超声波测距的行车安全系统设计
目 录
一、绪论 1
（一）研究的背景 1
（二）研究的内容 1
（三）解决的主要问题 1
二、方案设计 1
（一）方案比较 1
（二）电路总体方案 2
三、单片机的说明 2
（一）STC89C51单片机的简要介绍 2
（二）单片机的引脚以及线路图 2
（三）STC89C51内部结构框图 3
四、 超声波测距模块 3
（一）超声波传感器介绍 3
（二）超声波测距模块的功能介绍 4
（三）模块工作数值以及规格 4
（四）超声波时序图 5
五、系统硬件电路设计 5
（一）单片机最小系统 5
（二）晶体数码管显示电路和报警电路 7
（三）HC-RS04超声波测距原理 8
（四）开关电路 9
（五）行车安全系统的整体电路图 9
六、行车安全系统程序的设计 9
（一）超声波测试行车距离主程序 9
（二）数码管显示距离子程序 10
（三）蜂鸣器报警子程序 10
（四）按键子程序 11
七、行车安全系统的实物功能演示 12
八、结束语 14
致 谢 15
参考文献 16
附 录 17
一、绪论
（一）研究的背景
随着经济与科技的快速发展，人们的消费水平上升，并且对汽车等高档产品有了一定的需求，很多家庭购买了私家车。私家车的推广一方面改善了人们的出行水平，另一方面人们的出行安全变成了一个大问题。车祸每时每刻都在发生，这严重干扰了人们的日常出行，夺取了人们的生命，让亲人承受难以承受的痛苦。现在的汽车制造商只会一味的提高安全气囊的安全性，显得很被动。因此，近年来，许多人开始研究汽车防撞技术。
汽车要避免发生车祸，就要避免与其他车辆或者障碍物发生碰撞。汽车行驶速度快，在短时间内刹车不容易停下来就会导致碰撞。
由此，发展汽车防撞技术，保护人们的出行安全迫在眉睫。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
时每刻都在发生，这严重干扰了人们的日常出行，夺取了人们的生命，让亲人承受难以承受的痛苦。现在的汽车制造商只会一味的提高安全气囊的安全性，显得很被动。因此，近年来，许多人开始研究汽车防撞技术。
汽车要避免发生车祸，就要避免与其他车辆或者障碍物发生碰撞。汽车行驶速度快，在短时间内刹车不容易停下来就会导致碰撞。
由此，发展汽车防撞技术，保护人们的出行安全迫在眉睫。
（二）研究的内容
发射电路部分发出超声波，传感器接收部分接收到超声波并收集好数据，再将收集好的数据传送给单片机。行车的安全距离可以自行调整。
（三）解决的主要问题
1、超声波电路部分发射出超声波和超声波传感器接收部分所用的时间的测量。
2、用C语言对超声波距离测试和报警程序的编辑。
3、报警距离实现可自行调整。
二、方案设计
（一）方案比较
方案一：激光测试距离
向被测物体发射一道激光，因为激光的直线传播特性，所以激光能精确的照射到障碍物上，当激光打到阻碍物体上时，电元件接收电路部分会接收到激光返回的信号，与此通同时，我们记录下，从激光发射到返回所用的时间，就可以很轻松的计算出激光与被测物体之间的距离。
方案二：超声波测试距离
超声波发射器发出超声波，因为波是无限传播的，所以当前方遇到阻碍时，超声波会反射回来，与此同时记录下时间，超声波传输过程中所用的时间（t）。已知声音在空气中的传播速度（V）。根据S=V*t，不难求出超声波与被测物之间的距离。
综上所诉，不难看出，超声波测距易于执行，而且还很简单，所以我们选择超声波测试距离的方案。
（二）电路总体方案
图2.1是电路的结构示意图。
三、单片机的说明
（一）单片机的简单介绍
这是一款功耗低，不易受外界干扰，而且读写程序快的单片机，适用于多种场合且错误率低，得到多个行业的认可。
（二）单片机的引脚以及线路图
其阵脚有如下2种分布方式。
它具有定向性、不受传播距离的限制、准确传播等优点，广泛应用于距离的测量。超声波测距主要应用于工业、国防、雷达和一些施工工程。
超声波探头主要由压电晶片，共振板和电极组成，超声波探头因为工作频率的差异和工作环境的差异，探头发射超声波的同时，电元件也可以收到障碍物反弹回来的超声波。
图3.4 超声波传感器组成图
超声波传感器的内部结构是由压电晶片、共振板和电极部分构成。压电陶瓷晶片的作用是当发出的超声波反射回来时，会在晶片上产生震动，震动会形成一个相应的电荷，也就是所谓的电信号，喇叭的作用是发出超声波，并使传播出去的超声波能量相对集中，塑料壳易穿透而且能屏蔽其他信号的干扰。金属网也是用来减少其他信号的干扰。结构如图3.4 超声波传感器组成图。
（二）超声波测距模块功能介绍
超声波测试安全距离电路可提供2cm-400cm的安全距离的测试，模块自动发射出信号，当前方遇到障碍物时，信号返回。
该模块一共有4个引脚，依次为电源，信号接入，信号输出和接地。如下图所示。
2、模块工作数值以及规格
如图，当超声波收到一个10uS的TTL信号的收后，电元件就会循环接收到循环发出的8个周期为40kHz的脉冲，如果回响电平输出与检测的距离成正比，那么就表明前方有障碍物。
1、芯片
它具有
一、绪论 1
（一）研究的背景 1
（二）研究的内容 1
（三）解决的主要问题 1
二、方案设计 1
（一）方案比较 1
（二）电路总体方案 2
三、单片机的说明 2
（一）STC89C51单片机的简要介绍 2
（二）单片机的引脚以及线路图 2
（三）STC89C51内部结构框图 3
四、 超声波测距模块 3
（一）超声波传感器介绍 3
（二）超声波测距模块的功能介绍 4
（三）模块工作数值以及规格 4
（四）超声波时序图 5
五、系统硬件电路设计 5
（一）单片机最小系统 5
（二）晶体数码管显示电路和报警电路 7
（三）HC-RS04超声波测距原理 8
（四）开关电路 9
（五）行车安全系统的整体电路图 9
六、行车安全系统程序的设计 9
（一）超声波测试行车距离主程序 9
（二）数码管显示距离子程序 10
（三）蜂鸣器报警子程序 10
（四）按键子程序 11
七、行车安全系统的实物功能演示 12
八、结束语 14
致 谢 15
参考文献 16
附 录 17
一、绪论
（一）研究的背景
随着经济与科技的快速发展，人们的消费水平上升，并且对汽车等高档产品有了一定的需求，很多家庭购买了私家车。私家车的推广一方面改善了人们的出行水平，另一方面人们的出行安全变成了一个大问题。车祸每时每刻都在发生，这严重干扰了人们的日常出行，夺取了人们的生命，让亲人承受难以承受的痛苦。现在的汽车制造商只会一味的提高安全气囊的安全性，显得很被动。因此，近年来，许多人开始研究汽车防撞技术。
汽车要避免发生车祸，就要避免与其他车辆或者障碍物发生碰撞。汽车行驶速度快，在短时间内刹车不容易停下来就会导致碰撞。
由此，发展汽车防撞技术，保护人们的出行安全迫在眉睫。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
时每刻都在发生，这严重干扰了人们的日常出行，夺取了人们的生命，让亲人承受难以承受的痛苦。现在的汽车制造商只会一味的提高安全气囊的安全性，显得很被动。因此，近年来，许多人开始研究汽车防撞技术。
汽车要避免发生车祸，就要避免与其他车辆或者障碍物发生碰撞。汽车行驶速度快，在短时间内刹车不容易停下来就会导致碰撞。
由此，发展汽车防撞技术，保护人们的出行安全迫在眉睫。
（二）研究的内容
发射电路部分发出超声波，传感器接收部分接收到超声波并收集好数据，再将收集好的数据传送给单片机。行车的安全距离可以自行调整。
（三）解决的主要问题
1、超声波电路部分发射出超声波和超声波传感器接收部分所用的时间的测量。
2、用C语言对超声波距离测试和报警程序的编辑。
3、报警距离实现可自行调整。
二、方案设计
（一）方案比较
方案一：激光测试距离
向被测物体发射一道激光，因为激光的直线传播特性，所以激光能精确的照射到障碍物上，当激光打到阻碍物体上时，电元件接收电路部分会接收到激光返回的信号，与此通同时，我们记录下，从激光发射到返回所用的时间，就可以很轻松的计算出激光与被测物体之间的距离。
方案二：超声波测试距离
超声波发射器发出超声波，因为波是无限传播的，所以当前方遇到阻碍时，超声波会反射回来，与此同时记录下时间，超声波传输过程中所用的时间（t）。已知声音在空气中的传播速度（V）。根据S=V*t，不难求出超声波与被测物之间的距离。
综上所诉，不难看出，超声波测距易于执行，而且还很简单，所以我们选择超声波测试距离的方案。
（二）电路总体方案
图2.1是电路的结构示意图。
三、单片机的说明
（一）单片机的简单介绍
这是一款功耗低，不易受外界干扰，而且读写程序快的单片机，适用于多种场合且错误率低，得到多个行业的认可。
（二）单片机的引脚以及线路图
其阵脚有如下2种分布方式。
它具有定向性、不受传播距离的限制、准确传播等优点，广泛应用于距离的测量。超声波测距主要应用于工业、国防、雷达和一些施工工程。
超声波探头主要由压电晶片，共振板和电极组成，超声波探头因为工作频率的差异和工作环境的差异，探头发射超声波的同时，电元件也可以收到障碍物反弹回来的超声波。
图3.4 超声波传感器组成图
超声波传感器的内部结构是由压电晶片、共振板和电极部分构成。压电陶瓷晶片的作用是当发出的超声波反射回来时，会在晶片上产生震动，震动会形成一个相应的电荷，也就是所谓的电信号，喇叭的作用是发出超声波，并使传播出去的超声波能量相对集中，塑料壳易穿透而且能屏蔽其他信号的干扰。金属网也是用来减少其他信号的干扰。结构如图3.4 超声波传感器组成图。
（二）超声波测距模块功能介绍
超声波测试安全距离电路可提供2cm-400cm的安全距离的测试，模块自动发射出信号，当前方遇到障碍物时，信号返回。
该模块一共有4个引脚，依次为电源，信号接入，信号输出和接地。如下图所示。
2、模块工作数值以及规格
如图，当超声波收到一个10uS的TTL信号的收后，电元件就会循环接收到循环发出的8个周期为40kHz的脉冲，如果回响电平输出与检测的距离成正比，那么就表明前方有障碍物。
1、芯片
它具有
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