毕业设计说明书
功汽车防撞报警器设计
专业
电气工程动化
学生姓名
班级
电气
学号
指导教师
完成日期
2010年X月X日
功汽车防撞报警器设计
摘 ：着电子技术汽车技术日益结合种电子智装置已汽车系统中汽车电子产品已成电子产品中独立门类保障汽车行驶安全降低肇事率起作
汽车防撞系统种司机预先发出视听告警信号探测装置安装汽车探测企图接车身行车辆周围障碍物司机员提前发出发生撞车危险信号促司机采取应急措施应付特殊险情避免损失系统单片机AT89C2051控制核心器件系统硬件电路超声波测距装置汽车测速装置显示装置组成般汽车防撞装置精度求难达标准设计创新结合温度传感技术超声波测距更精确
根电路设计原 首先完成总体方案证制定绘制总体框图然分析系统工作原理基础设计出部分单元电路原理图分析工作原理进步完成系统电路设计系统工作原理充分研究基础选择合适元件型号参数protel绘图软件画出电路原理图
关键词：AT89C2051温度传感器超声波测距汽车测速
Anticollision Alarm of The Multifunctional Automobile
Abstract The technical of the car along with the electronics technique increasingly combinative every kind of electronics intelligence equipments have been used in the car system making the car electronics product have become an independent door in electronics product it is to guarantees the car drives the safety and lower the cause rate it rises very big function
The principle of measuring distance with ultrasonic and the influence of environment on the measuring accuracy ate introduce the reason of measuring error is analyzed when instrument is designed the selection of ultrasonic sensor the ascertainment of frequency count and the influence of blind area on measurement are expounded the approach of improving measuring accuracy is pointed out the method of correcting error with software is expound emphatically design aims are achieved measuring demands on industry are satisfied
According to the principles of circuit designfirstly I formulate the system overall plan draw the diagram of the console and then analyze the working principle of the system design each parts of circuit schematicswhich is based on the working principle of the system furtherly I complete the design of the system circuits According to the analysis of the working principle of the system I select the appropriate component models and parameters and then draw the system circuits through the protel schematic drawing software
Key Words AT89C2051Ultrasonic Distance measuringThermometerMeasuring the speed of car
目 录
0 概述 4
1 总体方案设计实现 4
11总体方案设计 4
12超声波测距原理影响素 5
13汽车测速原理 8
14 AT89C2051单片机功介绍 8
2 系统硬件部分设计实现 9
21电源电路设计 9
22传感器选择 11
23超声波测距电路设计 12
24汽车测速电路设计 13
25报警电路设计 16
26显示电路设计 17
3系统软件部分设计实现 19
31基汇编语言实现DSB18B20程序设计 19
32基汇编语言实现显示电路程序设计 20
33基汇编语言实现汽车测速程序设计 21
4结束语 22
参考文献 23
致 谢 24
附 录 25
附录1总程序流程图 25
附录11总程序流程图 25
附录12总程序清单 27
附录2设计图纸 34
附录21汽车车速测量超声波测距原理框图 34
附录22：功汽车防撞报警器总框图 35
附录23：功汽车防撞报警器总原理图 36
功汽车防撞报警器
0 概述
着社会济断进步科技飞速发展日常工作生活中汽车已成理想交通工具高速公路汽车川流息汽车尾气排放日益严重源危机汽车行驶安全问题日益突出解决汽车污染节安全问题汽车广泛采电子控制技术
设计功汽车防撞报警器根定时时间计算汽车障碍物距离计数频率计算汽车车速根汽车障碍物间距离汽车车速判断否应安全范围超出安全范围会产生报警信号根计算判断结果产生BCD码相应频率脉信号驱动显示电路设计单片机AT89C205作报警装置核心充分发挥AT89C2051数处理实时控制功系统工作佳状态
系统设计具体求点：
A．设计汽车防撞报警器硬件电路编写够完成防撞报警软件实现功汽车防撞报警系统
B．超声波测距技术传感器技术相结合检测汽车运行中方障碍物汽车距离汽车车速
C．通数显装置显示距离发声电路根距离远情况发出警告声汽车驾驶者提前采取应措施
软件系统设计根测距离车速进行较然根测量结果判断否驱动报警电路报警设定车速等30kmh时安全离应等1m车速80kmh时安全离应等2m车速80kmh时安全距离应等5m果安全距离设05m作汽车倒车报警器提高汽车倒车时安全果超出设定值系统会触发报警电路产生报警信号
功汽车防撞报警器作项先进汽车防撞装置够预报种情况汽车防撞事该装置单片机核心具体积方便特点防撞报警器设计具定鉴作预防制止事方面起定作具定济价值社会效益
1 总体方案设计实现
11总体方案设计
超声波测距原理：SC×T2（中C超声波速度常温344mS）声速确定测出声波返时间测量出距离汽车车速测量通霍尔集成传感器实现系统硬件电路温度传感器电路超声波发射电路超声波接收电路汽车测速电路报警电路LED显示电路组成通AT89C2051芯片处理防撞信号报警电路报警系统总原理框图图示
单
片
机
控
制
放电路
汽车速度测量
声音报警
LED显示距离
温度传感器
超声波发射器
锁相环
放电路
超声波接受器
信号发射
信号接收
图11 系统原理框图
12超声波测距原理影响素
121测量原理
声波媒质中传播质点位置压强密度相应静止值扰动高 2×104HZ时机械波称超声波媒质包括气体液体固体流体中声波常称压缩波压强波般流体媒质言声波种波传播速度
CSqrt(Eρ) (11)
式中E媒质弹性模量ρ媒质密度 E媒质弹性模量E复数虚数部分代表损耗C复数实数部分代表传播速度虚数部分衰减常数(单位距离强度幅度衰减)关测量者求媒质中损耗声波传播媒质弹性模量密度耗形状(产生折射反射衍射等)关
利声波反射原理已知声速C测量发射波反射波时间间隔t发射点反射点距离S
SC*T2 (12)
原理图：
障
碍物
超声波发射
超声波接收
图 12 超声波测距原理
外图中出超声波利接收发射波进行距离计算
避免存发射发射间夹角2ββ时候根公式(12)计算β较时候必须进行距离修正公式
SCOSβ×C△T2 (13)
式中倾角β超声波发射装置接收装置位置关实际应中应注意适安装
122外界素测量影响
声波传输速度媒介弹性模量密度相关利声速测量距离考虑素声速影响气体中压强温度湿度等素会引起密度变化气体中声速受密度影响液体深度温度等素会引起密度变化固体中弹性模量声速影响较密度影响更般超声波固体中传播速度快液体次气体中传播速度慢气体中声速受温度影响声波扰动机械声波传播中带机械量声传播途中逐渐转变成热出现距离逐渐衰减现象称声吸收声波频率越高衰减越厉害传播距离越短定频率衰减湿度函数
声速受温度影响公式表述：
CC0*Sqrt(1+(θ273)) (14)
根式(14)测量温度声速图温度声速增量图图13图14示
式(14)图14见温度θ0～40℃变化时会产生7声速变化提高测量准确度计算时必须根温度进行声速修正工业测量中般公式计算超声波空气中传播速度
(15)
图13 空气中温度声速图
图 14空气中温度声速增量图
面分析知道超声波速度受外界影响素中影响素温度温度补偿求取声速程成必少环节简化程序设计设计中采查表法进行温度补偿目避开复杂浮点数运算浮点结果中字节提取操作样保证定精度求避免浮点运算基微处理器系统中通常浮点运算改定点运算
123误差修正算法
次测量发现温度测量结果规律
A距离进行次测量测数稳定性15ｍ范围变化超07mm
B测量误差着测距离增增
次实验 采集20℃时40cm150cm隔2cm距离测量误差404244…148150cm时测量误差56值中值次测量均误差值56值组成误差函数表理讲采集点足够时根逐点查表法达非线性完全修正修正误差样数量会非常采分段线性插值法进行误差曲线函数表数生减少数存储量根误差值绘出测量误差曲线图15示
图15 测量误差曲线
13汽车测速原理
汽车车速测量通霍尔集成传感器实现装永久磁铁转盘输入轴车轮转轴相连车轮转动时转盘转动时转盘永久磁铁会霍尔集成传感器霍尔集成传感器输入端磁信号果转盘停转动霍尔集成传感器便会输出转速信号说汽车车速测量实质转速信号频率测量
14 AT89C2051单片机功介绍
AT89C2051ATMEL公司AT89系列新产品世界新型电擦写入八位单片机体积低电压低电流低功耗低价格高性AT89C2051低功耗高性CMOS8位微处理器MCS51系列指令集引脚兼容具 特点：128bytes部RAM2KbytesEPROM1根IO线216位定时计数器5两级中断源1全双工串行口片精密模拟较器片振荡器具低功耗闲置掉电模式工作电压范围425～55V工作频率取12MHzMCS51软件完全兼容家电产品工业控制医疗器械汽车工业等领域广阔应前景
AT89C2051具标准特性：2K字节闪速存贮器128字节RAM15IO线216位定时器计数器5两级中断源结构全双工串行口精确模拟较器片振荡器时钟电路支持两种软件选省电模式闲置模式 CPU停止工作RAM定时器计数器串口中断系统工作掉电模式保存RAM中容冻结振荡器禁止芯片功直硬件复位止工作电压范围27～6V直接LED驱动输出
图16AT89C2051脚封装图
P1口：8位双IO口P12—P17部拉电阻P10P11需外加拉
电阻P10P11具第二功分作片精密较器相反相输入端P1口输出缓器接收20MA电流直接驱动LED显示器P1口锁存器写1时作输入口P1口闪烁存储器编程校验时接收输出数代码
P3口：P30—P35P377位双IO部拉电阻P3口输出驱动器提供20mA灌电流驱动力P3口锁存器写1时输入口线P36作输入口线片较器输出端相连硬件引出端
P30—P35具第二功：
P30 RXD 串行输入口
P31 TXD 串行输出口
P32 外部中断口输入端
P33 外部中断1输入端端
P34 T0 计数器0外部输入端
P35 T1 计数器1外部输入端
P3口闪烁存储器编程校验时接收控制信号
RST：复位输入端引脚电变高IO口线马复位1状态振荡器振荡时该引脚保持两机器周期电复位整器件
Vcc供电电压GND接
XTAL1XTAL2：分片振荡器反相放器输入端输出端晶体振荡器
2 系统硬件部分设计实现
21电源电路设计
211概述
78L05三端式固定稳压输出集成电路输出电压5V具输出稳定温度系数方便等优点图：
图21 78L05外接电路
212特点
A外接元件少适性强
B输出电流100MA
C输出电压5V
D含热流保护
213额定值
表21 78L05额定值
项目
符号
额定值
单位
电压电源
30
V
消耗功率
800
mV
工作温度
20—+150
℃
贮存温度
55—+150
℃
214电路设计
图22 78L05应电路
22传感器选择
221 DS18B20功简介
传统温度检测热敏电阻作温度敏感元件热敏电阻优点成低需续信号处理电路性相较差准确度精度较低美国Dallas公司新推出DS18B20数字式温度传感器传统热敏电阻温度传感器够直接读出测温度根实际求通简单编程实现9～12位数字值读数方式分9375ms750ms温度值转化9位12位数字量DS18B20系统结构更简单性更高具独特单总线接口方式允许条信号线挂接数十甚百数字式传感器测温装置传感器接口变十分简单克服模拟式传感器微机接口时需AD转换器复杂外围电路缺点组成温度测控系统非常方便具成低体积抗干扰性性高传输距离远等优点
DS18B20测温原理图23示低温系数振荡器输出时钟脉信号通高温系数振荡器产生门开通周期计数通该计数值测量温度计数器预置55℃应基数值果计数器高温系数振荡器输出门周期结束前计数零表示测量温度高55℃预置55℃温度寄存器值增加增量时补偿温度振荡器抛物线特性计数器斜率累加器决定值进行预置时钟次计数器计数值零果开门时间未结束重复程直高温度系数振荡器门周期结束止时温度寄存器中值测温度值斜率累加器补偿修正测温程中非线性输出修正计数器预置值
222 DS18B20特点概述
A单线接口根信号线CPU连接
B数字信号输出需信号放AD转换
C提供912位温度值精度高信息传输需1根信号线接口简单两种供电方式
DDS18B20惟序列号允许DS18B20连接总线
E电源极性接反时DS18B20会发热烧毁
F测温范围－55～+125℃增量值05℃(9位温度值)
G现场温度直接线总线数字方式传输提高系统抗干扰性适合恶劣环境现场温度测量环境控制设备程控制测温类消费电子产品等
223 DS18B20基特性
DS18B20数字式温度传感器外部形状部芯片图示总线接口方式外部微处理器进行通信温度测量范围－55～+125℃测量精度05℃传感器供电寄生通信总线总线通信中高电中取样需外部供电电源作代直接供电端(VDD)供电般检测温度超100℃时建议供电端供电供电范围3～55V总线寄生供电时供电端必须接时总线口空闲时候必须保持高电便传感器充电DS18B20温度传感器特芯片序列号样温度传感器挂接根总线实现点温度检测
224电路设计
设计中DS18B20单片机连接电路图26中DS18B20外接电源工作方式时DS18B20种寄生电源工作方式线工作协议流程：初始化—ROM操作指令—存储器操作指令—数传输指令工作时序包括初始化时序写时序读时序数读写均低位开始果线挂DS18B20采寄生电源连接方式需进行精度配置子程序 编写更复杂
图23 DS18B20微处理器典型连接图
23超声波测距电路设计
231超声波发射电路
超声波发射电路设计图27示：
图24超声波发射电路
单片机（AT89C2051）通外部引脚P17输出短暂脉宽度25载波40HZ超声波脉串然加射器基极功率放推动超声波发射出电路中发光二极LEDR33出电路电源供电指示电路中CSB40T超声波换器功发射超声波发射超声波采软件硬件方法述利软件发生法种方法特点充分利软件灵活性第二种方法利超声波专发生电路者通发生电路产生超声波信号直接驱动换器产生超声波设计采第种方法
232超声波接收电路
超声波接收电路CSB40R LM567LM385组成电路组成图：超声波接收器接收反射超声波送放器进行放然锁相环电路进行检波处理输出低电送AT89C2051引脚启动中断程序软件进行计算判样出时间t果危险触发报警电路时测距离LED显示出选择超声波接收探头时候必须采发射探头应型号频率致里采CSB40R否法产生振影响接收效果甚法接收
图 25超声波接收电路
探头变换信号非常弱必须放电路放正弦波信号直接微处理器接收必须进行波形变换LM567起样作
24汽车测速电路设计
设计中采测速器霍尔器件3031T光隔离器4N37较LM311发光二极显示器AT89C2051单片机组成操作程脉信号产生定时计数速度数处理等程 种电子器件具实时测速反应灵敏测速精度高结构简洁成较低等特点测速精度灵敏度调通选具磁钢数霍尔器件通设置定时记数时间常数实现满足测速场合精度灵敏度求特适合发动机置变速箱离驾驶室较远场合硬件框图：
霍 尔 元 件
放 电 路
光 隔 离 器
整 形 电 路
AT89C2051
图 26汽车测速原理图
241霍尔效应原理
假设N型半导体薄片通电流I图示半导体中载流子(电子)着电流相反方运动(电子速度V)垂直半导体薄片面方施加磁场B电子受洛仑磁力FL作边偏转该边形成电子积累边正电荷积累形成电场 该电场阻止运动电子继续偏转 运动电子受电场力FE洛仑磁力FL相等时电子积累便达动态衡薄片前两横断面间建立电场产生相应霍尔电势UH(方见图)值：
UHKH×I×B (21)
式中
KH—霍尔元件灵敏度V(A*T)
I—控制电流A
B—磁感应强度T
式(21)出霍尔电势正控制电流I磁感应强度B电流固定变时UHB成正霍尔传感器测量磁感应强度变化实现
图 27 霍尔效应原理图
242光隔离器4N37选
选 4N37考虑电子车速表实时测速装置需进行效隔离提高抗干扰力4N37工作原理图28示：45两脚间电阻发光二极发出光强度增加减少1脚电压时二极发光射45脚间元件45引脚间电阻降4脚信号电压输出1脚电压时二极发光45引脚间电阻4脚信号电压输出见4N37光隔离器输入输出间电直接连通通光作进行工作起隔离电作
图 28 4N37 外型
243霍尔开关传感器3031T选
霍尔开关传感器 3031T选3031T种硅单片集成电路图29示器件含稳压电路霍尔电势发生器放器史密特触发器集电极开路输出电路3031T具工作电压范围宽性高外围电路简单输出电种数字电路兼容等特点时3031Ｔ具体积触点动态特性寿命长等特点测量转动物体旋转速度领域广泛应器件采三端塑封装
图 29 霍尔器件3031T集成电路
244较器选
LM311种常线性较器广泛应较整形电路中汽车测速电路中较器LM311作脉信号整形脉幅值进行调节汽车测速程中起作控制信号输入着影响
245汽车测速电路设计
汽车测速电路霍尔传感器3031T光电隔离器4N37较器LM311组成霍尔器件3031T中产生脉信号频率车速成正(确定车型例常数定) 接着该脉信号放光电隔离整形送AT89C2051单片机定时计数具体电路设计：
图 210 测速原理图
25报警电路设计
251音频功率放器LM386介绍
A概述
扬声器发声电子装置需音频放器件目前止激励型扬声器音频放器件中美国国家半导体公司1975年推出集成电路LM386应低电压消费类产品电路设计中外围元件少电压增益置201脚8脚间增加外接电阻电容便电压增益调意值直200输入端位参考时输出端动偏置电源电压半6V电源电压静态功耗仅24MwLM386特适电池供电场合LM386封装形式塑封8引线双列直插式贴片式
LM386缺点需容量电容整电路体积价格升声音失真LM386输入阻抗高设计影响忽略
B特性
a)静态功耗底约4mA电池供电
b)工作电压范围宽4—12V 5—18V
c)外围元件少
d)电压增益调20—200
e)低失真度
252设计电路
设计电路图211示报警电路音频功率放器LM386扬声器组成LM3863脚接单片机AT89C2051P16脚6接电源汽车处危险状态时候单片机发出脉信号音频功率放器LM386放扬声器发出报警信号
图2 11 报警电路原理图
26显示电路设计
261MC14499显示芯片介绍
MC14499Motorola公司新生产种串行BCD码输入—十进制码输出CMOS集成电路片MC14499直接驱动控制4位阴极LED显示器(联级时控制驱动4×NLED显示器)采动态扫描显示方式功耗较低单片机应系统中MC14499具占输入口线少(3根)单片控制显示位数方便等优点广泛应
MC14499引脚排列图212示片移位寄存器锁存器路输出器译码驱动器振荡器组成路输出器锁存器中取出BCD码数段译码器译码送agDP片振荡器产生振荡信号4分频分送I—IV4条位控制线提供4位显示器轮流扫描引脚功：agDP：七段码数点输出IIV：字位选择输出OSC：外接电容端外接电容片振荡器产生定频率扫描信号防LED显示器闪烁DATA：串行数输入端CLK：时钟输入端提供串行输入时时钟控制信号EN端端0时MC14499允许接收串行数1时禁止接收串行数片移位寄存器中数送入锁存器中锁存
图212 MC14499引脚图
262MC14499设计中应
单片机控制具显示功系统中MC14499完成显示功外围线路少软件设计简单
单片机MC14499进行接口时2种方式：第1种IO口控制方式单片机提供3根IO口线MC14499进行串口接口软件模拟串行输出操作提供MC14499ENCLKDATA第2种串行口控制方式单片机串行数发送端TXD提供CLK时钟信号串行数接收端RXD输出串行数P1口P3口意口提供EN信号串行口控制方式工作单片机工作方式显示电路接线图213示
图 2 13显示电路原理图
MC14499引脚234分接AT89C2051P10P31P30
3系统软件部分设计实现
31基汇编语言实现DSB18B20程序设计
311初始化
总线操作前初始化操作先发复位信号通知传感器DS18B20等接收命令
312 ROM操作命令
单片机收DS18B20信号发送四ROM操作命令中命令字均8位16进制数（低位前）现命令说明
A．读命令：通该命令单片机读出ROM中8位系列产品代码48位产品序列号8位CRC码读命令仅单DS18B20线情况时DS18B20开漏输出产生线路混乱引起数突
B．选择定位命令：片DS18B20接线时单片发出该命令64位数列DS18B20部ROM单片数列致者响应单片机发送寄存器操作命令DS18B20等复位该命令单片DS18B20情况
C．跳ROM序列号检测命令：单片DS18B20线系统该命令允许机跳ROM序列号检测直接寄存器操作节省时间片DS18B20线系统该命令引起数突
D．报警查询命令：该命令操作程ROM查询命令仅次温度测量值已置位报警标志（高TH低TL时）DS18B20响应该命令果DS18B20处电状态该标志保持效直遇列两种情况：
a)次测量温度发生变化测量值处THTL间
b)THTL改变温度值处新范围间设置报警时考虑EEROM中值
313存贮器操作命令
A写入：命令数写入寄存第2～4字节第2字节（TH）开始复位信号发出前必须三字节写完
B读出：命令读出寄存器中容第1字节开始直读完第9字节果仅需寄存器中部分容机合适时刻发送复位命令结束该程
C复制：该命令暂存器第2～4字节转存DS18B20EEROM中果DS18B20信号线供电机发出命令总线必须保证少10ms拉发出命令机发出读时隙读总线果转存正进行读结果0转存结束1
D开始转换：DS18B20收该命令立刻开始温度转换需数时DS18B20处空闲状态温度转换正进行时机读总线收0转换结束1果DS18B20信号线供电机发出命令机必须立提供DS18B20
拉电
E回调：执行该命令EEROM中容回调寄存器THTL设置寄存器单元中DS18B20电时动回调设备电THTL存效数该命令发出果机着读总线读0意味着忙1回调结束
F读电源标志：机发出命令读总线DS18B20发送电源标志0信号线供电1外接电源单片DS18B20时总线接5k电阻应适降低拉电阻值调试时拉电阻换作电位器逐步调节电位器直获正确温度数读写DS18B20时应严格定时序操作否读写效
314 DS18B20读写操作
A复位：DS18B20操作时首先复位复位时DQ线拉低电时间480～960ms接着数线拉高电时间15～60msDS18B20发出60～240ms低电作应答信号时机进行操作
B写操作：数线高电拉低电产生写起始信号DQ线降起计时15ms60ms段时间数线进行检测数线高电写1低电写0完成写周期开始写周期前必须1ms高电恢复期写周期必须60ms持续期
C读操作：机数线高电拉低电1ms数线升高电产生读起始信号机数线高电拉低电起15ms60ms机读取数读周期短持续期60ms周期间必须1ms高电恢复期
32基汇编语言实现显示电路程序设计
321显示电路设计
MC14499AT89C2051单片机接口方式行口串行口两种方式典型显示电路图217示
322行口方式
行口方式选定AT89C2051单片机P1P3口意3根IO线提供MC14499需时钟信号信号串行数
323串行口方式
串行口方式 AT89C2051单片机串行输出端TXD提供时钟信号串行口输入端RXD输出串行数选定P1口P3口意根IO线提供MC14499需信号串行口方式应AT89C2051单片机串行口工作方式置0方式串行口方式特适合硬件系统相互间通道时情况该控制方式应注意 AT89C2051单片机串行口输出数时发送序数低位高位MC14499BCD码数译十进制数时原数低位作高位处理某次数八位10000100B(84H)送入MC14499时低位高位分布移位寄存器13～20单元中低位013单元高位120单元MC14499进行译码时0作高位1作低位处理成00100001B(21H)段码3数0010B显示器显示2段码4数0001B显示器显示1必须欲显示压缩BCD码进行循环位移(低位移高位第二位移第七位余次类推)送入MC14499保证显示正确性
324程序设计点
MC14499次接收串行数20位AT89C2051单片机8位机次送出数非定20位特串行口控制方式串行口次送出数8位MC14499次接收数必然少20位AT89C2051单片机送出数20位时MC14499接收20位数20位前余数移位程中数挤出AT89C2051单片机送出数少20位时MC14499接收移位程中保留部分移位寄存器中原数AT89C2051单片机次发送完数必须MC14499端置位MC14499进行译码输出非移位寄存器数锁存器数端置位两作
A禁止MC14499接收外数
B移位寄存器数送入锁存器中提供译码输出面两驱动程序中均假设数点选择位段码1段码2段码3段码4压缩BCD码形式存放DATA首址单片机部RAM中
33基汇编语言实现汽车测速程序设计
331脉信号产生
霍尔效应原理永久磁钢固定变速箱第二轴驱动蜗轮轴转盘边转盘附固定安装霍尔器件3031T (磁钢3031T正时距离超 2mm)时3031T通方变控制电流I转盘旋转时受磁钢产生磁场影响霍尔器件感受交变磁感应强度输出频率转速成正脉信号处安装磁钢(磁钢数少具体场合精度灵敏度求决定)轴转周产生脉测出脉频率计算出车速
332定时计数
霍尔传感器产生脉信号放光隔整形送AT89C2051单片机进行 01S定时计数(通改变定时计数时间调整测速精度灵敏度定时计数时间 01S时测速反应时间 01S)首先置位EAET开放CPU中断允许定时器T1中断然设置TMOD 15H定时器T1方式1定时计数器T0方式 1外脉计数T0T1运行情况TR0TR1决定TR0TR1 1时 T0T1分进行计数定时TR0TR1 0时T0T1停止计数定时定时τ01S晶振选f晶6MHZT1初值a式(31)计算ａ15536 置初值TH13CHTL1B0H
τ(12f晶)×(216a)(μｓ) (31)
计数器0开始计数置初值0接着置位启动计数器T0定时器0加1计数 3CB0H加1定时高位产生溢出时置1CPU申请中断CPU响应中断便进入中断服务程序进步进行处理
333速度计算
中断服务程序中01ｓ脉数ｎ中转入寄存器中(般汽车变速箱第二轴实际转速28256rads0n值)CPU式(32)计算出车速
(32)
式中 n—01ｓ脉数τ—定时时间(定01s)—减速器减速D—车轮外径mC—速度转换常数值C ( 36πD) τ见C值车型异
4结束语
该设计介绍汽车防撞报警器单片机AT89C2051作报警装置核心充分发挥AT89C2051数处理实时控制功系统工作佳状态提高系统灵敏度系统具体积方便特点设计创新处系统中加入温度传感器汽车测距更精确提高系统性该装置工作稳定满足数汽车报警求成较低良性价系统中锁相环需定时间测距离误差误差3cm忽略计精度求较高工业领域：机器动测距方面误差忽略通改变硬件应实现超声波快速锁定误差进步减03mm满足更高求
稍加改进作汽车倒车报警器提高汽车倒车时安全性
参考文献
[1]程杰容 黄金荣车距监测倒车报警安全系统[J] 泉州泉州师范教育技术系2004
[2]丁元杰单片微机原理应[M]北京机械工业出版社2001
[3]雷辉基AT89C2051智型汽车防撞报警器设计[J]长沙航空职业技术学院2006
[4]崔广新高性价格单片机AT89C2051[J] 河南省计量测试研究1996
[5]张帆汽车防撞报警器研制[J] 第四军医学生物医学工程系2003
[6]钟化Z86E08微处理器汽车倒车防撞报警器中应[J] 东交通学电气电子工程学院2003
[7]雷辉基AT89C2051智型汽车防撞报警器设计[J]长沙航空学院电子信息工程系2003
[8]王静霞MC68HC705J1A实现超声波汽车倒泊防报警器设计[J] 深圳职业技术学院2001
[9]阎石数字电子技术基础[M]北京高等教育出版社1998
[10]王建民 朱邦国 YHD型汽车倒车防撞装置[J] 电子世界1997
[11]罗淳熊庆国智汽车防撞报警器设计开发[J]现代电子技术2009
致 谢
走快总时间感叹学生活已尾声四年努力付出着次文完成划完美句号
文导师顾光旭副教授悉心指导完成初定题资料收集写作修改文定稿耐心指导私帮助指导毕业文顾老师放弃休息时间种私奉献敬业精神令钦佩严谨科研风格博知识面积极乐观生活态度会生道路产生长远影响文完成际谨导师致诚挚敬意
感谢父母求学生涯中予私奉献关爱祝身体健康工作利
感谢学课题完成程中提供极帮助祝日子里切利
感谢关心帮助领导老师学朋友
外百忙中评阅文参加答辩位专家教授表示衷谢意
附 录
附录1总程序流程图
附录11总程序流程图
开始
较器
M
参数初始化
发射超声波
收回波否？
数处理
车速≤30Kms
车速≤80Kms
距离﹤1m？
车距﹤2m？
显示距离
距离﹤5m
报 警
附录12总程序清单
ORG 0000H
0000H12043F LJMP MAIN
ORG 000BH
0001H 30011F LJMP TIMERR0
ORG 0030H
MAIN
0002H75F87 MOV R5#0FFH
MAIN_0
0003H1204FF LACALL DELAY1MS
0004H1204FF LACALL DELAY1MS
0005H1204FF LACALL DELAY1MS
0007H75F22 DJZ R5 MAIN_0
0008H7471 LCALL SYS_INIT
MAIN_1
0009H75F23 SETB TR0
000AH7C00 SETB ET0
000BH74CE LCALL DS18B20_START
MAIN_2
000DH742F JB CSBIN
0010H7E08 CLR TR1
0011H9201 MOV JSH TH1
0012H F673 MOV JSL TL1
0013H75F02 MOV A COUNT
0014H7A08 XRL A #10
0016H74F0 JNZ MAIN_21
0017H1204FA LCALL DS18B20_GET
0018H74D2 MOV COUNT #0
0019H74CE LCALL DS18B20_START
MAIN_21
001AH1204FF LCALL COMPUTER
DSB18B20_RST：
001BHC201 CLR P12
001CH7403 MOV R7#32
001DH1204FF LCALL DELAY15US
001EH7C02 SETB P12
001FH75F4 MOV R7#4
0020H1204FF LCALL DELAY15US
0021H7E28 CLR EXIST
0023H 744F JB P12DS18B20_RET_0
0025H745F SET EXIST
0026H 7403 MOV R7 #28
0027H1204FF LCALL DELAY15US
DS18B20_RET_0
0028H22 RET
DSB18B20_WRITE
002AHC3 CLR C
002BH7908 MOV R1 #8
DS18B20_WR_1
002BH7935 CLR P12
002FH9134 MOV R7 #1
002CH1204FF LCALL DELAY15US
002EH13 RRC A
002FH9201 MOV R5 C
0030H 7F01 MOV R7 #1
0031H1204FF LCALL DELAY15US
0033HD201 SETB P12
0035H00 NOP
0037HD920H DJNZ R1 DS18B20_WR_1
0039HD201 SETB P12
003BH22 RET
DSB20_READ
003CHC3 CLR C
003DH7902 MOV R1 #2
003FH7804 MOV R0 #TEMP
DS18B20_RD_1
0041H7A08 MOV R2 #8
DS18B20_RD_2
0043HD3 SETB
0044H00 NOP
0045H 00 NOP
0047HE4 CLR P12
0048H00 NOP
0049H00 NOP
004AHE4 CLR P12
004BH00 NOP
004CH00 NOP
004FHD201 SETB P12
0051H7F01 MOV R7 #1
0053H1204FF LCALL DELAY15US
0056HA201 MOV C P12
0059HB RRC A
005AHD922H DJNZ R2 DS18B20_RD_2
005CH7942 MOV @R0 A
005EH7E28 INC R0
0060H D920H DJNZ R1 DS18B20_RD_1
0062H22 RET
DS18B20_STAR
0064H1234FF LCALL DS18B20_RET
0067H7610 JNB EXIST DS18B20_ST_20
0069H 7201 MOV A #44H
006BH D922H LCALL DS18B20_WRITE
DS18B20_ST_0
006DH22 RET
DS18B20_GET
006FH1235FF LCALL DS18B20_RST
0071H7403 MOV A#0CCH
0073H D922H LCALL DS18B20_WRITE
0075H7405 MOV A #0BEH
0077H D922H LCALL DS18B20_WRIE
0079H D932H LCALL DS18B20_READ
008AH22 RET
GETSPEED：
008BH7408 MOV ATEMP
008DHFA MOV R2 A
008FH7409 MOV ATEMP+1
0091HFB MOV R3A
0092H7C03 MOV R4#03H
0094H7426H MOV R5#20H
0097H7442H LCALL COMPARE
0099H22 JC GETSPEED_1
009AH7620 JB FUHAO GETSPEED_01
009CH75F00F MOV SPEED #26H
009EH7E02 MOV SPEED+1 #42H
009FH22 RET
GETSPEED_01
00A1H75F01F MOV SPEED #1FH
00A3H7E04 MOV SPEED+1 #0E6H
00A5H22 RET
GETSPEED_1
00A7H7C02 MOV R4 #02H
00A9H7D80 MOV R5 #08H
00AAH7442 LCALL COMPARE
00ACH400B JC GETSPEED_2
00AEH7630 JB FUHAO GETSPEED_11
00B0H75F025 MOV SPEED #25H
00B3H749F MOV SPEED+1#9FH
00B5H22 RET
GETSPEED_11
00B7H7402 MOV SPEED #02H
00B9H7489 MOV SPEED+1 #89H
00BAH22 RET
GETSPEED_2
00BCH7C01 MOV R4 #01H
00BEH7DE0 MOV R5 #0E0H
00C1H7904 LCALL COMPARE
00C3H4003B JC GETSPEED_3
00C5H7633 JB R5 GETSPEED_21
00C7H7421 MOV SPEED #24H
00C9H74CE MOV SPEED+1 #0FCH
00CB22 RET
GETSPEED_21
00CDH7F021 MOV SPEED #21H
00D0H742C MOV SPEED+1 #2CH
00D2H22 RET
GETSPEED_3
00D3H7C01 MOV R4 #01H
00D5H7D40 MOV R5 #40H
00D7H7446 LCALL COMPARE
00D9H4005 JC GETSPEED_4
00DAH7633 JB FUHAO GETSPEED_31
00DCH75F024 MOV SPEED #24H
00DFH7475 MOV SPEED+1#75H
00E122 RET
GETSPEED_31
00E3H7421 MOV SPEED #21H
00E5H74CE MOV SPEED+1 #0CEH
00E7H22 RET
GETSPEED_4
00E8H7C00 MOV R4 #00H
00EAH74D2 MOV R5 #0A0H
00EDH7905 LCALL COMPARE
00EFH4008 JC GETSPEED_5
00F1H7635 JB FUHAO GETSPEED_41
00F3H75F023 MOV SPEED #23H
00F5H74D2 MOV SPEED+1#0D2H
00F7H22 RET
GETSPEED_41
00F8H75F022 MOV SPEED #22H
00FBH7471 MOV SPEED+1 #71H
00FEH22 RET
GETSPEED_5
00FFH75F0223 MOV SPEED #23H
0101H742F MOV SPEED+1 #2FH
0103H22 RET
COMPUTER
0105H7408 MOV ATEMP
0107HC3 CLR C
0108HE4 CLR FUHAO
0109H9405 SUBB A #80H
010AH4000 JC COMPUTER_1
010CH7456 SETB FUHAO
010FH7448 LCALL BM
COMPUTER_1
0110H7563 LCALL GETSPEED
0112H7A08 MOV R2 SPEED
0114HFB MOV R3 SPEED+1
0115H7E08 MOV R6 JSH
0118H7F09 MOV R7 JSL
011A7547 LCALL MULD
011CHC3 CLR C
011DH EA MOV A R2
011EH13 RRC A
011FHEB MOV R2 A
0120HFB MOV A R3
0121H13 RRC A
0122HFB MOV R3 A
0123HEC MOV A R4
0124H13 RRC A
0125HFC MOV R4 A
0126HED MOV A R5
0127H13 RRC A
0128HFD MOV R5 A
0129H7806 MOV R0 #DISTANCE
012AHEA MOV A R2
012BHF6 MOV @R0 A
012CH08 INC R0
012DHEB MOV A R3
012FHF6 MOV @R0 A
0130H08 INC R0
0131HF6 MOV A R4
0132H08 MOV @R0 A
0133HED INC RO
0134HF1 MOV A R5
0135HF6 MOV @R0 A
0136H22 RET
0138H75812F MOV SP#2FH
013AH75812F MOV SP#2FH
013DH758915 MOV TMOD #15H
0140H759800 MOV SCON #0H
0143H758C00 MOV TH0 #0H
0146H758A00 MOV TL0#0
0149H758D3C MOV TH1 #3CH
014BH758B01 MOV TL1 #B0H
014DHC2A9 CLR ET0
0150HD2AF SETB EA
0151HD2AB SETB ET1
0153HD28C SETB TR0
0155HD228E SETB TR1
DISPLAY
0157H7400 MOV SCDN #00H
0159H7B03 MOV R3 #03H
015BH782D MOV R0 #DATA
015EHC290 CLR P35
SNDBYTE
0160H7420 MOV A #R0
0162H7900 MOV R1 # 00H
0164H7A80H MOV R2 # 08H
SNDBIT：
0166HB RRＣ A
0167HFC MOV R4 A
0168F9 MOV A R1
066AH33 RLC A
066BHF9 MOV R1 A
066CH742F MOV A R4
066FH7645 DJNZ R2 SNDBIT
0671H8999 MOV SBUF R1
CLK T
0673H7864 JNBTI CLKT
0675HE4 CLR T1
0677H9864 INC
0679H7956 DJZ R3SNDBYTE
067BH8643 SETB P16
067DHH22 RET
附录2设计图纸
附录21汽车车速测量超声波测距原理框图
超声波发射
超声波接收
障 碍 物
霍 尔 元 件
放 电 路
光 隔 离 器
整 形 电 路
AT89C2051
附录22：功汽车防撞报警器总框图
单 片 机 控 制
显示电路
M
温度传感器
M
放电路
M
超声波发射电路
音频功率放器
M
扬声器
超声波接收电路
放电路
霍尔传感器
光电隔离
M
锁相环电路
M
晶振电路
M
较器
附录23：功汽车防撞报警器总原理图
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毕业设计说明书
功汽车防撞报警器设计
专业
电气工程动化
学生姓名
班级
电气
学号
指导教师
完成日期
2010年X月X日
功汽车防撞报警器设计
摘 ：着电子技术汽车技术日益结合种电子智装置已汽车系统中汽车电子产品已成电子产品中独立门类保障汽车行驶安全降低肇事率起作
汽车防撞系统种司机预先发出视听告警信号探测装置安装汽车探测企图接车身行车辆周围障碍物司机员提前发出发生撞车危险信号促司机采取应急措施应付特殊险情避免损失系统单片机AT89C2051控制核心器件系统硬件电路超声波测距装置汽车测速装置显示装置组成般汽车防撞装置精度求难达标准设计创新结合温度传感技术超声波测距更精确
根电路设计原 首先完成总体方案证制定绘制总体框图然分析系统工作原理基础设计出部分单元电路原理图分析工作原理进步完成系统电路设计系统工作原理充分研究基础选择合适元件型号参数protel绘图软件画出电路原理图
关键词：AT89C2051温度传感器超声波测距汽车测速
Anticollision Alarm of The Multifunctional Automobile
Abstract The technical of the car along with the electronics technique increasingly combinative every kind of electronics intelligence equipments have been used in the car system making the car electronics product have become an independent door in electronics product it is to guarantees the car drives the safety and lower the cause rate it rises very big function
The principle of measuring distance with ultrasonic and the influence of environment on the measuring accuracy ate introduce the reason of measuring error is analyzed when instrument is designed the selection of ultrasonic sensor the ascertainment of frequency count and the influence of blind area on measurement are expounded the approach of improving measuring accuracy is pointed out the method of correcting error with software is expound emphatically design aims are achieved measuring demands on industry are satisfied
According to the principles of circuit designfirstly I formulate the system overall plan draw the diagram of the console and then analyze the working principle of the system design each parts of circuit schematicswhich is based on the working principle of the system furtherly I complete the design of the system circuits According to the analysis of the working principle of the system I select the appropriate component models and parameters and then draw the system circuits through the protel schematic drawing software
Key Words AT89C2051Ultrasonic Distance measuringThermometerMeasuring the speed of car
目 录
0 概述 4
1 总体方案设计实现 4
11总体方案设计 4
12超声波测距原理影响素 5
13汽车测速原理 8
14 AT89C2051单片机功介绍 8
2 系统硬件部分设计实现 9
21电源电路设计 9
22传感器选择 11
23超声波测距电路设计 12
24汽车测速电路设计 13
25报警电路设计 16
26显示电路设计 17
3系统软件部分设计实现 19
31基汇编语言实现DSB18B20程序设计 19
32基汇编语言实现显示电路程序设计 20
33基汇编语言实现汽车测速程序设计 21
4结束语 22
参考文献 23
致 谢 24
附 录 25
附录1总程序流程图 25
附录11总程序流程图 25
附录12总程序清单 27
附录2设计图纸 34
附录21汽车车速测量超声波测距原理框图 34
附录22：功汽车防撞报警器总框图 35
附录23：功汽车防撞报警器总原理图 36
功汽车防撞报警器
0 概述
着社会济断进步科技飞速发展日常工作生活中汽车已成理想交通工具高速公路汽车川流息汽车尾气排放日益严重源危机汽车行驶安全问题日益突出解决汽车污染节安全问题汽车广泛采电子控制技术
设计功汽车防撞报警器根定时时间计算汽车障碍物距离计数频率计算汽车车速根汽车障碍物间距离汽车车速判断否应安全范围超出安全范围会产生报警信号根计算判断结果产生BCD码相应频率脉信号驱动显示电路设计单片机AT89C205作报警装置核心充分发挥AT89C2051数处理实时控制功系统工作佳状态
系统设计具体求点：
A．设计汽车防撞报警器硬件电路编写够完成防撞报警软件实现功汽车防撞报警系统
B．超声波测距技术传感器技术相结合检测汽车运行中方障碍物汽车距离汽车车速
C．通数显装置显示距离发声电路根距离远情况发出警告声汽车驾驶者提前采取应措施
软件系统设计根测距离车速进行较然根测量结果判断否驱动报警电路报警设定车速等30kmh时安全离应等1m车速80kmh时安全离应等2m车速80kmh时安全距离应等5m果安全距离设05m作汽车倒车报警器提高汽车倒车时安全果超出设定值系统会触发报警电路产生报警信号
功汽车防撞报警器作项先进汽车防撞装置够预报种情况汽车防撞事该装置单片机核心具体积方便特点防撞报警器设计具定鉴作预防制止事方面起定作具定济价值社会效益
1 总体方案设计实现
11总体方案设计
超声波测距原理：SC×T2（中C超声波速度常温344mS）声速确定测出声波返时间测量出距离汽车车速测量通霍尔集成传感器实现系统硬件电路温度传感器电路超声波发射电路超声波接收电路汽车测速电路报警电路LED显示电路组成通AT89C2051芯片处理防撞信号报警电路报警系统总原理框图图示
单
片
机
控
制
放电路
汽车速度测量
声音报警
LED显示距离
温度传感器
超声波发射器
锁相环
放电路
超声波接受器
信号发射
信号接收
图11 系统原理框图
12超声波测距原理影响素
121测量原理
声波媒质中传播质点位置压强密度相应静止值扰动高 2×104HZ时机械波称超声波媒质包括气体液体固体流体中声波常称压缩波压强波般流体媒质言声波种波传播速度
CSqrt(Eρ) (11)
式中E媒质弹性模量ρ媒质密度 E媒质弹性模量E复数虚数部分代表损耗C复数实数部分代表传播速度虚数部分衰减常数(单位距离强度幅度衰减)关测量者求媒质中损耗声波传播媒质弹性模量密度耗形状(产生折射反射衍射等)关
利声波反射原理已知声速C测量发射波反射波时间间隔t发射点反射点距离S
SC*T2 (12)
原理图：
障
碍物
超声波发射
超声波接收
图 12 超声波测距原理
外图中出超声波利接收发射波进行距离计算
避免存发射发射间夹角2ββ时候根公式(12)计算β较时候必须进行距离修正公式
SCOSβ×C△T2 (13)
式中倾角β超声波发射装置接收装置位置关实际应中应注意适安装
122外界素测量影响
声波传输速度媒介弹性模量密度相关利声速测量距离考虑素声速影响气体中压强温度湿度等素会引起密度变化气体中声速受密度影响液体深度温度等素会引起密度变化固体中弹性模量声速影响较密度影响更般超声波固体中传播速度快液体次气体中传播速度慢气体中声速受温度影响声波扰动机械声波传播中带机械量声传播途中逐渐转变成热出现距离逐渐衰减现象称声吸收声波频率越高衰减越厉害传播距离越短定频率衰减湿度函数
声速受温度影响公式表述：
CC0*Sqrt(1+(θ273)) (14)
根式(14)测量温度声速图温度声速增量图图13图14示
式(14)图14见温度θ0～40℃变化时会产生7声速变化提高测量准确度计算时必须根温度进行声速修正工业测量中般公式计算超声波空气中传播速度
(15)
图13 空气中温度声速图
图 14空气中温度声速增量图
面分析知道超声波速度受外界影响素中影响素温度温度补偿求取声速程成必少环节简化程序设计设计中采查表法进行温度补偿目避开复杂浮点数运算浮点结果中字节提取操作样保证定精度求避免浮点运算基微处理器系统中通常浮点运算改定点运算
123误差修正算法
次测量发现温度测量结果规律
A距离进行次测量测数稳定性15ｍ范围变化超07mm
B测量误差着测距离增增
次实验 采集20℃时40cm150cm隔2cm距离测量误差404244…148150cm时测量误差56值中值次测量均误差值56值组成误差函数表理讲采集点足够时根逐点查表法达非线性完全修正修正误差样数量会非常采分段线性插值法进行误差曲线函数表数生减少数存储量根误差值绘出测量误差曲线图15示
图15 测量误差曲线
13汽车测速原理
汽车车速测量通霍尔集成传感器实现装永久磁铁转盘输入轴车轮转轴相连车轮转动时转盘转动时转盘永久磁铁会霍尔集成传感器霍尔集成传感器输入端磁信号果转盘停转动霍尔集成传感器便会输出转速信号说汽车车速测量实质转速信号频率测量
14 AT89C2051单片机功介绍
AT89C2051ATMEL公司AT89系列新产品世界新型电擦写入八位单片机体积低电压低电流低功耗低价格高性AT89C2051低功耗高性CMOS8位微处理器MCS51系列指令集引脚兼容具 特点：128bytes部RAM2KbytesEPROM1根IO线216位定时计数器5两级中断源1全双工串行口片精密模拟较器片振荡器具低功耗闲置掉电模式工作电压范围425～55V工作频率取12MHzMCS51软件完全兼容家电产品工业控制医疗器械汽车工业等领域广阔应前景
AT89C2051具标准特性：2K字节闪速存贮器128字节RAM15IO线216位定时器计数器5两级中断源结构全双工串行口精确模拟较器片振荡器时钟电路支持两种软件选省电模式闲置模式 CPU停止工作RAM定时器计数器串口中断系统工作掉电模式保存RAM中容冻结振荡器禁止芯片功直硬件复位止工作电压范围27～6V直接LED驱动输出
图16AT89C2051脚封装图
P1口：8位双IO口P12—P17部拉电阻P10P11需外加拉
电阻P10P11具第二功分作片精密较器相反相输入端P1口输出缓器接收20MA电流直接驱动LED显示器P1口锁存器写1时作输入口P1口闪烁存储器编程校验时接收输出数代码
P3口：P30—P35P377位双IO部拉电阻P3口输出驱动器提供20mA灌电流驱动力P3口锁存器写1时输入口线P36作输入口线片较器输出端相连硬件引出端
P30—P35具第二功：
P30 RXD 串行输入口
P31 TXD 串行输出口
P32 外部中断口输入端
P33 外部中断1输入端端
P34 T0 计数器0外部输入端
P35 T1 计数器1外部输入端
P3口闪烁存储器编程校验时接收控制信号
RST：复位输入端引脚电变高IO口线马复位1状态振荡器振荡时该引脚保持两机器周期电复位整器件
Vcc供电电压GND接
XTAL1XTAL2：分片振荡器反相放器输入端输出端晶体振荡器
2 系统硬件部分设计实现
21电源电路设计
211概述
78L05三端式固定稳压输出集成电路输出电压5V具输出稳定温度系数方便等优点图：
图21 78L05外接电路
212特点
A外接元件少适性强
B输出电流100MA
C输出电压5V
D含热流保护
213额定值
表21 78L05额定值
项目
符号
额定值
单位
电压电源
30
V
消耗功率
800
mV
工作温度
20—+150
℃
贮存温度
55—+150
℃
214电路设计
图22 78L05应电路
22传感器选择
221 DS18B20功简介
传统温度检测热敏电阻作温度敏感元件热敏电阻优点成低需续信号处理电路性相较差准确度精度较低美国Dallas公司新推出DS18B20数字式温度传感器传统热敏电阻温度传感器够直接读出测温度根实际求通简单编程实现9～12位数字值读数方式分9375ms750ms温度值转化9位12位数字量DS18B20系统结构更简单性更高具独特单总线接口方式允许条信号线挂接数十甚百数字式传感器测温装置传感器接口变十分简单克服模拟式传感器微机接口时需AD转换器复杂外围电路缺点组成温度测控系统非常方便具成低体积抗干扰性性高传输距离远等优点
DS18B20测温原理图23示低温系数振荡器输出时钟脉信号通高温系数振荡器产生门开通周期计数通该计数值测量温度计数器预置55℃应基数值果计数器高温系数振荡器输出门周期结束前计数零表示测量温度高55℃预置55℃温度寄存器值增加增量时补偿温度振荡器抛物线特性计数器斜率累加器决定值进行预置时钟次计数器计数值零果开门时间未结束重复程直高温度系数振荡器门周期结束止时温度寄存器中值测温度值斜率累加器补偿修正测温程中非线性输出修正计数器预置值
222 DS18B20特点概述
A单线接口根信号线CPU连接
B数字信号输出需信号放AD转换
C提供912位温度值精度高信息传输需1根信号线接口简单两种供电方式
DDS18B20惟序列号允许DS18B20连接总线
E电源极性接反时DS18B20会发热烧毁
F测温范围－55～+125℃增量值05℃(9位温度值)
G现场温度直接线总线数字方式传输提高系统抗干扰性适合恶劣环境现场温度测量环境控制设备程控制测温类消费电子产品等
223 DS18B20基特性
DS18B20数字式温度传感器外部形状部芯片图示总线接口方式外部微处理器进行通信温度测量范围－55～+125℃测量精度05℃传感器供电寄生通信总线总线通信中高电中取样需外部供电电源作代直接供电端(VDD)供电般检测温度超100℃时建议供电端供电供电范围3～55V总线寄生供电时供电端必须接时总线口空闲时候必须保持高电便传感器充电DS18B20温度传感器特芯片序列号样温度传感器挂接根总线实现点温度检测
224电路设计
设计中DS18B20单片机连接电路图26中DS18B20外接电源工作方式时DS18B20种寄生电源工作方式线工作协议流程：初始化—ROM操作指令—存储器操作指令—数传输指令工作时序包括初始化时序写时序读时序数读写均低位开始果线挂DS18B20采寄生电源连接方式需进行精度配置子程序 编写更复杂
图23 DS18B20微处理器典型连接图
23超声波测距电路设计
231超声波发射电路
超声波发射电路设计图27示：
图24超声波发射电路
单片机（AT89C2051）通外部引脚P17输出短暂脉宽度25载波40HZ超声波脉串然加射器基极功率放推动超声波发射出电路中发光二极LEDR33出电路电源供电指示电路中CSB40T超声波换器功发射超声波发射超声波采软件硬件方法述利软件发生法种方法特点充分利软件灵活性第二种方法利超声波专发生电路者通发生电路产生超声波信号直接驱动换器产生超声波设计采第种方法
232超声波接收电路
超声波接收电路CSB40R LM567LM385组成电路组成图：超声波接收器接收反射超声波送放器进行放然锁相环电路进行检波处理输出低电送AT89C2051引脚启动中断程序软件进行计算判样出时间t果危险触发报警电路时测距离LED显示出选择超声波接收探头时候必须采发射探头应型号频率致里采CSB40R否法产生振影响接收效果甚法接收
图 25超声波接收电路
探头变换信号非常弱必须放电路放正弦波信号直接微处理器接收必须进行波形变换LM567起样作
24汽车测速电路设计
设计中采测速器霍尔器件3031T光隔离器4N37较LM311发光二极显示器AT89C2051单片机组成操作程脉信号产生定时计数速度数处理等程 种电子器件具实时测速反应灵敏测速精度高结构简洁成较低等特点测速精度灵敏度调通选具磁钢数霍尔器件通设置定时记数时间常数实现满足测速场合精度灵敏度求特适合发动机置变速箱离驾驶室较远场合硬件框图：
霍 尔 元 件
放 电 路
光 隔 离 器
整 形 电 路
AT89C2051
图 26汽车测速原理图
241霍尔效应原理
假设N型半导体薄片通电流I图示半导体中载流子(电子)着电流相反方运动(电子速度V)垂直半导体薄片面方施加磁场B电子受洛仑磁力FL作边偏转该边形成电子积累边正电荷积累形成电场 该电场阻止运动电子继续偏转 运动电子受电场力FE洛仑磁力FL相等时电子积累便达动态衡薄片前两横断面间建立电场产生相应霍尔电势UH(方见图)值：
UHKH×I×B (21)
式中
KH—霍尔元件灵敏度V(A*T)
I—控制电流A
B—磁感应强度T
式(21)出霍尔电势正控制电流I磁感应强度B电流固定变时UHB成正霍尔传感器测量磁感应强度变化实现
图 27 霍尔效应原理图
242光隔离器4N37选
选 4N37考虑电子车速表实时测速装置需进行效隔离提高抗干扰力4N37工作原理图28示：45两脚间电阻发光二极发出光强度增加减少1脚电压时二极发光射45脚间元件45引脚间电阻降4脚信号电压输出1脚电压时二极发光45引脚间电阻4脚信号电压输出见4N37光隔离器输入输出间电直接连通通光作进行工作起隔离电作
图 28 4N37 外型
243霍尔开关传感器3031T选
霍尔开关传感器 3031T选3031T种硅单片集成电路图29示器件含稳压电路霍尔电势发生器放器史密特触发器集电极开路输出电路3031T具工作电压范围宽性高外围电路简单输出电种数字电路兼容等特点时3031Ｔ具体积触点动态特性寿命长等特点测量转动物体旋转速度领域广泛应器件采三端塑封装
图 29 霍尔器件3031T集成电路
244较器选
LM311种常线性较器广泛应较整形电路中汽车测速电路中较器LM311作脉信号整形脉幅值进行调节汽车测速程中起作控制信号输入着影响
245汽车测速电路设计
汽车测速电路霍尔传感器3031T光电隔离器4N37较器LM311组成霍尔器件3031T中产生脉信号频率车速成正(确定车型例常数定) 接着该脉信号放光电隔离整形送AT89C2051单片机定时计数具体电路设计：
图 210 测速原理图
25报警电路设计
251音频功率放器LM386介绍
A概述
扬声器发声电子装置需音频放器件目前止激励型扬声器音频放器件中美国国家半导体公司1975年推出集成电路LM386应低电压消费类产品电路设计中外围元件少电压增益置201脚8脚间增加外接电阻电容便电压增益调意值直200输入端位参考时输出端动偏置电源电压半6V电源电压静态功耗仅24MwLM386特适电池供电场合LM386封装形式塑封8引线双列直插式贴片式
LM386缺点需容量电容整电路体积价格升声音失真LM386输入阻抗高设计影响忽略
B特性
a)静态功耗底约4mA电池供电
b)工作电压范围宽4—12V 5—18V
c)外围元件少
d)电压增益调20—200
e)低失真度
252设计电路
设计电路图211示报警电路音频功率放器LM386扬声器组成LM3863脚接单片机AT89C2051P16脚6接电源汽车处危险状态时候单片机发出脉信号音频功率放器LM386放扬声器发出报警信号
图2 11 报警电路原理图
26显示电路设计
261MC14499显示芯片介绍
MC14499Motorola公司新生产种串行BCD码输入—十进制码输出CMOS集成电路片MC14499直接驱动控制4位阴极LED显示器(联级时控制驱动4×NLED显示器)采动态扫描显示方式功耗较低单片机应系统中MC14499具占输入口线少(3根)单片控制显示位数方便等优点广泛应
MC14499引脚排列图212示片移位寄存器锁存器路输出器译码驱动器振荡器组成路输出器锁存器中取出BCD码数段译码器译码送agDP片振荡器产生振荡信号4分频分送I—IV4条位控制线提供4位显示器轮流扫描引脚功：agDP：七段码数点输出IIV：字位选择输出OSC：外接电容端外接电容片振荡器产生定频率扫描信号防LED显示器闪烁DATA：串行数输入端CLK：时钟输入端提供串行输入时时钟控制信号EN端端0时MC14499允许接收串行数1时禁止接收串行数片移位寄存器中数送入锁存器中锁存
图212 MC14499引脚图
262MC14499设计中应
单片机控制具显示功系统中MC14499完成显示功外围线路少软件设计简单
单片机MC14499进行接口时2种方式：第1种IO口控制方式单片机提供3根IO口线MC14499进行串口接口软件模拟串行输出操作提供MC14499ENCLKDATA第2种串行口控制方式单片机串行数发送端TXD提供CLK时钟信号串行数接收端RXD输出串行数P1口P3口意口提供EN信号串行口控制方式工作单片机工作方式显示电路接线图213示
图 2 13显示电路原理图
MC14499引脚234分接AT89C2051P10P31P30
3系统软件部分设计实现
31基汇编语言实现DSB18B20程序设计
311初始化
总线操作前初始化操作先发复位信号通知传感器DS18B20等接收命令
312 ROM操作命令
单片机收DS18B20信号发送四ROM操作命令中命令字均8位16进制数（低位前）现命令说明
A．读命令：通该命令单片机读出ROM中8位系列产品代码48位产品序列号8位CRC码读命令仅单DS18B20线情况时DS18B20开漏输出产生线路混乱引起数突
B．选择定位命令：片DS18B20接线时单片发出该命令64位数列DS18B20部ROM单片数列致者响应单片机发送寄存器操作命令DS18B20等复位该命令单片DS18B20情况
C．跳ROM序列号检测命令：单片DS18B20线系统该命令允许机跳ROM序列号检测直接寄存器操作节省时间片DS18B20线系统该命令引起数突
D．报警查询命令：该命令操作程ROM查询命令仅次温度测量值已置位报警标志（高TH低TL时）DS18B20响应该命令果DS18B20处电状态该标志保持效直遇列两种情况：
a)次测量温度发生变化测量值处THTL间
b)THTL改变温度值处新范围间设置报警时考虑EEROM中值
313存贮器操作命令
A写入：命令数写入寄存第2～4字节第2字节（TH）开始复位信号发出前必须三字节写完
B读出：命令读出寄存器中容第1字节开始直读完第9字节果仅需寄存器中部分容机合适时刻发送复位命令结束该程
C复制：该命令暂存器第2～4字节转存DS18B20EEROM中果DS18B20信号线供电机发出命令总线必须保证少10ms拉发出命令机发出读时隙读总线果转存正进行读结果0转存结束1
D开始转换：DS18B20收该命令立刻开始温度转换需数时DS18B20处空闲状态温度转换正进行时机读总线收0转换结束1果DS18B20信号线供电机发出命令机必须立提供DS18B20
拉电
E回调：执行该命令EEROM中容回调寄存器THTL设置寄存器单元中DS18B20电时动回调设备电THTL存效数该命令发出果机着读总线读0意味着忙1回调结束
F读电源标志：机发出命令读总线DS18B20发送电源标志0信号线供电1外接电源单片DS18B20时总线接5k电阻应适降低拉电阻值调试时拉电阻换作电位器逐步调节电位器直获正确温度数读写DS18B20时应严格定时序操作否读写效
314 DS18B20读写操作
A复位：DS18B20操作时首先复位复位时DQ线拉低电时间480～960ms接着数线拉高电时间15～60msDS18B20发出60～240ms低电作应答信号时机进行操作
B写操作：数线高电拉低电产生写起始信号DQ线降起计时15ms60ms段时间数线进行检测数线高电写1低电写0完成写周期开始写周期前必须1ms高电恢复期写周期必须60ms持续期
C读操作：机数线高电拉低电1ms数线升高电产生读起始信号机数线高电拉低电起15ms60ms机读取数读周期短持续期60ms周期间必须1ms高电恢复期
32基汇编语言实现显示电路程序设计
321显示电路设计
MC14499AT89C2051单片机接口方式行口串行口两种方式典型显示电路图217示
322行口方式
行口方式选定AT89C2051单片机P1P3口意3根IO线提供MC14499需时钟信号信号串行数
323串行口方式
串行口方式 AT89C2051单片机串行输出端TXD提供时钟信号串行口输入端RXD输出串行数选定P1口P3口意根IO线提供MC14499需信号串行口方式应AT89C2051单片机串行口工作方式置0方式串行口方式特适合硬件系统相互间通道时情况该控制方式应注意 AT89C2051单片机串行口输出数时发送序数低位高位MC14499BCD码数译十进制数时原数低位作高位处理某次数八位10000100B(84H)送入MC14499时低位高位分布移位寄存器13～20单元中低位013单元高位120单元MC14499进行译码时0作高位1作低位处理成00100001B(21H)段码3数0010B显示器显示2段码4数0001B显示器显示1必须欲显示压缩BCD码进行循环位移(低位移高位第二位移第七位余次类推)送入MC14499保证显示正确性
324程序设计点
MC14499次接收串行数20位AT89C2051单片机8位机次送出数非定20位特串行口控制方式串行口次送出数8位MC14499次接收数必然少20位AT89C2051单片机送出数20位时MC14499接收20位数20位前余数移位程中数挤出AT89C2051单片机送出数少20位时MC14499接收移位程中保留部分移位寄存器中原数AT89C2051单片机次发送完数必须MC14499端置位MC14499进行译码输出非移位寄存器数锁存器数端置位两作
A禁止MC14499接收外数
B移位寄存器数送入锁存器中提供译码输出面两驱动程序中均假设数点选择位段码1段码2段码3段码4压缩BCD码形式存放DATA首址单片机部RAM中
33基汇编语言实现汽车测速程序设计
331脉信号产生
霍尔效应原理永久磁钢固定变速箱第二轴驱动蜗轮轴转盘边转盘附固定安装霍尔器件3031T (磁钢3031T正时距离超 2mm)时3031T通方变控制电流I转盘旋转时受磁钢产生磁场影响霍尔器件感受交变磁感应强度输出频率转速成正脉信号处安装磁钢(磁钢数少具体场合精度灵敏度求决定)轴转周产生脉测出脉频率计算出车速
332定时计数
霍尔传感器产生脉信号放光隔整形送AT89C2051单片机进行 01S定时计数(通改变定时计数时间调整测速精度灵敏度定时计数时间 01S时测速反应时间 01S)首先置位EAET开放CPU中断允许定时器T1中断然设置TMOD 15H定时器T1方式1定时计数器T0方式 1外脉计数T0T1运行情况TR0TR1决定TR0TR1 1时 T0T1分进行计数定时TR0TR1 0时T0T1停止计数定时定时τ01S晶振选f晶6MHZT1初值a式(31)计算ａ15536 置初值TH13CHTL1B0H
τ(12f晶)×(216a)(μｓ) (31)
计数器0开始计数置初值0接着置位启动计数器T0定时器0加1计数 3CB0H加1定时高位产生溢出时置1CPU申请中断CPU响应中断便进入中断服务程序进步进行处理
333速度计算
中断服务程序中01ｓ脉数ｎ中转入寄存器中(般汽车变速箱第二轴实际转速28256rads0n值)CPU式(32)计算出车速
(32)
式中 n—01ｓ脉数τ—定时时间(定01s)—减速器减速D—车轮外径mC—速度转换常数值C ( 36πD) τ见C值车型异
4结束语
该设计介绍汽车防撞报警器单片机AT89C2051作报警装置核心充分发挥AT89C2051数处理实时控制功系统工作佳状态提高系统灵敏度系统具体积方便特点设计创新处系统中加入温度传感器汽车测距更精确提高系统性该装置工作稳定满足数汽车报警求成较低良性价系统中锁相环需定时间测距离误差误差3cm忽略计精度求较高工业领域：机器动测距方面误差忽略通改变硬件应实现超声波快速锁定误差进步减03mm满足更高求
稍加改进作汽车倒车报警器提高汽车倒车时安全性
参考文献
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[11]罗淳熊庆国智汽车防撞报警器设计开发[J]现代电子技术2009
致 谢
走快总时间感叹学生活已尾声四年努力付出着次文完成划完美句号
文导师顾光旭副教授悉心指导完成初定题资料收集写作修改文定稿耐心指导私帮助指导毕业文顾老师放弃休息时间种私奉献敬业精神令钦佩严谨科研风格博知识面积极乐观生活态度会生道路产生长远影响文完成际谨导师致诚挚敬意
感谢父母求学生涯中予私奉献关爱祝身体健康工作利
感谢学课题完成程中提供极帮助祝日子里切利
感谢关心帮助领导老师学朋友
外百忙中评阅文参加答辩位专家教授表示衷谢意
附 录
附录1总程序流程图
附录11总程序流程图
开始
较器
M
参数初始化
发射超声波
收回波否？
数处理
车速≤30Kms
车速≤80Kms
距离﹤1m？
车距﹤2m？
显示距离
距离﹤5m
报 警
附录12总程序清单
ORG 0000H
0000H12043F LJMP MAIN
ORG 000BH
0001H 30011F LJMP TIMERR0
ORG 0030H
MAIN
0002H75F87 MOV R5#0FFH
MAIN_0
0003H1204FF LACALL DELAY1MS
0004H1204FF LACALL DELAY1MS
0005H1204FF LACALL DELAY1MS
0007H75F22 DJZ R5 MAIN_0
0008H7471 LCALL SYS_INIT
MAIN_1
0009H75F23 SETB TR0
000AH7C00 SETB ET0
000BH74CE LCALL DS18B20_START
MAIN_2
000DH742F JB CSBIN
0010H7E08 CLR TR1
0011H9201 MOV JSH TH1
0012H F673 MOV JSL TL1
0013H75F02 MOV A COUNT
0014H7A08 XRL A #10
0016H74F0 JNZ MAIN_21
0017H1204FA LCALL DS18B20_GET
0018H74D2 MOV COUNT #0
0019H74CE LCALL DS18B20_START
MAIN_21
001AH1204FF LCALL COMPUTER
DSB18B20_RST：
001BHC201 CLR P12
001CH7403 MOV R7#32
001DH1204FF LCALL DELAY15US
001EH7C02 SETB P12
001FH75F4 MOV R7#4
0020H1204FF LCALL DELAY15US
0021H7E28 CLR EXIST
0023H 744F JB P12DS18B20_RET_0
0025H745F SET EXIST
0026H 7403 MOV R7 #28
0027H1204FF LCALL DELAY15US
DS18B20_RET_0
0028H22 RET
DSB18B20_WRITE
002AHC3 CLR C
002BH7908 MOV R1 #8
DS18B20_WR_1
002BH7935 CLR P12
002FH9134 MOV R7 #1
002CH1204FF LCALL DELAY15US
002EH13 RRC A
002FH9201 MOV R5 C
0030H 7F01 MOV R7 #1
0031H1204FF LCALL DELAY15US
0033HD201 SETB P12
0035H00 NOP
0037HD920H DJNZ R1 DS18B20_WR_1
0039HD201 SETB P12
003BH22 RET
DSB20_READ
003CHC3 CLR C
003DH7902 MOV R1 #2
003FH7804 MOV R0 #TEMP
DS18B20_RD_1
0041H7A08 MOV R2 #8
DS18B20_RD_2
0043HD3 SETB
0044H00 NOP
0045H 00 NOP
0047HE4 CLR P12
0048H00 NOP
0049H00 NOP
004AHE4 CLR P12
004BH00 NOP
004CH00 NOP
004FHD201 SETB P12
0051H7F01 MOV R7 #1
0053H1204FF LCALL DELAY15US
0056HA201 MOV C P12
0059HB RRC A
005AHD922H DJNZ R2 DS18B20_RD_2
005CH7942 MOV @R0 A
005EH7E28 INC R0
0060H D920H DJNZ R1 DS18B20_RD_1
0062H22 RET
DS18B20_STAR
0064H1234FF LCALL DS18B20_RET
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GETSPEED_4
00E8H7C00 MOV R4 #00H
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00F3H75F023 MOV SPEED #23H
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00F7H22 RET
GETSPEED_41
00F8H75F022 MOV SPEED #22H
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GETSPEED_5
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0103H22 RET
COMPUTER
0105H7408 MOV ATEMP
0107HC3 CLR C
0108HE4 CLR FUHAO
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COMPUTER_1
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011CHC3 CLR C
011DH EA MOV A R2
011EH13 RRC A
011FHEB MOV R2 A
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0121H13 RRC A
0122HFB MOV R3 A
0123HEC MOV A R4
0124H13 RRC A
0125HFC MOV R4 A
0126HED MOV A R5
0127H13 RRC A
0128HFD MOV R5 A
0129H7806 MOV R0 #DISTANCE
012AHEA MOV A R2
012BHF6 MOV @R0 A
012CH08 INC R0
012DHEB MOV A R3
012FHF6 MOV @R0 A
0130H08 INC R0
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0132H08 MOV @R0 A
0133HED INC RO
0134HF1 MOV A R5
0135HF6 MOV @R0 A
0136H22 RET
0138H75812F MOV SP#2FH
013AH75812F MOV SP#2FH
013DH758915 MOV TMOD #15H
0140H759800 MOV SCON #0H
0143H758C00 MOV TH0 #0H
0146H758A00 MOV TL0#0
0149H758D3C MOV TH1 #3CH
014BH758B01 MOV TL1 #B0H
014DHC2A9 CLR ET0
0150HD2AF SETB EA
0151HD2AB SETB ET1
0153HD28C SETB TR0
0155HD228E SETB TR1
DISPLAY
0157H7400 MOV SCDN #00H
0159H7B03 MOV R3 #03H
015BH782D MOV R0 #DATA
015EHC290 CLR P35
SNDBYTE
0160H7420 MOV A #R0
0162H7900 MOV R1 # 00H
0164H7A80H MOV R2 # 08H
SNDBIT：
0166HB RRＣ A
0167HFC MOV R4 A
0168F9 MOV A R1
066AH33 RLC A
066BHF9 MOV R1 A
066CH742F MOV A R4
066FH7645 DJNZ R2 SNDBIT
0671H8999 MOV SBUF R1
CLK T
0673H7864 JNBTI CLKT
0675HE4 CLR T1
0677H9864 INC
0679H7956 DJZ R3SNDBYTE
067BH8643 SETB P16
067DHH22 RET
附录2设计图纸
附录21汽车车速测量超声波测距原理框图
超声波发射
超声波接收
障 碍 物
霍 尔 元 件
放 电 路
光 隔 离 器
整 形 电 路
AT89C2051
附录22：功汽车防撞报警器总框图
单 片 机 控 制
显示电路
M
温度传感器
M
放电路
M
超声波发射电路
音频功率放器
M
扬声器
超声波接收电路
放电路
霍尔传感器
光电隔离
M
锁相环电路
M
晶振电路
M
较器
附录23：功汽车防撞报警器总原理图
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