，微控制器 做出 反應(yīng)并 立刻 停止計(jì)數(shù)。 可通過(guò)計(jì)算超聲波在空氣中的傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算時(shí)間差，從而計(jì)算距離。 計(jì)方案的論證 超聲波探測(cè)技術(shù)主要用于中距離測(cè)距，結(jié)構(gòu)測(cè)試，智能控制等領(lǐng)域，超聲波換能器是核心部件，傳感器根據(jù)其工作介質(zhì)可分為氣相，液相和固相傳感器 ; 傳輸光束寬度可分為寬光束和窄光束傳感器 ; 根據(jù)其工作頻率可分為 3840不同級(jí)別。本設(shè)計(jì)采用 40聲波換能器。 超聲波測(cè)距最常見(jiàn)的兩種方法分別是計(jì)算 強(qiáng)度法和反射時(shí)間法 [5]。 本設(shè)計(jì) 所 采用 的就是 反射時(shí)間法。 反射時(shí)間法是 通過(guò)計(jì)算 超聲波從發(fā)射 出去直 到被障礙物 （被測(cè)物體） 反射回來(lái)的時(shí)間 差展開(kāi)計(jì)算的 [6]。在 距離較短的情況下 ,可以 將 聲速 作為一個(gè) 常數(shù) 來(lái)計(jì)算。 我們使用公式 T = V *(T / 2)來(lái)計(jì)算回波時(shí)間的 這種方法不會(huì)受到 其他 聲波的 影響 ， 因此可以 直接 進(jìn)行信號(hào) 耦合 ，非常適合用于短距離測(cè)量。 本 篇 設(shè)計(jì) 中使用的就是 這種方法。 于設(shè)計(jì)的必要性 )]/(ar ?? ? 21? 10 一種半定制的集成電路，具有良好的實(shí)時(shí)性，結(jié)合當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)可以直接將控制程序?qū)懭氲目煞膺吙旖莸臉?gòu)建數(shù)字系統(tǒng)。 片采用硬件語(yǔ)言編寫(xiě)，具有較強(qiáng)的邏輯結(jié)合能力和時(shí)序控制能力。雖然沒(méi)有指揮控制系統(tǒng)，但 其 控制能力 也 相對(duì)較弱， 因此 對(duì)于通信接口，特別是對(duì)于不同的速率，不同協(xié)議的高速通信接口可以橋接和耦合。運(yùn)行快速記錄非?？臁? 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 ， 簡(jiǎn)稱 種 基于 術(shù)開(kāi)發(fā)的 器件開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 。他利用電腦輔助設(shè)計(jì)，繪出用戶邏輯示意圖，硬件描述語(yǔ)言等的實(shí)現(xiàn)，內(nèi)存設(shè)計(jì)輸入，滿足用戶滿足專用集成電路的要求，真正滿足用戶自己的設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)和自主生產(chǎn)的集成電路其顯著特點(diǎn)是高速，高密度，小型化。從幾萬(wàn)到幾千萬(wàn)門(mén)系統(tǒng)門(mén)系統(tǒng)的周期性密度， 使得這種 系統(tǒng) 的 性能可以達(dá)到幾十兆赫茲。 這種非常 靈活的設(shè)計(jì) 讓它 可 以 重復(fù)無(wú)限 次的 編程，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)仿真調(diào)試 來(lái)進(jìn)行 驗(yàn)證， 從而極大地 縮短了電子系統(tǒng) 的 開(kāi)發(fā)周期。 結(jié)構(gòu)、工作原理和選型依據(jù) 目前主流 商有 種 [7]。芯片的基本結(jié)構(gòu)主要由可編程 I / O 單元，基本可編程邏輯單元，嵌入式 富的布線資源和底層嵌入式單元等組成。如下 圖 所示： 圖 片結(jié)構(gòu) （ 1）可編程 I / O 單元： 是 芯片和外部電路接口 端 ， 用來(lái)滿足 輸入和輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)器 所需要的不 同的電特性。 （ 2）基本可編程邏輯單元：可以根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的具體要求修改鏈接和配置設(shè)置的內(nèi)部部分，以完成更多的邏輯功能。 11 （ 3）嵌入式 ： 片上基本都裝載有 模塊提高 了 片 的靈活性 以及 應(yīng)用范圍。 入式 可以靈活 地 配置單端口 、 雙端口 、偽雙端口 以及 常用內(nèi)存結(jié)構(gòu)。 （ 4）豐富的布線資源：布線資源聯(lián)通芯片所有的資源在連接長(zhǎng)度和過(guò)程中確定信號(hào)對(duì)連接驅(qū)動(dòng)器的容量和傳輸速度。 的接線資源根據(jù)大小和過(guò)程分為不同級(jí)別。 在 該過(guò)程 中 ，不需要 設(shè)計(jì)人員來(lái) 選擇接線資源，而是 由 系統(tǒng) 來(lái) 布線 并 自動(dòng)路由聯(lián)通底層單元模塊。 （ 5）底層嵌入式功能單元： 這個(gè)單元是 片生產(chǎn) 廠商 應(yīng)用在 硬件電路中 的具有較高水平 的嵌入式功能模塊， 通常 用 以 完成 系統(tǒng)中所需的 時(shí)鐘功能。發(fā)展趨勢(shì)是芯片中集成的 源越來(lái)越豐富，功能復(fù)雜，包括 統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)意味著逐步過(guò)渡到系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)。 （ 6）嵌入式專用內(nèi)核：主要是指一些較不常見(jiàn)的，并不是所有的 片都包含在硬核中。 基于 以上幾種 考慮， 本設(shè)計(jì)采用的 司生產(chǎn)的 系列 片 具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn) ： ? 具有 1 能和額外的 624 活 道，可為高性能差分 I / O 輸入和輸出通道提供多達(dá) 124 個(gè)支持。 ? 支持常用的 耦合邏輯的編寫(xiě)，并且支持接技術(shù) 。 ? 采用最新的 通制造工藝，與使用鋁互連技術(shù)的制造設(shè)備相比，采用各層銅互連技術(shù)的器件性能可提高 30? 40％。 ? 采用 集成芯片超過(guò) 89,000個(gè)邏輯單元和 ? 特別是集成 4， 4， 4， 持功能，可與數(shù)據(jù)路徑 據(jù)包處理器，主要應(yīng)用高速總線接口，處理器等設(shè)備配合使用接口 ? 該器件的密度范圍為 16640 個(gè)邏輯單元和 425984 個(gè) 上 完全基于 裝技術(shù)，引腳間距 12 示器件的選擇 對(duì)于顯示器件有如下方面的考慮： 示屏和 用最廣泛， 示屏功耗低，體積小，重量輕，可顯示漢字，與 比清晰美觀，雖然 格便宜，但是無(wú)法顯示漢字，因此不予采用。 經(jīng)過(guò) 以上考慮 ，本設(shè)計(jì)采用 了 1602晶顯示器 來(lái) 作為 系統(tǒng)的 執(zhí)行單元 ，用來(lái) 顯示測(cè)距距離。其主要技術(shù)參數(shù)如下表： 表 示器參數(shù) 顯示容量 16? 2 個(gè)字符 芯片工作電壓 作電流 5V） 最佳控制電壓 符尺寸 章小結(jié) 在 整體設(shè)計(jì)中 ， 各個(gè)模塊的 設(shè)備選擇 對(duì)于 整個(gè)系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 都十分 重要。本章還詳細(xì)介紹了其他模塊：數(shù)據(jù)采集模塊和執(zhí)行模塊的選擇基礎(chǔ)以及選擇的優(yōu)缺點(diǎn)以及超聲波距離測(cè)量原理。通過(guò)引入 關(guān)知識(shí)，描述了使用 片的必要性，分析了 結(jié)構(gòu)和工作原理，這是 擇的基礎(chǔ)。 13 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 片設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵在于 系統(tǒng) 完成設(shè)計(jì)任務(wù)的能力，最重要的是核心設(shè)備系統(tǒng)是否合適，而芯片 則 是控制系統(tǒng)的核心， 因此 芯片的選擇 就顯得尤為 重要。選 對(duì)了 合適的芯片，不僅可以最大限度地簡(jiǎn)化系統(tǒng)的運(yùn)行，其功能 也會(huì) 是最好的，系統(tǒng)的 可靠性比較高，整個(gè)系統(tǒng) 的操作也會(huì) 更 加 方便。本設(shè)計(jì)選擇的是 系列 片。 片 的 引腳 分布 如下圖所示： 圖 片引腳 片 的 引腳功能 （ 1）電源引腳 40 腳）： 用于接入電 源 ， 電 源 額定 電壓 5 V。 20 腳）：接地端。 14 （ 2）晶振電路的引腳 了產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)， 輸入端口 片中提供 了 反相放大器， 而作為 輸出 端口。 個(gè)端口外部 都裝載有 頻率為 12 ， 因此依靠自振方式工作，并 產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)， 再通過(guò) 電路產(chǎn)生 系統(tǒng) 時(shí)鐘頻率 。產(chǎn)生的 時(shí)鐘頻率越高， 芯片內(nèi)部 運(yùn)算速度 就 越快，時(shí)鐘頻率 決定了芯片指令執(zhí)行的速度 。 晶振 電路如圖 示。 圖 振電路 （ 3）復(fù)位 9 腳） 當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤時(shí) ， 系統(tǒng)處于鎖 死 狀態(tài)，要想擺脫麻煩，還需要重啟重啟按鈕。因此，系統(tǒng)復(fù)位電路必須準(zhǔn)確可靠運(yùn)行。 只需要在 口輸入 一個(gè) 寬度 大于 20 正脈沖 就可完成電路的 復(fù)位，復(fù)位電路如圖 示 。 當(dāng)電路通 電 時(shí) ， 端口 電源電壓 在 同 一水平 電位， 端口電位會(huì) 隨著電容電壓 的增大而降低 ， 就會(huì)在 產(chǎn)生 一個(gè)正脈沖。該脈沖 寬度大于 20完成電路 復(fù)位。當(dāng)按下 鈕 時(shí)，電容 過(guò) 迅速放電 。等到按鈕 彈起后， 電容 次充電， 這就 實(shí)現(xiàn) 了 手動(dòng) 電路 復(fù)位 [8]。 假如使 口 始終 保持高電平 輸入狀態(tài) ，那么 統(tǒng)電路 就會(huì) 不斷地進(jìn)行復(fù)位 操作 。復(fù)位后 口均 處于 高電平，這 時(shí) 程序 內(nèi)部的 計(jì)數(shù)器 以及 寄存器 的所以數(shù)據(jù)就會(huì) 全部清零。本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路如圖 示。 15 圖 位電路 （ 4）輸入輸出口（ I/O 口）引腳 是個(gè)三 狀 態(tài)雙向 端 口， 既可用于 數(shù)據(jù)地址的復(fù)用 分端 口， 還 可以 用來(lái)當(dāng)做數(shù)據(jù) 通用 的 輸入 /輸出口。在 系統(tǒng)裝載有 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器的情況下， 口將用作地址或數(shù)據(jù) 的 總線端口 來(lái) 使用， 也就是一個(gè) 雙向端口；而在沒(méi)有 裝載 擴(kuò)展存儲(chǔ)器的情況下 ， 還可以當(dāng)做 通用的 I/O 接口 端來(lái) 使用，但只是一個(gè)準(zhǔn)雙向 端 口； 可 驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) 載 ，因此該端口的 輸出電流不 能小于 800 是一個(gè) 內(nèi)部自 帶上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 不過(guò) 只 能作為 通用 I/O 接口 端來(lái)使用 ， 并且 只 能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) 載； 因?yàn)?自帶上拉電阻，因此 通常不需要 額外 接 入 電阻就 可以使 發(fā)光二極管 工作 ； 口設(shè)置為 1，內(nèi)部上拉電阻將端口提升為高電平，然后作為輸入端口使用 。 關(guān)于 輸出 方面 ，在 芯片 工作時(shí)，可通過(guò) 編輯 指令 來(lái) 控制 芯片 引腳 來(lái) 輸出高電平亦或是 低電平。 舉個(gè)例子 ：指令 清零 ） ， 是 指控制 口 來(lái)輸出低電平；指令 置 1） ， 是 指控制 口 來(lái) 輸出高電平。 和 類(lèi)似，也是自 帶上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 可 驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) 當(dāng) 口設(shè)置為 1 時(shí)， 內(nèi)部上拉電阻將端口提升為高電平，然后作為輸入端口使用 ；在編輯程序內(nèi)部存儲(chǔ)器中， 口可以接收高 8 位地址和控制信號(hào)，而在訪問(wèn)其他程序和 16 位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 口將發(fā)出地址和控制信號(hào) 。 而在訪問(wèn) 8 位地址的外 載式 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 這段時(shí)間內(nèi) 口 引腳 功能不會(huì)發(fā)生變化 。 16 的第二 個(gè) 功能如表 示。內(nèi)置上拉電阻 8 位雙向 I/O 端口， 也 可 負(fù)載四個(gè) 引腳 還擁有 第二個(gè)功能。 用來(lái)當(dāng)做 通用 I/O 口接口 端使用 時(shí)，其二 功能輸出 線是 高電平。 置 1 時(shí)，內(nèi)部 的 上拉電阻將端口 的 電位 提 到高電平 來(lái)作為一個(gè) 輸入 端 口 來(lái) 使用； 而 在對(duì) 芯片內(nèi)部 存儲(chǔ)器 進(jìn)行 編程時(shí)， 該 端 可 接 收 控制信息。 表 3口第二功能表 腳 兼用功能 行通訊輸入口（ 行通訊輸出口（ 部中斷 0 請(qǐng)求輸入端 （ 部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 （ 時(shí)器 0 輸入端 (時(shí)器 1 輸入端 (部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器信號(hào)輸出端（ / 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器信號(hào)輸出端（ / （ 5）其它 的 控制或復(fù)用引腳 （ a） 30 腳）： 是一種 有效 的鎖存地址信號(hào) 輸出端 口 [9]。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， 口輸出兩次信號(hào) 每周期 。當(dāng)外部存儲(chǔ)器未被訪問(wèn)時(shí)， 口將 以 振蕩器頻率的 1/6 的穩(wěn)定頻率來(lái)發(fā)出 信號(hào)。 而當(dāng) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 被訪問(wèn)時(shí) ，該 端口輸出 的 信號(hào) 會(huì)產(chǎn)生間歇中斷情況 ， 因此 不能用作時(shí)鐘輸出。對(duì) 內(nèi)部 含有 芯片進(jìn)行 編程時(shí)， 口可以 用 來(lái) 輸入編程脈沖 或作為 輸入端口 。 （ b） /29 腳）： 是外部 存儲(chǔ)器 的信號(hào) 輸出端， 在 低電平 環(huán)境下才能進(jìn)行工作 。當(dāng) 片 從外部存儲(chǔ)器 中提 取 相關(guān) 指令或 部分 常數(shù)時(shí)， 該端口會(huì) 每周期輸出 2 個(gè) 信號(hào) 脈沖， 可由 數(shù)據(jù)總線 的 口 讀 取相關(guān) 指令或 所需 常數(shù)。 不過(guò) 在訪問(wèn)外 部的 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 該端口并 不會(huì) 輸出信號(hào) 脈沖。 17 （ c） /31 腳）： 作為 外部存儲(chǔ)器 的 可選 型 端口 ，在 訪問(wèn)外存儲(chǔ)器時(shí)，必須保持低電平來(lái)使 片 可以完成 訪問(wèn)；而在 對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器進(jìn)行編程時(shí)， 該端口還可以 用 來(lái)給 程 輸入 電壓。 片最小系統(tǒng) 拓展系統(tǒng)的基礎(chǔ)即為最小系統(tǒng) ， 而 芯片最小系統(tǒng) 則 指 一個(gè)可以正常工作 的最小芯片 配置系統(tǒng) [10]。 片，由于內(nèi) 部 自帶程序存儲(chǔ)器， 因此 只 需 要外 部 接 上 復(fù)位電路 以及時(shí)鐘電路 就組成了 芯片的 最小系統(tǒng)了。 片的最小系統(tǒng)如圖 圖 片最小系統(tǒng)原理圖 口通信電路設(shè)計(jì) 串口就是指串行數(shù)據(jù)接口，一般用于管理控制數(shù)據(jù)的傳輸，并且還支持雙向數(shù)據(jù)傳輸，即可以完成和計(jì)算機(jī)的通信任務(wù)。串口電路如圖 示。 18 圖 口通信電路 聲波發(fā)射和接收電路設(shè)計(jì) 振動(dòng)頻率超過(guò) 20 機(jī)械波 稱為超聲波 ，可沿 著 直線 方向進(jìn)行 傳播， 方向性好，傳播距離也較遠(yuǎn) ， 并且在傳播過(guò)程中碰到障礙物會(huì)產(chǎn)生反射波 。 因?yàn)?超聲波具有上述幾個(gè) 特點(diǎn)， 因此被 廣泛應(yīng)用 在測(cè)距 方面 的工作， 是一種 較為理想的 測(cè)距 方式 。 當(dāng) 開(kāi)始測(cè)距 時(shí)，超聲波 的 發(fā)射 器和 接收器 分別進(jìn)行 超聲波的發(fā)射 、 接收 工作 ，與此同時(shí) 定時(shí)器 開(kāi)始 計(jì)數(shù)。 先通過(guò) 超聲波發(fā)射 器 向前方發(fā)射超聲波并 開(kāi)始 計(jì)時(shí)， 發(fā)射出去的超聲波在空氣中碰 到 任何 障礙物 時(shí) 會(huì) 產(chǎn)生 反射 波 ， 等到反射波被超聲波的接收器檢測(cè)到時(shí)， 就 會(huì)產(chǎn)生 負(fù)脈沖 傳給定時(shí)器 使其 馬上 停止計(jì)時(shí) 工作 。 這樣一來(lái)，安裝的 定時(shí)器就能夠記超聲波 從 發(fā)射 開(kāi)始直到反射波傳回這一段 所用時(shí)間 t（ s）。已知 常溫下超聲波在空氣中的傳播速度約為 340 m/s， 可得 障礙物到發(fā)射 器的探頭間距為： S=340× t/2=170× t 已知 本設(shè)計(jì)中 芯片內(nèi)部定時(shí)器的周期為 T， 時(shí)鐘頻率 f 取 12 設(shè)計(jì)數(shù)值為 N， 可得 ： T＝ 12/f=1μ s t=N× T＝ N× s） S＝ 170× N× T＝ 170× N/1000000（ m） 在程序中按式 S＝ 170× N× T＝ 170× N/1000000 計(jì)算距離。 聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì) 超聲波 的 發(fā)射電路 是 由 發(fā)射器以及 放大器組成 的 。 發(fā)射器 將電信號(hào)轉(zhuǎn)換 成超聲波 ，而 單片機(jī) 產(chǎn)生的 40 波脈沖 通過(guò) 放大 器放大從而 驅(qū)動(dòng) 發(fā)射器發(fā)射超聲波。本設(shè)計(jì)選 用的是 74片 來(lái)進(jìn)行放大 信號(hào) 工作 ，超聲波 的 發(fā)射電路如圖 19 示。 由 74主要 構(gòu)成的電路 比較 簡(jiǎn)單，調(diào)試 工作也相對(duì) 容易， 且容易靠相應(yīng)軟件 來(lái)進(jìn)行 控制 操作 [11]。 由 片 產(chǎn)生 的方波 通過(guò) 74相器 以 推挽 方式傳遞到 發(fā)射器 兩極 ，這樣 可以提高發(fā)射器 發(fā)射強(qiáng)度。 如圖將 兩個(gè) “非”門(mén) 的 輸出 端 接 在 一起 ，這種方式可以 提高 輸入 電流， 增強(qiáng)電路整體的 驅(qū)動(dòng)能力。 圖 聲波發(fā)射電路 電阻 提高了電路的阻尼大小的同時(shí)也 提 高了 74出高電平的 工作效率 。 其流程圖如圖 示 圖 程圖 發(fā)射電路原理：當(dāng) 片 通過(guò) 端口 生 脈沖 ，然后通過(guò) 放大 器放大，使 激勵(lì)換能器 夠 發(fā)射超聲波 [12]。 聲波接收電路設(shè)計(jì) 超聲波在傳播過(guò)程中 會(huì)產(chǎn)生 衰減 現(xiàn)象 ， 因此傳播 距離 越 遠(yuǎn)，接收電路所接收到的 超聲波 信號(hào)就會(huì) 越 微弱 。所以 需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行 多倍 放大。由集成電路片 所 構(gòu)成的 超聲波接收電路 ， 可 對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行放大、比較等 操作 ，通過(guò) 比較后超聲波接收電路 會(huì)發(fā)出 一個(gè)低電平 信號(hào)給 片 從而 中斷 系統(tǒng)計(jì)時(shí) ，并 進(jìn)行后續(xù)的 數(shù)據(jù)處理 操作 。 20 片的前置放大器 可對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別來(lái)決定是否工作 ，當(dāng) 檢測(cè) 為較近 距離時(shí)，放大器不 工作 ；當(dāng) 檢 測(cè) 為較遠(yuǎn) 距離時(shí)， 因?yàn)?超聲波信號(hào) 在空氣的傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生衰減 ， 這時(shí) 放大器 會(huì)對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行放大 。 較強(qiáng) ，靈敏度也較高， 可以 滿足本 文 設(shè)計(jì)的 基本 要求。接收電路如圖 示。 片 是產(chǎn) 于索尼公司 的 一種 紅外 線式 遙控接收器 （通常用于電視遙控器） ，也可用于超聲波測(cè)試 [13]。 單列 8 引 腳直插式 芯片 ， 結(jié)構(gòu)小巧 ， 額定電壓 5V。 引 腳 1 作為 超聲波輸入端 口 ； 引 腳 2 端口接的電阻 容 接收器 R 的工作效率成比例 ， 通過(guò) 增大 阻值 或減小電容 大 器的放大 倍數(shù) 就會(huì) 下降， 同時(shí) 電容 C