代码收藏家 基于单片机的超声波测距防撞报警系统控制电路设计指南
**单片机设计介绍，基于单片机的超声波测距防撞报警系统控制电路设计
文章目录
一 概要 二、功能设计 设计思路 三、 软件设计 原理图 五、 程序 六、 文章目录
一 概要
基于单片机的超声波测距防撞报警系统控制电路设计概要如下：
一、设计背景与目标
随着科技的进步和人们生活水平的提高，汽车已成为日常生活中不可或缺的交通工具。然而，汽车事故频发，给人们的生命和财产安全带来了严重威胁。为了降低事故发生率，提高行车安全性，我们设计了一款基于单片机的超声波测距防撞报警系统。该系统利用超声波测距原理，实时监测车辆与障碍物之间的距离，当距离小于预设阈值时，系统能够自动发出报警信号，提醒驾驶员采取相应措施，避免碰撞事故的发生。
二、系统组成
本系统主要由单片机控制模块、超声波测距模块、显示模块、报警模块和电源模块组成。
单片机控制模块：作为系统的核心，单片机负责接收超声波测距模块的数据，进行数据处理和判断，并控制显示模块和报警模块的工作。
超声波测距模块：采用超声波传感器，通过发射超声波并接收其反射波来测量车辆与障碍物之间的距离。超声波传感器通常包括发射器和接收器两部分，发射器发出超声波，接收器接收反射回来的超声波。
显示模块：用于实时显示车辆与障碍物之间的距离。可以采用LCD显示屏或LED数码管等显示器件。
报警模块：当车辆与障碍物之间的距离小于预设阈值时，报警模块会发出声光报警信号，提醒驾驶员注意。报警模块可以包括蜂鸣器和LED指示灯等器件。
电源模块：为整个系统提供稳定的电源供应，确保各模块正常工作。可以采用电池或车载电源等供电方式。
三、工作原理
系统启动后，单片机首先进行初始化设置，然后开始工作。超声波测距模块会不断发射超声波并接收反射波，测量车辆与障碍物之间的距离，并将测量数据发送给单片机。单片机接收到数据后，会进行数据处理和判断，如果距离小于预设阈值，则控制报警模块发出报警信号，同时控制显示模块显示当前距离。驾驶员可以根据显示的距离和报警信号来判断是否需要采取相应措施，避免碰撞事故的发生。
四、设计特点
实时性强：系统能够实时监测车辆与障碍物之间的距离，并在距离小于预设阈值时立即发出报警信号。
准确性高：超声波测距原理具有较高的测量精度，能够满足防撞报警系统的要求。
易于扩展：系统采用模块化设计，方便后续的功能扩展和维护。可以根据需要添加其他传感器和执行机构，实现更多功能。
可靠性高：系统采用高性能的单片机和稳定的电源模块，确保系统的稳定性和可靠性。
五、应用前景
基于单片机的超声波测距防撞报警系统具有广阔的应用前景。它可以广泛应用于汽车、电动车、自行车等交通工具中，提高行车安全性，降低事故发生率。同时，该系统也可以作为智能交通系统的一部分，为城市交通管理提供有力支持。
二、功能设计
选题的目的和意义：超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。由于超声波指向性好,能力消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常被用于距离的测量,利用超声波检测距离设计比较简单,计算处理也比较简单,并且在测量精度方面也能达到日常使用要求。超声波是一种频率在20khz以上的声波，作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性：反射、折射、干涉、衍射和散射，与物理联系紧密，应用灵活。并且更适合于高温、高粉尘、高湿度和强电磁干扰等恶劣环境下工作。无论从精度还是可靠性方面，超声波测距都做得比较好。利用超声波测距往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制。具有广泛的应用前景。
二、研究概况及发展趋势综述历史上使用超声波来测量距离是从第二次世界大战时海军的声纳技术的发展开始。声纳是一种利用声波在水下测定目标距离和运动速度的仪器。经过几个世纪，科学家们对此反复研究，最终发现了超声波的原理。超声波测距应用于各种工业领域，如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面。超声波作为一种检测技术，采用的是非接触式测量，由于它具有不受外界因素影响，对环境有一定的适应能力，且操作简单、测量精度高等优点而被广泛应用。这些特点可使测量仪器不受被测介质的影响，大大解决了传统测量仪器存在的问题，比如，在粉尘多情况下对人引起的身体接触伤害，腐蚀性质的被测物对测量仪器腐蚀，触电接触不良造成的误测等。此外该技术对被测元件无磨损，使测量仪器牢固耐用，使用寿命加长，而且还降低了能量耗损，节省人力和劳动的强度。因此，利用超声波检测既迅速、方便、计算简单，又易于实时控制，在测量精度方面能达到工业实用的要求。
然而超声波测距在实际应用也有很多局限性。由于超声波在传播过程中，声压会随距离的增大而呈指数规律衰减，远目标的回波信号幅度小、信噪比低，用固定阀值的比较器检测回波，可能导致越过门槛的时间前后移动，从而影响计时的准确性，这必然会影响到测距的准确度。另外就是构成超声波传感器的压电陶瓷片在压电的双向转换过程中，存在惯性、滞后等现象，以及超声波脉冲在空气中传播本身及多重的反射路径，均导致回波信号被展宽，也使测量产生较大的误差，影响了测距的分辨率。其他如温度，风速等也会对测量造成一定的影响。
计量学在制造业中越来越重要。直接在机器上测量尤其能推动制造业的发展。目前为止大部分还是采用视觉的或触觉的测量方法。但是墙的厚度就不能用这些来测量，因此德国人把超声系统结合到机器设计出了测距方法。随着超声波的发展，早在2000年时英国人就设计出了可观察、识别并测距的超声波集成系统。
三、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标：本设计主要采用MCS-51系列单片机作为主控芯片，能够实现超声波测距，数据显示，参数设置等功能。
研究内容:根据以上设计需要，系统拟采用以下技术方案，系统的结构框图如下图所示。
图1 系统方框图
本系统可以通过超声波模块测量系统到障碍物之间的距离并用数码管显示出来，用户还可以通过按键设置下限报警距离，假如测量的距离低于设置的报警值则通过蜂鸣器发声提醒用户超出允许范围。
拟解决的关键问题:
1、完成键盘的设计，分配好各个按键输入对应单片机各口的控制信息；
2、完成数码管显示电路的设计，实现具体的控制、提示信息的显示；
3、完成超声波测距电路的设计，使其能够准确测量距离；
四、研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析研究的基本思路和方法：1、确定硬件系统的设计方案：
（1）、根据系统的功能要求确定选用的元器件；
（2）、分配单片机各个P口地址，以连接对应的元器件，方便控制；
（3）、利用DXP软件构建系统的硬件图；
2、确定软件部分的设计方案:
（1）、确定各部分模块对应要实现的功能，并根据连接图写出对应程序中对应的控制信息，便于软件编写；
（2）、用keil软件编写程序，对应各模块功能模块化编写，便于程序的检查和调试；
3、利用keil软件生成hex文件，用PROTEL软件绘制电路图
4、依照电路图，在电路板上焊接各元件，完成系统实物设计；
5、将焊好的电路板反复进行硬件调试和系统整体调试，直到实现系统要求的预定功能。
技术路线、实验方案及可行性分析：
1、设计用到的设备和软件：
主要设备：电脑、单片机烧写器
软件：DXP软件、keil软件
2、利用学习过的模拟电子技术、数字电路技术、单片机原理与应用等知识，了解超声波测距的原理，并选用合适的元器件和系统设计方案。
设计思路
设计思路
文献研究法：搜集整理相关单片机系统相关研究资料，认真阅读文献，为研究做准备；
调查研究法：通过调查、分析、具体试用等方法，发现单片机系统的现状、存在问题和解决办法；
比较分析法：比较不同系统的具体原理，以及同一类传感器性能的区别，分析系统的研究现状与发展前景；
软硬件设计法：通过软硬件设计实现具体硬件实物，最后测试各项功能是否满足要求。
三、 软件设计
本系统原理图设计采用Altium Designer19，具体如图。在本科单片机设计中，设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus，由于Altium Designer功能强大，可以设计硬件电路的原理图、PCB图，且界面简单，易操作，上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境，用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术，能够很好的满足本次设计需求。
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仿真实现
本设计利用protues8.7软件实现仿真设计，具体如图。
Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一，通过设计出硬件电路图，及写入驱动程序，就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外，protues还能实现PCB的设计，在仿真中也可以与KEIL实现联调，便于程序的调试，且支持多种平台，使用简单便捷。
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原理图
五、 程序
本设计利用KEIL5软件实现程序设计，具体如图。作为本科期间学习的第一门编程语言，C语言是我们最熟悉的编程语言之一。当然，由于其功能强大，C语言是当前世界上使用最广泛、最受欢迎的编程语言。在单片机设计中，C语言已经逐步完全取代汇编语言，因为相比于汇编语言，C语言编译与运行、调试十分方便，且可移植性高，可读性好，便于烧录与写入硬件系统，因此C语言被广泛应用在单片机设计中。keil软件由于其兼容单片机的设计，能够实现快速调试，并生成烧录文件，被广泛应用于C语言的编写和单片机的设计。
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六、 文章目录
目 录
摘 要 I
Abstract II
引 言 1
1 控制系统设计 2
1.1 主控系统方案设计 2
1.2 传感器方案设计 3
1.3 系统工作原理 5
2 硬件设计 6
2.1 主电路 6
2.1.1 单片机的选择 6
2.2 驱动电路 8
2.2.1 比较器的介绍 8
2.3放大电路 8
2.4最小系统 11
3 软件设计 13
3.1编程语言的选择 13
4 系统调试 16
4.1 系统硬件调试 16
4.2 系统软件调试 16
结 论 17
参考文献 18
附录1 总体原理图设计 20
附录2 源程序清单 21
致 谢 25
作者：创新电子设计
