汽车防撞防盗报警器的设计 - 图文

汽车防撞防盗报警器的设计

学 院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 负责教师

自动化学院 测控技术与仪器

2012年6月

摘 要

随着人们生活水平的提高，汽车已经成为人们日常生活中的必需品，而汽车的安全性问题就成为了一项重要课题。本文设计了一款防盗防撞报警器，该报警器有两个功能：一是倒车时，自动检测车后方距障碍物的距离并实时显示，在到达危险距离时，发出声光报警功能；二是在车主离开时启动防盗功能，当有人靠近车时，会发出报警信号同时关闭点火装置，而防盗功能可以通过密码输入进行解除。

该系统以AT89S52单片机为控制核心，采用超声波传感器进行距离的检测，采用红外传感器检测是否有人接近车身，防盗功能的开启和密码通过键盘来实现，距离显示采用液晶显示LCD1602。该系统结构简单，功能完善，功耗低，使用方便，具有一定的应用价值。

关键词：超声波；红外；防撞；防盗

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汽车防撞防盗报警器的设计

Automobile anti-collision and anti-theft alarm system design

Abstract

With the increasing of people's lives, in order to meet the security needs, an anti-theft and anti-collision alarm is designed. The anti-theft and anti-collision alarm can measure the distance between the rear distance obstructions in reversing environmental, and cancancel based on; in the absence of environmental anti-theft function to avoid the theft of vehicles, and owners through the keyboard input password to unlock. The crash burglar alarm design is based on the microcontroller AT89S52 which set the distance of the car by the ultrasonic sensors and infrared sensors to detect and procedures for the control of the core, display, alarm, security and other functions. The entire design is composed of scheme comparison choice, independent functional modules. On the basis of analysis of the design task of alarm, the paper gives the overall design of the alarm, and detailed description of the alarm hardware and software design processes and functions to achieve, and finally a brief introduction to the production and commissioning of the alarm system process. Programs can achieve the design objectives and requirements, but the real-time control performance is less than ideal,which needs further improvement. Keywords:Ultrasonic wave; Infra-red; Anti-collision; Anti-theft

II

目 录

1 绪论 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

1.1 立题意义及发展趋势 ............................................................................................ 1 1.2 研究内容及目标 .................................................................................................... 2 1.3 本文主要内容 ........................................................................................................ 2 2 方案论证 ........................................................................................................................... 4

2.1 任务分析 ................................................................................................................ 4 2.2 硬件方案设计 ........................................................................................................ 4

2.2.1 防撞功能模块方案实现 ............................................................................. 4 2.2.2 防盗功能模块方案实现 ............................................................................. 5 2.3 软件设计方案 ........................................................................................................ 5 2.4 系统原理框图 ........................................................................................................ 6 3 硬件设计 ........................................................................................................................... 8

3.1 单片机最小系统的设计 ........................................................................................ 8

3.1.1 时钟电路 ................................................................................................... 10 3.1.2 复位电路 ....................................................................................................11 3.2 超声波测距模块 .................................................................................................. 12

3.2.1 超声波原理 ............................................................................................... 12 3.2.2 超声波测距模块电路 ............................................................................... 13 3.2.3 超声波测距模块的工作过程 ................................................................... 13 3.3 报警模块 .............................................................................................................. 14

3.3.1 声光报警模块工作原理 ........................................................................... 14 3.3.2 声光报警模块电路 ................................................................................... 14

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3.4 显示电路 .............................................................................................................. 15 3.5 红外光电开关 ...................................................................................................... 17

3.5.1 红外原理 ................................................................................................... 17 3.5.2 光电开关 ................................................................................................... 18 3.5.3 光电开关工作过程 ................................................................................... 19 3.6 点火锁定与解锁模块 .......................................................................................... 20 4 软件设计 ......................................................................................................................... 23

4.1 主程序设计 .......................................................................................................... 23 4.2 Keil开发平台简介 ............................................................................................... 24 4.3 子程序设计 .......................................................................................................... 25

4.3.1 防撞子程序设计 ....................................................................................... 25 4.3.2 防盗子程序设计 ....................................................................................... 26

5 调试 ................................................................................................................................. 28

5.1 单片机开发板介绍 .............................................................................................. 28 5.2 软件调试 .............................................................................................................. 28 5.3 硬件调试 .............................................................................................................. 29 5.4 系统联合调试 ...................................................................................................... 29 结论 ..................................................................................................................................... 31 参考文献 ............................................................................................................................. 32 致 谢 ................................................................................................................................. 33 附录Ⅰ 电路原理图 ........................................................................................................... 34 附录Ⅱ 程序清单 ............................................................................... 错误！未定义书签。

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1 绪论

1.1 立题意义及发展趋势

汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车越来越成为人们生活中不可缺少的一部分,特别是轿车已经走进千家万户。有统计数据表明，目前我国汽车的保有量达1700万辆。在上海等大中城市，私家车的占有率已达12%，并且每年着以20%的速度增长。业内人士分析，未来20年内，中国将成为全球第一大汽车市场。从世界上第一辆T型福特牌轿车被盗开始，偷车已成为现今城市里最常见的犯罪行为之一。汽车数量增多，车辆被盗的数量也逐年上升，这给社会带来极大的不安定因素，担心车辆被盗，成为困扰每一位汽车用户的难题。随着敞篷汽车的流行，汽车门锁已无法成为万无一失的铁将军，使车门锁定系统的概念进一步被淡化，由此汽车防盗器也应运而生伴随着汽车随着现代汽车技术的不断发展。同样，在享受汽车给我们带来方便的同时，也经受着一些实际问题的困扰。一方面汽车的数量逐年增加，而街道，公路，停车场等可用于调转的空间越来越小；另一方面，新司机，及一些非专职司机越来越多，由于倒车而产生的问题越来越多，倒车引起的纠纷也越来越多。倒车时，车辆与人，车辆与车辆，车辆与障碍物之间的碰撞时有发生，倒车已成为令人头疼的事情，即使是经验丰富的老司机也会抱怨倒车是一件费力费神的事情。为了减少因倒车和汽车无人时被盗而产生的损失，需要有一种专门的系统来帮助司机很好的进行倒车和防盗—汽车倒车防撞防盗系统。

目前汽车防盗器已由初期的机械控制，发展成为钥匙控制——电子密码—— 遥控呼救——信息报警的汽车防盗系统，由以前单纯的机械钥匙防盗技术走向电子防盗、生物特征式电子防盗。电子防盗系统要由电子控制的遥控器或钥匙、电子控制电路、报警装置和执行机构等组成。尤其是随着微电子技术的进步，汽车防盗技术己向着自动化、智能化方向发展。

利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法提高的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统（AVCSS）的主要研究内容。毫米波雷达和CCD摄像机对车辆与障碍物的距离进行动态监测，当距离小于规定值时，系统将发出直观报警信号提醒本车驾驶员。紧急制动劝告系统，利用先进的距离监测系统对障碍物距离进行动态监测，当需要减速或制动时，用制动灯亮来提醒驾驶员，并及时监测驾驶员操纵驾驶踏板的踏踩

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状态，必要时使汽车的自动制动系统前起作用降低车速，在最危险时刻自动制动。扇形激光束扫描的雷达传感器，即使车辆在弯道行使也能检测到本车与前方汽车或障碍物的距离降到规定值时，驾驶员仍未及时采取相应措施，便发出警告信号。毫米波雷达防撞方面也做了大量的研究，其雷达中心频率主要选择60~61GHz或76~77GHz, 探测距离为 120米。这些技术产品已经或即将进入市场。

1.2 研究内容及目标

本课题的研究内容是以单片机为控制核心，控制测距传感器测量距离，并实时显示倒车时障碍物与车间的距离，报警电路采用滴滴声加闪光报警；有防盗功能控制开关，关闭就进入防盗状态，有10S延时以确保主人离开，在有人接近时，自动锁定点火装置处于关闭状态，主人通过键盘输入密码解除锁定状态。

课题目标是汽车在倒车环境时能检测出车距后方障碍物的距离，达到危险距离时进行声光报警，提示驾驶员提高警惕；在防盗功能开启时，自动进行检测，检测有人靠近时车门时，自行关闭点火装置，控制车辆，防止车辆被盗。

1.3 本文主要内容

本文主要研究了汽车防盗防撞报警器的设计与实现，其中包括硬件方案的实现和软件方案的实现，软硬件的联合实现。

第一部分介绍了本文的研究意义与设计任务，分析技术发展的趋势，对设计进行分析与研究。

在第二部分主要讲述总体方案的论证。首先对所要完成的任务进行分析，判断所要实现的任务的要求与难度，同时对任务进行分解，随后对分解后的任务进行方案设计，主要是通过对不同的方案进行论证与分析，选择最合适的方案。

在第三部分主要讲述硬件设计。对选择的硬件方案进行分析，分析各个模块，对组成模块的硬件电路进行原理分析与设计，设计最佳的硬件模块，包括控制模块、防盗模块、防撞模块，通过分析硬件电路的组成与原理，了解整个系统的硬件以及各部分之间的联系。

在第四部分主要讲述软件设计。在对硬件电路了解的基础上，对系统的软件设计进行分析，将主程序的任务分解为各个子程序，在对子程序任务基础上，设计子程序。

在第五部分主要讲述硬件的制作与系统调试。首先讲述硬件的制作与调试，对硬

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件制作与调试过程出现的问题进行分析与解决，最终实现最佳效果；随后讲述软件的调试，介绍软件调试的环境与平台，并对软件调试中出现的问题进行分析，最终解决实现软件功能；最后讲述的是整个系统的联调，分析软件与硬件出现的问题，并解决，最终实现一个完成所有功能的系统。

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2 方案论证

本设计是利用单片机的控制功能，设计防撞防盗报警器，实现距离检测报警、防盗锁定与键盘密码解锁功能。本章主要介绍了通过对任务的分析，对总体的方案进行论证，并介绍了总体的硬件分析与选择。

2.1 任务分析

本次设计主要是完成具有自动距离检测、下限报警、防盗和解锁等功能的汽车报警器的设计。要求系统在倒车环境下能检测出车具后方障碍物的距离，在达到危险距离时报警；在防盗功能开启时在有人靠近车门时关闭点火装置，防止有人将车开走。

根据任务要求，本课题设计采用了功能模块化设计，选用了可靠性强、精度高的超声波传感器和红外传感器作为信号检测器件，单片机的信号综合处理让各功能模块既分工独立又协同处理，实现资源共享，提高了资源利用率和汽车的智能化程度。

防撞功能是通过安装在小车后部的超声波传感器进行实时检测障碍距离车后部的距离，为汽车的倒车实时显示障碍物的距离提供数据支持，指引驾驶员驾驶汽车避开障碍物而实现的；防盗功能是通过小车靠近车门的红外传感器实时检测是否有人靠近车门，从而做出操作防止有人偷车而在有人靠近车门时将点火装置锁定的动作，并通过键盘输入密码解除锁定实现的。

2.2 硬件方案设计

通过查找相关资料，收集相应传感器性能参数，并通过实际测试对比，决出优劣，选择最佳设计方案。

2.2.1 防撞功能模块方案实现

方案一：雷达测距是利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测和计算得出距离，雷达探测的稳定性好，但是系统庞大，价格较高。

方案二：超声波测距是利用频率在20kHz以上的机械波，具有穿透性强、衰减少、反射能力强等特点，发射器发射不断的发射一系列连续的脉冲，在接受反射回来的反射波后，通过对时间差进行计算得出距离。超声波测距系统具有原理简单、成本

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低、制作简单等特点，故选方案二。

2.2.2 防盗功能模块方案实现

方案一：激光检测，激光检测是利用激光的单色性的相干性好和方向性强的特点，可实现高精度的。但激光的传播速度易受到空气的湿度、温度、压强等因素影响，优势不明显，而且成本相对较高，安装相对复杂。

方案二热释电红外传感器，该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，能有效的探测辐射信号，但主要工作在室内，易受到温度及阳光的影响。

方案三：反射式红外传感器，红外发射极发射出去的红外线遇到人的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出比较电平。具有效果好，不易受到温度和室外环境的影响，故采用方案三。

2.3 软件设计方案

硬件各个模块的确定和对应芯片型号的的选择完成之后，系统的主要功能将依赖于软件实现。软件的设计应遵循结构化设计原则，在总体概况设计的基础上进行具体的详细设计，功能分解，模块划分，细化软件层次，优化软件结构，以达到模块功能的独立性，执行的高效性。总之，设计的程序应该达到可读性，可理解性，可维护性，有效性，可修改性。

该系统的软件设计采用了模块化设计的思想即将程序划分为若干个相对独立的功能模块，绘制与之相对应的流程图，并根据流程图编写程序，最终按照软件设计的总体结构框图，将各模块连接成一个完整的主程序。在主程序的设计中要合理地调用各模块程序。模块化设计的优点是：无论是硬件还是软件，每一个模块都相对独立，故能独立地进行设计、研制、调试和修改，从而使复杂的工作得以简化。模块之间的相互独立也有助于研制任务的分解和设计人员之间的分工合作，这样可提高工作效率和研制速度。

常用的编程语言语言有汇编语言和C语言两种。 （1）汇编语言

汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。高级的汇编器如MASM，

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TASM等等为我们写汇编程序提供了很多类似于高级语言的特征，比如结构化、抽象等。在这样的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是面向汇编器的伪指令，已经类同于高级语言。现在的汇编环境已经如此高级，即使全部用汇编语言来编写windows的应用程序也是可行的，但这不是汇编语言的长处。汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。用汇编编程可以更加准确的进行调试，更加贴近自己单片机课程所学知识，但编程复杂度很高，里面涉及到十进制与ASCII码的相互转换，另外还有比较复杂的计算，因此在这不采用。 （2）C语言

C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。

C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。 C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。

在此选用C语言编程，一是因为学习时间比较长，熟练掌握，二是减少了编程及调试的时间，大大缩短了开发周期，明显增加软件可读性，便于改进和扩充，很大的减少编程复杂度。

2.4 系统原理框图

此系统是以单片机为控制核心，处理各个外部传感器检测得到的电平信号，其中外部信号由两部分得到：防撞检测模块、防盗报警。最后把处理结果传递给各个操作部件动作，使得到相应效果。如图2.1总体设计框图。

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超声波模块 关电开关 键盘电路 单 片 机 声光报警 显示电路 点火锁定 电路 图2.1 总体设计框图

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3 硬件设计

本系统硬件主要有六大模块组成：单片机控制模块、超声波检测模块、报警模块、显示模块、红外传感检测模块和点火锁定与解锁模块

3.1 单片机最小系统的设计

本模块采用51系列单片机作为核心处理器。AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。其应用范围广，性能良好，可用于解决复杂的控制问题。图3.1单片机管脚图。

图3.1 AT89C52

（1）主要特性： · 与MCS-51 兼容

· 4K字节可编程闪烁存储器

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· 寿命：1000写/擦循环 · 数据保留时间：10年 · 全静态工作：0Hz-24Hz · 三级程序存储器锁定 · 128×8位内部RAM · 32可编程I/O线 · 两个16位定时器/计数器 · 5个中断源 · 可编程串行通道 · 低功耗的闲置和掉电模 · 片内振荡器和时钟电路 （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

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验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反相振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反相振荡器的输出。

3.1.1 时钟电路

单片机的时钟产生有两种方法：内部时钟方式和外部时钟方式。

系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值通常取30PF。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定和可靠地工作。图3.2单片机时钟电路。

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C1 30PF XTAL1 89C52 11.0592Mz XTAL2

C2 30PF 图3.2 单片机时钟电路

3.1.2 复位电路

复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个触发器与复位电路相连，触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期中由复位电路采样一次。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。所谓上电复位，是指计算机加电瞬间，要在RST引脚出现大于10ms的正脉冲，使单片机进入复位状态。按钮复位是指用户按下“复位”按钮，使单片机进入复位状态。如图3.3是上电复位及按钮复位的一种实用电路。

89C52

图3.3 复位电路

C +5V RST S R8 R7 上电时，+5V电源立即对单片机芯片供电，同时经电阻R对电容C充电。C上电压建立的规程就产生一定宽度的负脉冲，经反向后，RST上出现正脉冲使单片机实现了上电复位。按钮按下时，RST上同样出现高电平，实现了按钮复位。在应用系统

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中，有些外围芯片也需要复位。如果这些芯片复位端的复位电平和单片机一致，则可以与单片机复位脚相连。

3.2 超声波测距模块

本模块的任务是在倒车环境下通过超声波测距仪测出车后危险的障碍物距离车身后部的距离以提示驾驶员随时停车；若无倒车时停止工作。

3.2.1 超声波原理

人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20Hz-20kHz。超声波传感器范围内，超过20kHz称为超声波，低于20Hz的称为次声波。常用的超声波频率为几十kHz-几十MHz。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十kHz，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。

超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差?t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S ，即：

S?v??t2 （3.1） 这就是所谓的时间差测距法。

由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关。在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度v 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T时, 超声波传播速度v的计算公式为：

v?331.45?0.607? （3.2）

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超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。

3.2.2 超声波测距模块电路

该模块使用HC-SR04超声波检测模块，有一个发射探头和一个接收探头，如图3.4所示。

图3.4 HC-SR04超声波模块

在超声波模块开始工作时，向其TRIG端口提供10us以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40周期电平并检测回波，一旦检测到有回波信号则通过ECHO端口输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测距离成正比，高电平持续的时间就是超声波从发射到接收的时间。

3.2.3 超声波测距模块的工作过程

测距模块开始工作，单片机向P3.3口发射脉冲信号，检测P3.2口是否有电平信号由低到高变化，若有，开始计时，计算距离。单片机与模块的接线图3.5如图所示。

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图3.5 超声波模块接线图

P3.3 P3.2 89C52 VCC Trig Echo HC-SR04 GND 3.3 报警模块

本模块的任务是测距达到危险距离时进行声光报警提示，蜂鸣器发出有规律的声音，LED发光，以提示驾驶员提高警惕。

3.3.1 声光报警模块工作原理

本模块使用的自激蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。

3.3.2 声光报警模块电路

单片机发出报警信号后，通过P2.4、P2.3口输出低电平，导通报警电路，LED发光，蜂鸣器工作。报警电路接线图如图3.6所示。

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VCC P2.4 P2.3 89C52 R 图3.6 报警接线图电路

3.4 显示电路

显示电路是用来显示超声波测距模块测量的数值和红外传感器设置的防盗锁定与键盘解锁信息。

1602是一种工业字符型液晶，能够同时显示16×02即32个字符。1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以不能显示图形。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

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GND VCC P3.5 P3.6 P3.4 P0.0 P0.1 89C52 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 VCC VSS VCC V0 RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 RESPACK-8 图3.7 显示电路

LCD1602接口图如图3.7所示，其中：

VSS为电源地 VDD接5V电源正极

V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 E(或EN)端为使能(enable)端。 D0～D7为8位双向数据端。 1602LCD的特性

（1）+5V电压，对比度可调 （2）内含复位电路

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（3）提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 （4）有80字节显示数据存储器DDRAM

（5）内建有192个5×7点阵的字型的字符发生器CGROM （6）8个可由用户自定义的5×7的字符发生器CGRAM

微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。

HD44780液晶芯片内置了DDRAM（显示数据存储RAM）、CGROM（字符存储ROM）和CGRAM（用户自定义RAM）。DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码，共80个字节。

向DDRAM里的00H地址处送一个数据，譬如0x31(数字1的代码)并不能显示1出来，若要在DDRAM的00H地址处显示数据，则必须将00H加上80H，即0X80+0x00，若要在DDRAM的01H处显示数据，则必须将01H加上80H即 0X80+0x01。

在LCD模块上也固化了字模存储器，这就是CGROM和CGRAM。HD44780内置了192个常用字符的字模，存于字符产生器CGROM(Character Generator ROM)中，另外还有8个允许用户自定义的字符产生RAM，称为CGRAM(Character Generator RAM)。

HD44780液晶芯片共有十一条指令用来完成清屏、模式设置与写入数据等功能。分别通过初始化后，用户可以调用用来显示的模块，对显示地址进行设定后，完成对输出内容的显示。

3.5 红外光电开关

本模块的任务就是在无人的环境下，进行检测是否有人靠近车辆；若有人过于靠近车辆时，及判断有偷车的企图，进行车辆锁定，防止车辆被盗。

3.5.1 红外原理

综上所述，本设计选择了红外传感器作为信号采集者，这对整个设计工作的系统化和简洁性提供了必要保证。但同时也对红外测量的原理和综合使用的掌握程度提出了更高的要求，所以，特意在此将红外传感器的相关知识进行总结陈述。

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3.5.2 光电开关

光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。

反射式光电开关的工作原理。由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。

漫反射型光电开关由投光器和受光器构成的情况是一种标准配置。从发送器来的光速时，目标产品漫反射；当有足够的组合光返回受光器时，开关状发生变化；有效作用距离是由目标的反射能力决定的，是由表面性质和颜色决定的。带有灵敏度调节器的变化能力可起补尝作用；较小的装配开支，光传感器由单个元件组成时，通常可以达到粗定位；采用背景抑制功能测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。本设计使用的漫发射型光电开关，如图3.8所示。

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图3.8 光电开关

采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件E3F-DS15C4，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。

3.5.3 光电开关工作过程

单片机开始防盗模块后，光电开关输出高电平信号，若有人靠近，则光电开关开始接通，输出低电平信号，单片机通过P2.0口检测，判断是否有电平变化。单片机与光电开关接线图如图3.9所示。

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图3.9 光电开关接线图

P2.0 89C52 VCC E 光电开关 GND 3.6 点火锁定与解锁模块

本模块的任务是在红外检测模块检测有人时，对车辆的点火装置进行锁定；在车主回来后输入密码正确后进行解锁。

点火锁定就是在没有接收到锁定信号时，继电器不工作，点火装置能正常工作；在接受到锁定信号时，继电器开始工作，断开电路，是点火装置不能工作；在车主回来后，通过键盘输入密码进行解锁，若密码不正确，仍然锁定，直到密码正确。

简单介绍继电器与键盘的工作原理。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器模块接线图如图3.10所示。

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P2.5 89C52

GND 图3.10 继电器模块

VCC R 点火装置 在单片机进入防盗功能后，若有人靠近车门,单片机P2.5口发出高电平信号，继电器锁定，密码输入正确后，单片机P2.5口发出低电平信号，继电器解除锁定。

矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4×4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。识别具体按键的方法称为行扫描法，即先把某一列置低电平，其余各列置为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。

键盘电路识别过程是从P1.7、P1.6、P1.5、P1.4口的输出低电平，P1.3、P1.2、P1.1、P1.0口输出高电平，从P1.3、P1.2、P1.1、P1.0口读取键盘状态。再从P1.3、P1.2、P1.1、P1.0口输出低电平，P1.7、P1.6、P1.5、P1.4口输出高电平，从P1.7、P1.6、P1.5、P1.4口读取键盘状态。将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码。使用上述方法我们得到16个键的特征编码。键盘连线图如图3.11所示。

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P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

图3.11 键盘连线图

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4 软件设计

软件设计是实现报警器关键所在，相当于人类大脑思维活动，通过软件设计可将各个变化信号数据有效的结合处理，产生相应的动作反应。本章主要介绍利用模块化思想对主程序和子程序进行设计。

4.1 主程序设计

系统的软件设计按功能总共可分为两个部分：防撞模块、防盗模块。处理这两个部分软件的设计和调试，最终实现了两大功能程序的完美融合，可满足汽车在不同状态中的任意自动切换而不需更换程序代码。同时也为汽车提供了智能激活工作模式的选择，增加了汽车的智能化程度。所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法。

模块程序设计法的主要优点是：

（1）单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；

（2）模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；

（3）模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。主程序设计流程图4.1如下：

开始 23 初始化 汽车防撞防盗报警器的设计

图4.1 主程序设计流程图

4.2 Keil开发平台简介

C语言是一种通用的计算机设计语言，在国际上十分流行，它既可用来编写计算机的系统程序，也可以用来编写一般的应用程序。以前计算机的系统软件主要是用汇编语言编写的，对于单片机应用系统来说更是如此。由于汇编语言程序的可读性和可移植性都较差，采用汇编语言编写单片机应用程序的周期长，而且调试和排错也比较困难。为了提高编制单片机应用程序的效率，改善程序的可读性和可移植性，采用高级语言无疑是一种最好的选择。C语言既具有一般高级语言的特点，又能直接对计算机的硬件进行操作，表达和运算能力也较强，许多以前只能用汇编语言来解决的问题现在都可以改用C语言来解决。德国Keil Software公司多年来致力于单片机C语言编译器的研究，该公司开发的Keil Cx51是一种专门为8051单片机设计的高效率C语言编译器，符合ANSI标准，生成的程序代码运行效率极高，所需要的存储器空间极小，完全可以和汇编语言相媲美。

Keil公司目前已经推出了V7.0以上版本的Cx51编译器，为8051单片机软件开发提供了全新的C语言环境，同时保留了汇编代码高效、快速的特点。Cx51已被完全集成到一个功能强大的全新集成开发环境μVision2中，其中包括项目（project）管理器、Cx51编译器、Ax51宏汇编器、BL51/Lx51连接定位器、RTX51实时操作系统、Simulator软件模拟器以及Monitor51硬件目标调试器，所有这些功能均可在μVision2提供的单一而又灵活的开发环境中极为简便地进行操作。μVision2提供了强

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大的项目管理功能，可以十分方便地进行结构化多模块程序设计。μVision2内部集成源级浏览器（Browser）利用符号数据库中详细的符号信息，使用户可以快速浏览源文件，并优化用户的变量数据存储器。μVision2内部集成器件数据库（device database）储存了多种不同型号单片机的片上资源信息，通过它可以自动设置Cx51编译器、Ax51宏汇编器、BL51/Lx51连接定位器及调试器的默认选项，充分满足用户利用特定单片机片上集成外围功能的要求。μVision2内部集成源程序编辑器允许用户在编辑源程序文件时（甚至在未经编译和汇编之前）设置程序调试断点，便于在程序调试过程中快速检查和修改程序。μVision2提供文件查找功能，能对单一文件或全部项目文件进行指定搜索。此外还提供了用户工具菜单接口，允许在μVision2中直接启动用户功能。μVision2支持软件模拟仿真（Simulator）和用户目标板调试（Monitor51）两种工作方式，在软件模拟仿真方式下不需要任何8051单片机硬件即可完成用户程序仿真调试，极大地提高了用户程序开发效率，在用户目标板调试方式下，利用硬件目标板中的监控程序可以直接调试目标硬件系统，使用户可以节省购买昂贵硬件仿真器的费用。

4.3 子程序设计

系统各部分软件分别按要求目标独立设计，充分利用C语言的结构化、模块化设计方法。包括使用循环结构设计的红外线发射与超声波检测部分、使用函数结构的执行操作部分等。十分便于把整体程序分割成若干相对独立的功能模块，并且为程序见的相互调用以及数据传递提供了便利。

4.3.1 防撞子程序设计

防撞模块功能通过单片机处理来自超声波传感器传来的信号，并进行计算，然后判断是否满足不同的条件，根据判断结果执行不同的动作。防撞子程序流程图如图4.2所示。

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开始 初始化 测 距 显示距离 N 是否到限？ Y 报 警

图4.2 防撞子程序

返回 4.3.2 防盗子程序设计

防盗子程序设计是完成在防盗环境下自主实现对靠近车门的陌生人进行检测以及判断是否锁定防盗和车主通过键盘输入密码进行解除锁定的功能。防盗模块的程序流程图如图4.3所示。

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开始 延迟10s 红外检测 N 是否有人? Y 点火锁定 密码正确？ N Y

返回 图4.3 防盗子程序

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5 调试

这部分主要介绍硬件的制作、系统的软件调试和硬件调试以及系统联合调试，介绍在硬件制作以及系统调试中出现的问题，解决办法，最后验证系统是否完成所有设计任务。

5.1 单片机开发板介绍

单片机开发板是用于学习51、STC、AVR型号的单片机实验设备。根据单片机使用的型号又有51单片机开发板、STC单片机开发板、AVR单片机开发板。常见配套有硬件、实验程序源码、电路原理图、电路PCB图等学习资料。例如电子人单片机开发板，针对部分学者需要特别配套有VB上位机软件开发,游戏开发等教程学习资料。开发此类单片机开发板的公司一般提供完善的售后服务与技术支持。

51单片机是目前市场上使用较多的单片机，TX—1B型单片机实验板支持51系列的单片机，对于S系列的51单片机可进行在线下载程序，用产品套件附带的下载线将开发板与计算机相连，按照操作教程可下载程序。

本系统采用的是51单片机开发板，连接各测试模块，对系统的软件以及模块进行试验验证。

5.2 软件调试

软件调试采用Keil编程环境，将编好的程序进行调试，利用PROGISP下载到小车芯片中，主要是检查语法错误并确认硬件完整无误。由于本系统是分模块进行程序设计的，所以调试时先分模块进行调试。如汽车防撞程序，在调试时将它放在一个子程序里单独测试，看其是否能够完成预定的功能，如能，测试通过，否则，修改并反复测试直到通过。

虽然在软件的调试过程中，综合利用了设定断点、单步、跟踪等调试手段，使得调试工作更易进行。但是也出现了一定的问题，如LCD不能正常显示，通过对LCD的技术资料进行详细的了解，对液晶显示的指令进行更深入的研读，找到指令问题的所在，最终解决液晶显示的问题；键盘输入密码不能正常工作，通过对密码的输入程序以及密码判断程序进行研读，找到设计上的逻辑错误，进行改正，最终实现密码输

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入解锁功能，测试中还有许多问题，介于篇幅的原因，在这里就不一一列举。通过了多次分离合并，修改测试语句以及单片机加硬件反复观察现象等方法得以解决，达到综合效果。

5.3 硬件调试

硬件调试工作的主要任务是完成硬件组成单元的逻辑测试，测试基本功能能否实现，排除故障，主要包括完善设计方案和焊接工艺上的工艺性故障（例如虚焊，短路等）。

在焊接硬件电路之前，反复进行此系统的硬件电路的可行性分析，确定了在理论上确定方案的硬件电路是可行的，才进行焊接。在焊接电路以前，对一些拿不准的电路在面包板上做些简单的连接实验，确定无误后，进行焊接工作。在焊接硬件前，首先做布局工作，防止在焊接电路时出现电路板不够用或不宜走线的情况。如果布局不合理，很容易造成干扰，还容易出现虚焊等问题。当这种情况发生时，就得重新焊接。

硬件调试有以下的步骤：

(1) 对照系统电路图，仔细检查焊接好的电路连线是否和电路图一致。 (2) 用实验室的万用表按照设计的电路图检查所焊接的各个部件的电源、接地及各个引脚的连接线是否正确、电路是否导通，是否有虚焊，短路等情况发生。在焊接完成后，要给电路板接通电源，检测每个底座的电流有多大，如若检测后，所有部件都为正常，方可插入芯片做以后的调试工作。

在保证电路芯片没有插错，电路连接全部正常时，接到仿真器件上进行调试，通过观察各个部件输出和响应，结果表明所设计的电路满足设计要求。

在硬件调试中，出现许多问题，通过对硬件进行仔细的检查，对硬件电路的原理更深的了解，将故障一一排除，如在报警电路制作完毕后，进行检测，在接通电源后，即使没有发出报警信号，报警电路仍然工作，通过对硬件电路的检查，发现硬件电路中由于蜂鸣器电路与LED电路的信号输入端接在一起，构成回路，导致报警电路一直工作，将两个电路的信号输入端分别设置，通过检测，问题解决，硬件调试中出现较多故障，对故障进行分析，解决问题。

5.4 系统联合调试

各模块都调试通过之后，将各个模块连接起来与硬件结合进行联合调试。在进行

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联合调试时，经过反复的实验，不断的来修改参数来完善结果。使程序按照要求设计的要求进行。系统图如图5.3所示。

图5.1 系统图

测试防撞模块。接通电源。待系统稳定，选择防撞开关，系统正常进入防撞模块，液晶显示正常，对超声波测距进行测试，选择障碍物，不断移动障碍物的位置，液晶能较为准确的显示真实距离，当达到危险距离，报警电路开始工作，防撞模块工作正常。

测试防盗模块。选择防盗开关，系统正常工作，靠近光电开关，系统显示进入锁定状态，继电器工作正常，进入解锁锁功能，输入密码，若错误，显示输入错误，继电器不工作，正确，解锁显示，继电器工作，解除锁定。

通过软硬件联合调试，验证系统的完整性，通过不断地测试与调试，最终系统完成所有功能，基本实现本次设计的所有设计要求，具有较好的完整性，可以作为产品投入使用。

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结论

本设计方案按照任务书的要求，以AT89S52单片机为控制核心，设计了防撞报警模块和防盗锁定模块。基本完成在倒车环境下对车身后部距障碍物距离的测量并实时显示；在防盗环境下，对人的检测并实施报警锁定动作，车主可通过键盘输入密码实施解锁等功能，实现报警器的智能化。系统是通过软硬结合的方式，得到硬件检测信号后输入单片机各个对应的I/O接口，通过C语言程序控制过程，各个功能模块启动后，实现各自不同的功能。

由于准备不足以及客观多方面的困难，整个设计也出现多个地方的不足：传感器单一导致各功能模块间会出现一定干扰以及使整个系统显得有些单调，缺乏多元化的综合设计实践；汽车传感器的设计与放置较为生硬，没有美感，影响整个汽车的设计；所有功能模块都是一直发射检测，对能源浪费比较大，如能针对性的发射，暂停其他空闲功能发射，会节约很大一部分能源。尽管报警器还存在这么些的不足之处，但这些缺陷更激发了我对更高水平智能化汽车车设计的热情，不断改进和完善报警器的功能：加入多种传感器来采集信号，不断挺高设计的可靠性与可应用性，并与汽车的设计融为一体；改进汽车的任务程序，使其更节能更智能。全面提高汽车的智能化程度，达到一个更高水平的智能汽车。当然这些设想还需要我在以后的工作中不断学习才能实现，也让自己能上一个更高的台阶。

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参考文献

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致 谢

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附录Ⅰ 电路原理图

LCD1LM016LVSSVDDVEERSRWED0D1D2D3D4D5D6D7p3.54p3.65p3.46C130pf7891011121314RP11U119X112M18XTAL1XTAL2C310uC230pf9RSTP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD393837363534333221p2.02223p2.324p2.42526p2.527281011p3.2121314p3.415p3.516p3.61712323456789光电开关p2.0SW-SPDTR24.7kRESPACK-8R1470293031PSENALEEALS1p2.3R31kQ1PNPSPEAKERp101p112p123p134p145p156p167p178P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C52p3.2R410kR12p2.41kD2LED-GREEN模拟超声波p14p15p16p171p102603748p2.5RL2G5CLE-1-DC55p119p12p13

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