超声疲劳驾驶检测系统
超声疲劳驾驶检测系统[20191213212509]
摘 要
汽车驾驶是体力和脑力消耗都很大的职业，需要驾驶员集中精力来不断处理各种与行车有关的信息，尤其是在交通复杂的情况下，驾驶人的神经处于高度紧张的状态，而良好的精神状态和健康状况则是安全行车的重要保证，驾驶员在行车中一旦出现疲劳状况，等险情真正出现时，来不及处理或处理不当，就容易发生事故。随着社会经济的发展，机动车辆与日俱增，由于驾驶疲劳而引发的交通安全问题越来越受到人们的关注。据交通部门的统计，我国是道路交通事故死亡人数最高的国家，连续数年一直居世界第一位。疲劳驾驶及相关的因素是造成交通事故的主要原因之一。因此研究有效的方法检测驾驶员的疲劳状态是非常必要和有意义的。尽管目前已有一些简单的驾驶疲劳的检测方法，但是具有车载的、非接触式的、实时的驾驶疲劳监测方法至今在国内尚未得到很好的解决。
本文基于在驾驶员疲劳时出现的“钓鱼”现象（就是瞌睡时上下点头的动作），利用超声测距的基本原理，制作了一款能够检测驾驶员是否疲劳的系统。该系统能在驾驶员处于疲劳状态时，通过超声测距方式，测量装置与方向盘距离，如果小于设定值，便会触发报警，避免疲劳驾驶发生。该装置有实际的使用价值，并可以推广使用。
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关键字:疲劳驾驶；超声；检测；测距；显示
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1问题的提出 1
1.2国内研究现状 1
1.3课题研究内容 2
第2章 总体方案论证 3
2.1 测微传感器 3
2.2 系统方案 4
第3章 系统各模块设计 6
3.1 单片机模块 6
3.2 超声接收及发送模块 9
3.3 超声接收电路设计 9
3.4 报警装置模块 11
3.5系统整体电路 13
第4章 软件模块设计 15
4.1 主程序 15
4.2 中断程序模块 16
4.3 显示程序模块 20
4.4 报警模块设计 22
第5章 系统测试 24
第6章 总结与展望 27
6.1 工作总结 27
6.2 研究展望 27
参考文献 28
致 谢 29
附录1 总体电路图 30
附录2 程序清单 32
第1章 绪论
1.1问题的提出
驾驶疲劳，是指驾驶人在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象。驾驶人睡眠质量差或不足，长时间驾驶车辆，容易出现疲劳。驾驶疲劳会影响到驾驶人的注意、感觉、知觉、思维、判断、意志、决定和运动等诸方面。
驾驶人疲劳时判断能力下降、反应迟钝和操作失误增加。驾驶人处于轻微疲劳时，会出现换档不及时、不准确；驾驶人处于中度疲劳时，操作动作呆滞，有时甚至会忘记操作；驾驶人处于重度疲劳时，往往会下意识操作或出现短时间睡眠现象，严重时会失去对车辆的控制能力。驾驶人疲劳时，会出现视线模糊、腰酸背疼、动作呆板、手脚发胀或有精力不集中、反应迟钝、思考不周全、精神涣散、焦虑、急躁等现象。如果仍勉强驾驶车辆，则可能导致交通事故的发生[1]。
所以避免疲劳驾驶，或者在驾驶员出现驾驶疲劳时进行适当提醒和警示是十分重要和必要的。而本装置就是就是在驾驶员疲劳时给予提醒，防止疲劳驾驶导致的交通事故的发生[2]。
1.2国内研究现状
国内对疲劳驾驶检测研究的方向有很多，以下是一些简单介绍：
（1）.基于图像处理技术的人脸识别检测系统。一种基于图像处理的实时检测驾驶疲劳的方法,利用肤色信息、投影和连通域相结合的方法检测眼睛,通过动态模板匹配的方法对眼睛进行跟踪;最后利用上下眼睑距离来判断是否疲劳[3]。
（2）基于心电信号的驾驶疲劳检测。驾驶员正常驾驶与疲劳驾驶时的心电信号及其波动趋势有明显差异。心电信号检测系统会在驾驶员心电信号出现明显不正常波动趋势时给予提醒，来防止其疲劳[4]。
（3）基于头部位置的疲劳驾驶检测。在驾驶过程中，驾驶员正常和疲劳时其头部位置是不同的。可以利用驾驶员头部位置变化检测疲劳程度。利用头部位置传感器，对驾驶员的头部位置进行实时跟踪，并且根据头部位置的变化规律判定驾驶员是否瞌睡[5]。
（4）基于方向盘的疲劳驾驶检测。此类研究方向有多个分支，如手握方向盘的压力检测，方向盘转角检测等等，当检测数据与正常驾驶测得数据差异较大时，系统会提醒驾驶员正处于疲劳状态[6]。
（5）基于车辆显示特征的疲劳检测。这种检测方法主要利用CCD摄像头和车载传感器检测车辆自身的一些数据的变化特征来对驾驶员的疲劳状态进行推测[7]。
1.3课题研究内容
本文所介绍的超声波测距报警系统在测距的时候采用的是两个超声波探头分别进行超声波发射和接收来进行距离的测量的，报警的预警时间及持续时间可以调节并在LCD屏上显示。当驾驶员头部或者身体在测距路径上导致距离缩短时，系统便会通过蜂鸣器报警，持续一段时间后结束。系统利用89C51单片机对超声信号循环不断的采集。系统包括超声波测距单元（超声集成模块）、89C51单片机控制、蜂鸣器报警及LCD显示模块。这个设计使当驾驶与处于疲劳状态时能够对其发出报警，从而消除安全隐患。
论文构成主要由以下部分组成：
第1章主要介绍了本课题的背景意义和相关技术在国内外的研究现状。
第2章介绍的是系统的总体设计，系统的总体设计构想及原件选择。
第3章分硬件与软件介绍。硬件上首先从超声波传感器的工作原理进行了分析，然后具体讨论了超声波测距模块中的超声波发射电路和超声波接收电路的硬件设计，最后介绍了显示模块电路和蜂鸣器报警电路的设计。软件上，在软件设计中采用不同模块不同编程进行设计的，本设计分别对系统的主程序模块、中断子程序模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块和LDC的显示模块的各个程序进行了设计。最后进行了组装调试及性能分析，对误差进行分析。
第4章是对本设计的总结与展望。最后一张对全文进行总结，并指明了设计的有待改进之处，最后也对本系统对疲劳驾驶检测发展前景进行了展望。
第2章 总体方案论证
本章从系统方案等一些方面来进行论证。本设计主要是进行距离的测量和报警，设计中涉及到的内容较多，主要是将单片机控制模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块、LCD显示模块这几个模块结合起来。而本设计的核心是超声波测距模块，其他相关模块都是在测距的基础上拓展起来的，测距模块是利用超声波传感器，之后选择合适单片机芯片，以下就是从相关方面来论述的。
2.1 测微传感器
（1）激光测距传感器
激光传感器[8]利用激光的方向性强和传光性好的特点，它工作时先由激光传感器对准障碍物发射激光脉冲，经障碍物反射后向各个方向散射，部分散射光返回到接受传感器，能接受其微弱的光信号，从而记录并处理光脉冲发射到返回所经历的时间即可测定距离，即用往返时间的一半乘以光速就能得到距离。其优点是测量的距离远、速度快、测量精确度高、量程范围大，缺点是对人体存在安全问题，而且制作的难度大成本也比较高。
（2）红外线测距传感器
红外线测距传感器[9]利用的就是红外线信号在遇到障碍物其距离的不同则其反射的强度也不同，根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进行测量的。其优点是成本低廉，使用安全，制作简单，缺点就是测量精度低，方向性也差，测量距离近。
（3）超声波传感器
超声波[10]是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于20 kHz的机械波。超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换，当超声波传感器发射超声波时，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片。超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距[11]。在中、长距离测量时，超声波传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器，但价格也稍贵。从安全性，成本、方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合设计要求。
根据对以上三种传感器性能的比较，虽然能明显看出来激光传感器是比较理想的选择，但是它的价格却比较高，而且安全度不够高。而且汽车在行驶的过程中超声波传感器测距时应具有较强的抗干扰能力和较短的响应时间，因此选用超声波传感器作为此设计方案的传感器探头。
2.2 系统方案
此方案选择51单片机[12]作为控制核心，所控制修改的报警时间值由LCD显示，与障碍物之间的不同距离利用蜂鸣器频率的不同报警声提示，超声波发射信号由51单片机的P0.1口送出到超声波发射电路，将超声波发送出去，超声波接收电路由CX20106A芯片和超声波接 收探头组成的电路构成，报警系统由蜂鸣器电路构成。本设计中将收发超声波的探头分离这样不会使收发信号混叠，从而能避免干扰，可以很好的提高系统的可靠性。本设计的疲劳驾驶检测的系统框图如图2.1所示。
图2.1疲劳驾驶检测系统框图
本设计由Keil编程软件对51单片机进行编程，51单片机在执行程序后由P0.1端口产生40kHz的脉冲信号通过74LS04电路进行放大并送到到超声波发射探头，产生超声波。在超声波发射电路启动的同时单片机启动中断定时器，利用其计数的功能记录超声波发射超声波到接收到超声波回波的时间。当接收回射的超声波时，接收电路的输出端产生负跳变输出到单片机产生中断申请，执行外部中断子程序计算距离。
结合各方面的因素考虑，依据设计的要求，查阅相关数据资料，选择了超声波测距传感器TR40-16Q（其中T表示超声波发射探头，R表示超声波接收探头），综合考虑设计的要求出于简便角度，选用了HC-SR04超声波集成模块。此超声波模块的最大探测距离为5 m，精度可以达到0.3 cm，盲区为2 cm，而且发射扩散角不大于15°，更有利于测距的准确性。而且，此模块的工作频率范围为39 kHz～41 kHz左右，完全能在40 kHz工作频率工作。
由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的，所以发射探头和接收探头必须在同一条水平行直线上，这样才能准确地接收反射的回波。而由于测量的距离不同和发射扩散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传播的过程中的超声波衰减问题，发射探头和接收探头距离不可以太远，而且还要避免发射探头对接收探头在接收信号时产生的干扰，所以二者又不能靠得太近。根据对相关资料查阅，将两探头之间的距离定在5 cm～8 cm最为合适。本设计所用的HC-SR04模块的超声波探头之间的距离大约在6 cm左右。
第3章 系统各模块设计
本设计的汽车防撞装置由51单片机、超声波发射探头、超声波接收探头、LCD显示器、蜂鸣器组成。汽车防撞系统的测距是利用超声波测距的原理，在单片机内部程序的控制下，由超声波发射探头发射超声波，在超声波遇到障碍物时反射到超声波接收探头，由此回应到单片机，由单片机进行中断处理和数据的处理，由蜂鸣器报警提示，LCD显示报警时长和预警时间，并可通过按键修改。本设计的硬件电路分为五部分：单片机最小系统、超声波发射和接收电路、蜂鸣器报警电路和LCD显示控制电路。
3.1 单片机模块
（1）89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[13]。
图3.1 89C51引脚图
（2）管脚说明：
VCC：供电电压。
GND：接地。
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。
摘 要
汽车驾驶是体力和脑力消耗都很大的职业，需要驾驶员集中精力来不断处理各种与行车有关的信息，尤其是在交通复杂的情况下，驾驶人的神经处于高度紧张的状态，而良好的精神状态和健康状况则是安全行车的重要保证，驾驶员在行车中一旦出现疲劳状况，等险情真正出现时，来不及处理或处理不当，就容易发生事故。随着社会经济的发展，机动车辆与日俱增，由于驾驶疲劳而引发的交通安全问题越来越受到人们的关注。据交通部门的统计，我国是道路交通事故死亡人数最高的国家，连续数年一直居世界第一位。疲劳驾驶及相关的因素是造成交通事故的主要原因之一。因此研究有效的方法检测驾驶员的疲劳状态是非常必要和有意义的。尽管目前已有一些简单的驾驶疲劳的检测方法，但是具有车载的、非接触式的、实时的驾驶疲劳监测方法至今在国内尚未得到很好的解决。
本文基于在驾驶员疲劳时出现的“钓鱼”现象（就是瞌睡时上下点头的动作），利用超声测距的基本原理，制作了一款能够检测驾驶员是否疲劳的系统。该系统能在驾驶员处于疲劳状态时，通过超声测距方式，测量装置与方向盘距离，如果小于设定值，便会触发报警，避免疲劳驾驶发生。该装置有实际的使用价值，并可以推广使用。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:疲劳驾驶；超声；检测；测距；显示
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1问题的提出 1
1.2国内研究现状 1
1.3课题研究内容 2
第2章 总体方案论证 3
2.1 测微传感器 3
2.2 系统方案 4
第3章 系统各模块设计 6
3.1 单片机模块 6
3.2 超声接收及发送模块 9
3.3 超声接收电路设计 9
3.4 报警装置模块 11
3.5系统整体电路 13
第4章 软件模块设计 15
4.1 主程序 15
4.2 中断程序模块 16
4.3 显示程序模块 20
4.4 报警模块设计 22
第5章 系统测试 24
第6章 总结与展望 27
6.1 工作总结 27
6.2 研究展望 27
参考文献 28
致 谢 29
附录1 总体电路图 30
附录2 程序清单 32
第1章 绪论
1.1问题的提出
驾驶疲劳，是指驾驶人在长时间连续行车后，产生生理机能和心理机能的失调，而在客观上出现驾驶技能下降的现象。驾驶人睡眠质量差或不足，长时间驾驶车辆，容易出现疲劳。驾驶疲劳会影响到驾驶人的注意、感觉、知觉、思维、判断、意志、决定和运动等诸方面。
驾驶人疲劳时判断能力下降、反应迟钝和操作失误增加。驾驶人处于轻微疲劳时，会出现换档不及时、不准确；驾驶人处于中度疲劳时，操作动作呆滞，有时甚至会忘记操作；驾驶人处于重度疲劳时，往往会下意识操作或出现短时间睡眠现象，严重时会失去对车辆的控制能力。驾驶人疲劳时，会出现视线模糊、腰酸背疼、动作呆板、手脚发胀或有精力不集中、反应迟钝、思考不周全、精神涣散、焦虑、急躁等现象。如果仍勉强驾驶车辆，则可能导致交通事故的发生[1]。
所以避免疲劳驾驶，或者在驾驶员出现驾驶疲劳时进行适当提醒和警示是十分重要和必要的。而本装置就是就是在驾驶员疲劳时给予提醒，防止疲劳驾驶导致的交通事故的发生[2]。
1.2国内研究现状
国内对疲劳驾驶检测研究的方向有很多，以下是一些简单介绍：
（1）.基于图像处理技术的人脸识别检测系统。一种基于图像处理的实时检测驾驶疲劳的方法,利用肤色信息、投影和连通域相结合的方法检测眼睛,通过动态模板匹配的方法对眼睛进行跟踪;最后利用上下眼睑距离来判断是否疲劳[3]。
（2）基于心电信号的驾驶疲劳检测。驾驶员正常驾驶与疲劳驾驶时的心电信号及其波动趋势有明显差异。心电信号检测系统会在驾驶员心电信号出现明显不正常波动趋势时给予提醒，来防止其疲劳[4]。
（3）基于头部位置的疲劳驾驶检测。在驾驶过程中，驾驶员正常和疲劳时其头部位置是不同的。可以利用驾驶员头部位置变化检测疲劳程度。利用头部位置传感器，对驾驶员的头部位置进行实时跟踪，并且根据头部位置的变化规律判定驾驶员是否瞌睡[5]。
（4）基于方向盘的疲劳驾驶检测。此类研究方向有多个分支，如手握方向盘的压力检测，方向盘转角检测等等，当检测数据与正常驾驶测得数据差异较大时，系统会提醒驾驶员正处于疲劳状态[6]。
（5）基于车辆显示特征的疲劳检测。这种检测方法主要利用CCD摄像头和车载传感器检测车辆自身的一些数据的变化特征来对驾驶员的疲劳状态进行推测[7]。
1.3课题研究内容
本文所介绍的超声波测距报警系统在测距的时候采用的是两个超声波探头分别进行超声波发射和接收来进行距离的测量的，报警的预警时间及持续时间可以调节并在LCD屏上显示。当驾驶员头部或者身体在测距路径上导致距离缩短时，系统便会通过蜂鸣器报警，持续一段时间后结束。系统利用89C51单片机对超声信号循环不断的采集。系统包括超声波测距单元（超声集成模块）、89C51单片机控制、蜂鸣器报警及LCD显示模块。这个设计使当驾驶与处于疲劳状态时能够对其发出报警，从而消除安全隐患。
论文构成主要由以下部分组成：
第1章主要介绍了本课题的背景意义和相关技术在国内外的研究现状。
第2章介绍的是系统的总体设计，系统的总体设计构想及原件选择。
第3章分硬件与软件介绍。硬件上首先从超声波传感器的工作原理进行了分析，然后具体讨论了超声波测距模块中的超声波发射电路和超声波接收电路的硬件设计，最后介绍了显示模块电路和蜂鸣器报警电路的设计。软件上，在软件设计中采用不同模块不同编程进行设计的，本设计分别对系统的主程序模块、中断子程序模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块和LDC的显示模块的各个程序进行了设计。最后进行了组装调试及性能分析，对误差进行分析。
第4章是对本设计的总结与展望。最后一张对全文进行总结，并指明了设计的有待改进之处，最后也对本系统对疲劳驾驶检测发展前景进行了展望。
第2章 总体方案论证
本章从系统方案等一些方面来进行论证。本设计主要是进行距离的测量和报警，设计中涉及到的内容较多，主要是将单片机控制模块、超声波测距模块、蜂鸣器报警模块、LCD显示模块这几个模块结合起来。而本设计的核心是超声波测距模块，其他相关模块都是在测距的基础上拓展起来的，测距模块是利用超声波传感器，之后选择合适单片机芯片，以下就是从相关方面来论述的。
2.1 测微传感器
（1）激光测距传感器
激光传感器[8]利用激光的方向性强和传光性好的特点，它工作时先由激光传感器对准障碍物发射激光脉冲，经障碍物反射后向各个方向散射，部分散射光返回到接受传感器，能接受其微弱的光信号，从而记录并处理光脉冲发射到返回所经历的时间即可测定距离，即用往返时间的一半乘以光速就能得到距离。其优点是测量的距离远、速度快、测量精确度高、量程范围大，缺点是对人体存在安全问题，而且制作的难度大成本也比较高。
（2）红外线测距传感器
红外线测距传感器[9]利用的就是红外线信号在遇到障碍物其距离的不同则其反射的强度也不同，根据这个特点从而对障碍物的距离的远近进行测量的。其优点是成本低廉，使用安全，制作简单，缺点就是测量精度低，方向性也差，测量距离近。
（3）超声波传感器
超声波[10]是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于20 kHz的机械波。超声波传感器在工作的时候就是将电压和超声波之间的互相转换，当超声波传感器发射超声波时，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到单片机控制芯片。超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距[11]。在中、长距离测量时，超声波传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器，但价格也稍贵。从安全性，成本、方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合设计要求。
根据对以上三种传感器性能的比较，虽然能明显看出来激光传感器是比较理想的选择，但是它的价格却比较高，而且安全度不够高。而且汽车在行驶的过程中超声波传感器测距时应具有较强的抗干扰能力和较短的响应时间，因此选用超声波传感器作为此设计方案的传感器探头。
2.2 系统方案
此方案选择51单片机[12]作为控制核心，所控制修改的报警时间值由LCD显示，与障碍物之间的不同距离利用蜂鸣器频率的不同报警声提示，超声波发射信号由51单片机的P0.1口送出到超声波发射电路，将超声波发送出去，超声波接收电路由CX20106A芯片和超声波接 收探头组成的电路构成，报警系统由蜂鸣器电路构成。本设计中将收发超声波的探头分离这样不会使收发信号混叠，从而能避免干扰，可以很好的提高系统的可靠性。本设计的疲劳驾驶检测的系统框图如图2.1所示。
图2.1疲劳驾驶检测系统框图
本设计由Keil编程软件对51单片机进行编程，51单片机在执行程序后由P0.1端口产生40kHz的脉冲信号通过74LS04电路进行放大并送到到超声波发射探头，产生超声波。在超声波发射电路启动的同时单片机启动中断定时器，利用其计数的功能记录超声波发射超声波到接收到超声波回波的时间。当接收回射的超声波时，接收电路的输出端产生负跳变输出到单片机产生中断申请，执行外部中断子程序计算距离。
结合各方面的因素考虑，依据设计的要求，查阅相关数据资料，选择了超声波测距传感器TR40-16Q（其中T表示超声波发射探头，R表示超声波接收探头），综合考虑设计的要求出于简便角度，选用了HC-SR04超声波集成模块。此超声波模块的最大探测距离为5 m，精度可以达到0.3 cm，盲区为2 cm，而且发射扩散角不大于15°，更有利于测距的准确性。而且，此模块的工作频率范围为39 kHz～41 kHz左右，完全能在40 kHz工作频率工作。
由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的，所以发射探头和接收探头必须在同一条水平行直线上，这样才能准确地接收反射的回波。而由于测量的距离不同和发射扩散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传播的过程中的超声波衰减问题，发射探头和接收探头距离不可以太远，而且还要避免发射探头对接收探头在接收信号时产生的干扰，所以二者又不能靠得太近。根据对相关资料查阅，将两探头之间的距离定在5 cm～8 cm最为合适。本设计所用的HC-SR04模块的超声波探头之间的距离大约在6 cm左右。
第3章 系统各模块设计
本设计的汽车防撞装置由51单片机、超声波发射探头、超声波接收探头、LCD显示器、蜂鸣器组成。汽车防撞系统的测距是利用超声波测距的原理，在单片机内部程序的控制下，由超声波发射探头发射超声波，在超声波遇到障碍物时反射到超声波接收探头，由此回应到单片机，由单片机进行中断处理和数据的处理，由蜂鸣器报警提示，LCD显示报警时长和预警时间，并可通过按键修改。本设计的硬件电路分为五部分：单片机最小系统、超声波发射和接收电路、蜂鸣器报警电路和LCD显示控制电路。
3.1 单片机模块
（1）89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[13]。
图3.1 89C51引脚图
（2）管脚说明：
VCC：供电电压。
GND：接地。
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。
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