超声波测距倒车报警器的设计与制作毕业论文
目 录
一、引言 1
二、总体方案设计 2
（一）系统结构 2
1.结构框图 2
2.工作原理 2
（二） 硬件电路设计 2
1. 单片机（CPU）模块 2
2. 超声测距模块 3
3.1602液晶模块 6
4.报警模块 7
（三）软件的设计 8
1.1602液晶程序 9
2. 超声波测距原理 10
四、实物的制作与调试 11
（一）系统分析与调试 11
（二）实物制作与实现功能 12
1.实物制作 12
2.实现功能 13
结论 14
附录 15
（一）元件清单 15
（二）原理图 16
（三）程序（部分） 16
参考文献 30
致谢 31
一、引言
在我国，超声学的研究开始于二十世纪五十年代，1959年至1964年间我国建立了分子声学实验室，对驰豫吸收、悬浮体的声吸收等问题进行了深入的研究，设计生产了固体中超声衰减的测量设备，对粘弹性和可压缩流体的声速和衰减的研究取得了令人兴奋的成果。同时在超声波探伤、加工、种子处理、显示、医疗等应用领域取得了可喜的成绩。表面波换能器的研究我国开始于1965年，于1970年开始了高频表面波的研究，1977年，我国研制成表面脉冲压缩滤波器。在80年代以后，我国的超声研究进入了一个全新的阶断，取得了一系列标志性成果。在应用方面，B超和A超医疗探头开始投入生产 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
和医疗应用。超声显微镜投入应用。总的来说，我国在超声方面的研究在某些方面己走在了世界的前列。
近年来超声测试技术已明显表现出下列趋向:
① 由定性的判断缺陷的有无而发展为对缺陷的位置、大小、形状、性质进行定量判断，并且利用各种成像技术直接显示缺陷的二维、三维图像;
② 向在线自动检测和仪器的智能化发展，其中非接触超声测试技术取得突破进展;
③ 超声测试技术和材料的物性评价相结合，材料的设计、加工和工程应用迅速发展。
因此超声波在我们日常生活中应用很广泛，在工业生产中，超声波被应用在金属材料和部分非金属材料探伤，钡口厚，以及超声振动切削加工、清洗、焊接等行业。以及进行物位、浓度、硬度、温度等检测。在医学领域，在诊断显像技术，血流测量计，胎儿检查仪，超声波洁牙器等医疗器械都是利用了超声波的特性。在军事领域中，超声波用于雷达目标定位，武器制导等方面。
如今人们的要求随社会的快速发展而逐渐提高，我国汽车的数量也大大增加。汽车数量的增加后导致公路、公共停车场、地下车库等空间越来越狭小，所以车辆之间空隙也越来越小。于是我们停车难倒车难这一现象便发生了。根据调查报告的数据显示，每年有20%的交通事故是因倒车不当造成的，而其中15%的事故是因汽车倒车“后视”模糊不清引起的。所以，人们因此想拥有一种可以解决这一问题的装置，从而达到减除安全隐患的效果。
在本设计中，该报警器采用了超声波来测量距离这一原理将报警器设定一个报警距离，在车与障碍物之间达到这一报警距离时，车的尾部装有的传感器就会响出滴滴的报警声，且通过超声波计算得车与障碍间的实际距离。这样，可以提醒司机，消除了不安全因素，而且性价比高。这样的超声波报警器便会深受广大人民群众的喜爱。
二、总体方案设计
（一）系统结构
1.结构框图
本设计包括：CPU、发射电路、接收电路、液晶显示电路。其框图如图1所示。
图1：超声波测距的结构框图
2.工作原理
采用12M晶振，因为它的每一个机器晶振频率为1MHZ，进而能准确地算出时间。通过CPU对发射电路的控制发出一个大约40MHZ的信号,即电路中的探头发出信号，与此同时定时器开始计时。经过一段时间遇到障碍后反弹信号给接收电路中的接收探头且定时器停止计时，得出声波从发射到检测到障碍返回所接收到的时间，从而得出声源与障碍之间的距离。起初需勘测到信号自发射至检测到障碍返回所通过的时间结果。用此结果与信号的速度相乘便可得到实际距离了，即：s=t*v/2(勘测得到的时间结果是t,声波在空气里的传播速度是v)，当测得距离达到所设定的距离时，超声波报警器就会发出滴滴报警声，并在液晶显示屏上显示出实际测得距离。
（二） 硬件电路设计
1.单片机（CPU）模块
(1)STC89C51 CPU的介绍
STC单片机是一种51内核单片机，由美国STC公司推出。片内有程序存储器、SRAM、UART、SPI、AD、PWM等。该器件基础功能和一般的51单片机完全支持,STC89C51单片机直接替换AT系列产品，管脚完全兼容、加密性强、抗静电能力和抗干扰能力较强、速度快、可靠性能强、功耗低且价格更低。
STC89C51可替换的 AT系列产品。其外型：40个引脚，双列直插DIP-40。 STC89C51可以完成ISP在线编程 功能，而AT89C51则不能。 将AT系列产品中的程序直接烧录到STC89C51中后，STC89C51就可以代替AT系列产品直接工作（STC89C51单片机引脚图如图1.1，主要功能图如图1.2）。
图1.1： STC89C51的引脚图
STC89C51单片机有很多性能，主要的性能如图1.2所示
图1.2：STC89C51单片机的主要性能表
2.超声测距模块
超声波测距模块：分为超声波发射电路和接收电路。发射电路中发射传感器可给外界送出大约40 kHz的方波。一般有两种方法可以送出大约40 kHz的方波：使用硬件产生或软件产生，为了节省成本，本次设计采用了后者。使用软件编程输出，节省成本。由CPU的P37口输出大约40 kHz方波，因为CPU端口输出功率不高，所以将其分成两路，一路是被74HC04组成的推挽式电路放大功率从而确保得到较远的发射距离，满足测量距离要求，然后送给超声波发射传感器并用声波的方式发射到空气中。
（2）接收电路
接收电路主要是CX20106芯片、接收探头组成，主要电路图2.3所示：
图2.3：接收电路图
本文采用的CX20106A，是因为它是一款专门用在检波接收的芯片，常用在电视机遥控接收器上面。因为其常用38KHz的载波频率，测距采用40KHz的超声波频率，两者频率比较接近。因此可以利用它作为超声波检测电路。而且它其灵敏度高、抗干扰能力强。
一、引言 1
二、总体方案设计 2
（一）系统结构 2
1.结构框图 2
2.工作原理 2
（二） 硬件电路设计 2
1. 单片机（CPU）模块 2
2. 超声测距模块 3
3.1602液晶模块 6
4.报警模块 7
（三）软件的设计 8
1.1602液晶程序 9
2. 超声波测距原理 10
四、实物的制作与调试 11
（一）系统分析与调试 11
（二）实物制作与实现功能 12
1.实物制作 12
2.实现功能 13
结论 14
附录 15
（一）元件清单 15
（二）原理图 16
（三）程序（部分） 16
参考文献 30
致谢 31
一、引言
在我国，超声学的研究开始于二十世纪五十年代，1959年至1964年间我国建立了分子声学实验室，对驰豫吸收、悬浮体的声吸收等问题进行了深入的研究，设计生产了固体中超声衰减的测量设备，对粘弹性和可压缩流体的声速和衰减的研究取得了令人兴奋的成果。同时在超声波探伤、加工、种子处理、显示、医疗等应用领域取得了可喜的成绩。表面波换能器的研究我国开始于1965年，于1970年开始了高频表面波的研究，1977年，我国研制成表面脉冲压缩滤波器。在80年代以后，我国的超声研究进入了一个全新的阶断，取得了一系列标志性成果。在应用方面，B超和A超医疗探头开始投入生产 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
和医疗应用。超声显微镜投入应用。总的来说，我国在超声方面的研究在某些方面己走在了世界的前列。
近年来超声测试技术已明显表现出下列趋向:
① 由定性的判断缺陷的有无而发展为对缺陷的位置、大小、形状、性质进行定量判断，并且利用各种成像技术直接显示缺陷的二维、三维图像;
② 向在线自动检测和仪器的智能化发展，其中非接触超声测试技术取得突破进展;
③ 超声测试技术和材料的物性评价相结合，材料的设计、加工和工程应用迅速发展。
因此超声波在我们日常生活中应用很广泛，在工业生产中，超声波被应用在金属材料和部分非金属材料探伤，钡口厚，以及超声振动切削加工、清洗、焊接等行业。以及进行物位、浓度、硬度、温度等检测。在医学领域，在诊断显像技术，血流测量计，胎儿检查仪，超声波洁牙器等医疗器械都是利用了超声波的特性。在军事领域中，超声波用于雷达目标定位，武器制导等方面。
如今人们的要求随社会的快速发展而逐渐提高，我国汽车的数量也大大增加。汽车数量的增加后导致公路、公共停车场、地下车库等空间越来越狭小，所以车辆之间空隙也越来越小。于是我们停车难倒车难这一现象便发生了。根据调查报告的数据显示，每年有20%的交通事故是因倒车不当造成的，而其中15%的事故是因汽车倒车“后视”模糊不清引起的。所以，人们因此想拥有一种可以解决这一问题的装置，从而达到减除安全隐患的效果。
在本设计中，该报警器采用了超声波来测量距离这一原理将报警器设定一个报警距离，在车与障碍物之间达到这一报警距离时，车的尾部装有的传感器就会响出滴滴的报警声，且通过超声波计算得车与障碍间的实际距离。这样，可以提醒司机，消除了不安全因素，而且性价比高。这样的超声波报警器便会深受广大人民群众的喜爱。
二、总体方案设计
（一）系统结构
1.结构框图
本设计包括：CPU、发射电路、接收电路、液晶显示电路。其框图如图1所示。
图1：超声波测距的结构框图
2.工作原理
采用12M晶振，因为它的每一个机器晶振频率为1MHZ，进而能准确地算出时间。通过CPU对发射电路的控制发出一个大约40MHZ的信号,即电路中的探头发出信号，与此同时定时器开始计时。经过一段时间遇到障碍后反弹信号给接收电路中的接收探头且定时器停止计时，得出声波从发射到检测到障碍返回所接收到的时间，从而得出声源与障碍之间的距离。起初需勘测到信号自发射至检测到障碍返回所通过的时间结果。用此结果与信号的速度相乘便可得到实际距离了，即：s=t*v/2(勘测得到的时间结果是t,声波在空气里的传播速度是v)，当测得距离达到所设定的距离时，超声波报警器就会发出滴滴报警声，并在液晶显示屏上显示出实际测得距离。
（二） 硬件电路设计
1.单片机（CPU）模块
(1)STC89C51 CPU的介绍
STC单片机是一种51内核单片机，由美国STC公司推出。片内有程序存储器、SRAM、UART、SPI、AD、PWM等。该器件基础功能和一般的51单片机完全支持,STC89C51单片机
STC89C51可替换的 AT系列产品。其外型：40个引脚，双列直插DIP-40。 STC89C51
图1.1： STC89C51的引脚图
STC89C51单片机有很多性能，主要的性能如图1.2所示
图1.2：STC89C51单片机的主要性能表
2.超声测距模块
超声波测距模块：分为超声波发射电路和接收电路。发射电路中发射传感器可给外界送出大约40 kHz的方波。一般有两种方法可以送出大约40 kHz的方波：使用硬件产生或软件产生，为了节省成本，本次设计采用了后者。使用软件编程输出，节省成本。由CPU的P37口输出大约40 kHz方波，因为CPU端口输出功率不高，所以将其分成两路，一路是被74HC04组成的推挽式电路放大功率从而确保得到较远的发射距离，满足测量距离要求，然后送给超声波发射传感器并用声波的方式发射到空气中。
（2）接收电路
接收电路主要是CX20106芯片、接收探头组成，主要电路图2.3所示：
图2.3：接收电路图
本文采用的CX20106A，是因为它是一款专门用在检波接收的芯片，常用在电视机遥控接收器上面。因为其常用38KHz的载波频率，测距采用40KHz的超声波频率，两者频率比较接近。因此可以利用它作为超声波检测电路。而且它其灵敏度高、抗干扰能力强。
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