倒车雷达毕业设计(基于51单片机).doc

&&&&&&&&&&&& 毕 业 设 计论 文题 目： 基于单片机的倒车雷达的设计 学 院： &&&&&&&&&&& 专 业： &&&&& 班 级： &&&&&&& 学生： * 导师： * 职称： * 起止时间： 2014年3月3日至2014年6月15日毕业设计论文诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文基于单片机的倒车雷达的设计是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。论文 签字时间：2014年6月10日指导教师已阅： 签字 时间：2014年6月10日西 安 邮 电 大 学毕业设计(论文)任务书 学生指导教师*职称*学院 通信与信息工程学院专业信息工程题目基于单片机的倒车雷达的设计 任务与要求1. 调研基于单片机的倒车雷达的设计的现状与背景。2. 学习51单片机原理及超声波测距原理。3. 进行相关模块功能的程序设计。4. 在仿真软件上进行功能仿真。5. 搭建硬件电路并调试。6. 软件下载及综合调试。7. 完成论文，准备答辩。开始日期2014年3月3日完成日期2014年6月15日院 长(签字)2014年3月 7日西 安 邮 电 大 学毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划 2014年 3 月 10 日 学生 * 指导教师 * 职称 * 学院 通信与信息工程学院 专业 信息工程 题目 基于单片机的倒车雷达的设计 工作进程起 止 时 间工 作 内 容3月03日至3月23日 调研基于单片机的倒车雷达的设计的发展现状。3月24日至4月01日 熟悉51单片机原理及相关功能的程序设计。4月04日至4月15日 在仿真软件上进行功能仿真。4月18日至4月24日 搭建硬件电路。4月25日至5月20日 软件下载及综合调试。5月23日至5月30日 撰写论文，完成论文初稿。5月30日至6月03日 完善并修改毕业论文。6月06日至6月15日 准备答辩。主要参考书目(资料)主要参考书目(资料) (1)郭天祥. 新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略M.北京: 电子工业出版社, 2009. 1.(2)周立功等. 增强型80C51单片机速成与实践M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003.(7)赵亮. 跟我学51单片机(一)单片机最小系统组成与I/O输出控制J. 电子制作, 2011, 1: 73-77.主要仪器设备及材料2.硬件材料假设干论文(设计)过程中教师的指导安排每周指导一次，主要解答学生问题，指导研究进度，并检查阅读资料笔记和仿真程序。对计划的说明本计划为开题之初所定，后续会根据具体情况随时调整，最终一定按毕业设计规定结束日期完成。￥毕业设计(论文)开题报告通信与信息工程 学院 信息工程 专业 10 级 01 班课题名称： 基于单片机的倒车雷达的设计学生： * 学号：*指导教师： * 报告日期： 2014年3月18日 1本课述题所涉及的问题及应用现状综述应用现状综述：随着汽车工业的飞速发展，其配套设备也得到了充分的开发。倒车雷达就是其中之一，多年的发展中，倒车雷达系统已经过了六代的技术改进，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这六代产品都各有特点。第一代倒车声音喇叭提醒：“倒车请注意！”相信不少人仍然记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。从某种意义上说，它不是真正的倒车雷达。此产品在倒车状态时，语音提示路人小心，对司机并没有直接的帮助。第二代蜂鸣器提示：这可以说是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。此产品没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第三代数码管显示：可以显示车后障碍物离车体的距离。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，黄色代表警告距离，红色代表危险距离，你必须停止倒车。 第三代产品把数码和波段组合在一起，比较实用，但安装在车内不太美观，应用广泛。第四代液晶荧屏显示：这一代产品荧屏的显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便，价格高。但灵敏度较高，抗干扰能力不强，误报也较多。第五代魔幻镜倒车雷达：结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提 、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上较为先进的倒车雷达系统。由于其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。第六代新品已有部分高档车配置。从外观上来看，这套系统比第五代产品更为精致典雅；从功能上来看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。倒车雷达系统经历了六代的技术改进，测距方式也从早期的抗干扰能力低的红外线以及电磁感应线圈发展成为超声波雷达以及GPS等。随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提高，以及单片机价格不断下降和汽车电子系统的网络化，大多数以单片机为核心的新型倒车雷达测距系统，以其相对低廉的价格和高实用性备受广阔汽车厂商的欢送。可以说倒车雷达在汽车工业中和人们的生活中已经有着举足轻重的地位，逐渐成为评价一部好车的标准之一。本课题所涉及的问题：(1) 基于单片机的倒车雷达的设计的现状，意义，重要性分析。(2) 针对现有倒车雷达的设计方法进行分类比照，优缺点及其适用范围。(3) 学习51单片机原理及相关功能的程序设计。(4) 在仿真软件上进行功能仿真。(5) 搭建硬件电路。(6) 软件下载及综合调试，并进行质量评价。2本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析关键问题：(1) 基于单片机的倒车雷达的总体设计方案。(2) 超声波发送和接受传感器的应用，以及它的发送、接受和处理部分的设计。(3) 报警系统的提示方式(包括音量、频率等)部分的设计。(4) 软硬件单独调试以及综合调试。(5) 灵敏度测试与误差分析。解决的思路：(1) 调研基于单片机的倒车雷达的设计的发展现状，并查阅国内外关于倒车雷达的多种设计方案。(2) 学习关于常见的超声波传感器的应用方式以及数据处理方式。(3) 通过网络资源了解人们可以普遍接受的较合理的报警方式。(4) 学习AT89C51的编程以及电路设计，并在电脑环境下进行仿真。(5) 在整个系统可以正常运行的前提下，多次试验进行灵敏度测试和误差分析。实现预期目标的可行性分析：(1) 通过调研与查阅资料，对设计方法进行分类比照，分析其优缺点及其适用范围，综合比较得出最可行的倒车雷达设计方案。(2) 选择合适的超声波传感器，并且通过学习设计出可行的超声波的发送、接受和处理方式。(3) 对常见的报警方式进行设计和测试，通过比较得出最合理的报警方式。(4) 通过学习51单片机的编程与电路设计技巧，编写软件系统，并在仿真环境下设计硬件系统，进行调试，成功后再搭建硬件电路，下载程序并综合调试。(5) 由于系统受外界环境的影响较大，可以在多种条件下测试系统的稳定性、灵敏度。3完成本课题的工作方案(1) 调研基于单片机的倒车雷达的设计的发展现状。(2) 熟悉51单片机原理及相关功能模块的程序设计。(3) 在仿真软件上进行功能仿真。(4) 搭建硬件电路。(5) 软件下载及综合调试。(6) 撰写论文，完成论文初稿。(7) 完善并修改毕业论文。(8) 准备答辩。4指导教师审阅意见课题实践性强，较为实用，符合交通通信领域的发展，且前期调研充分，同意开题。指导教师(签字)： 2014 年 3 月 24 日说明：本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。学习文档 仅供参考￥毕业设计 (论文)成绩评定表学生*性别女学号*专 业班 级￥班课题名称基于单片机的倒车雷达的设计课题类型硬件工程难度容易毕业设计论文时间2014 年3 月3 日6 月15 日指导教师 *(职称 * )课题任务完成情况论文 12 (千字)； 设计、计算说明书 (千字)； 图纸 2 (张)；其它(含附件)：代码、数据表指导教师意见分项得分：开题调研论证 分； 课题质量论文内容 分； 创新 分；论文撰写标准 分； 学习态度 分； 外文翻译 分指导教师审阅成绩：指导教师(签字)： 2014年 月 日评阅教师意见分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量论文内容 分； 创新 分；论文撰写标准 分； 外文翻译 分评阅成绩： 评阅教师(签字)： 2014 年 月 日验收小组意见分项得分：准备情况 分； 毕业设计论文质量 分； 操作答复下列问题 分验收成绩：验收教师(组长)(签字)： 2014 年 月 日学习文档 仅供参考答辩小组意见分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 答复下列问题 分； 仪表 分答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 2014 年 月 日成绩计算方法(填写本系实用比例)指导教师成绩 20 () 评阅成绩 30 () 验收成绩 30 () 答辩成绩 20 ()学生实得成绩(百分制)指导教师成绩 评阅成绩 验收成绩 答辩成绩 总评 答辩委员会意见毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 学院答辩委员会主任(签字)： 学院 (签章) 2014 年 月 日备注￥毕业论文(设计)成绩评定表(续表)学习文档 仅供参考目录摘要IABSTRACTII引言11绪论2设计倒车雷达的目的和意义2国内外应用现状2本设计的特点22总体设计及基本原理32.1系统的设计要求3整体方案的设计32.2.1基本原理32.2.2整体设计4模块的选用与设计52.3.1单片机的选用与论证52.3.2测距模块元件的选用与论证52.3.3温湿度模块元件的选用与论证62.3.4显示模块元件的选用与论证62.3.5语音模块元件的选用与论证72.3.6报警模块元件的选用与论证72.3.7电源及烧写模块元件的选用及论证83系统的硬件设计9整体的硬件设计9每个模块的硬件设计93.2.1测距模块的硬件特点及外围电路93.2.2温湿度模块的硬件特点及外围电路103.2.3显示模块的硬件特点及外围电路103.2.4语音模块的硬件特点及外围电路113.2.5报警模块的硬件特点及外围电路124系统的软件设计13整体的软件设计13每个模块的软件设计144.2.1主程序144.2.2基础函数库164.2.3测距模块的软件设计164.2.4温湿模块的软件设计174.2.5显示模块的软件设计194.2.6语音模块的软件设计225系统的仿真、调试结果25系统仿真结果25系统软件调试结果26系统硬件调试结果27结论32致谢33参考文献34附录35程序35电路原理图41PCB图42附表43学习文档 仅供参考学习文档 仅供参考摘要随着科学技术水平的发展，倒车雷达这个原本不被人们熟知的产品开始渐渐成为一辆车的必备装备。倒车雷达是通过测量距离与实时报警来提醒司机注意周围障碍物的一种泊车辅助系统。倒车雷达在行车安全中起着至关重要的作用，因此对它的研究也就显得十分必要。通过进行大量的市场调研、查阅丰富的国内外文献、认真学习测距的基本原理以及单片机系统设计的相关知识，本文设计出了一种基于单片机的倒车雷达系统。本设计中采用STC89C52作为倒车雷达的主控芯片，利用超声波测距原理测量距离，并通过LCD1602进行显示，通过SYN6288进行语音播报，在发生报警时利用3色LED灯和蜂鸣器提醒司机注意，除此之外还使用温度湿度传感器DHT11感知外部的温度湿度数据，对测量距离进行校正。与其他倒车雷达的设计相比，本设计具有测距更加精准、播报更加人性化、报警更加及时、价格更加实惠等不可多得的优点。关键字：倒车雷达；单片机；超声波测距学习文档 仅供参考ABSTRACTWith the development of science and technology, reversing radar which was not yet familiar to people has started becoming a necessary equipment of a car. Reversing radar, also known as the parking assist system, can warn the driver of any obstacle in the way. Reversing radar plays an important role in road safety, so it is extremely essential to strengthen the research of it.With conducting a ton of market research、reviewing the related literatures home and abroad、learning the basic theory of distance measurement and studying related knowledge about the design of single chip microcomputer system, I design a reversing radar system based on single chip microcomputer. The STC89C52 is used as the controller which collects all kinds of sensors' data in this design. This system could measure distance by using ultrasonic sensors. In addition, LCD1602 is designed to display and SYN6288 is designed to speech. The LED and buzzer compose the alarm system. Finally we use the temperature and humidity data which is collected by temperature and humidity sensor to correct the distance. Compared with other reversing radar design, this design is more accurate、more perfect and of humanization、more quickly and cheaper.Keywords: Reversing radar; Microcomputer; Ultrasonic measure学习文档 仅供参考引言本设计是基于单片机的倒车雷达系统，属于嵌入式设计。论文共分为五个部分，主要阐述倒车雷达系统的设计背景、应用现状、总体设计、基本原理、软件设计、硬件设计以及最终设计结果。紧紧围绕着单片机嵌入式系统的设计思想，“软件跟着硬件走，硬件跟着功能走”，在充分理解基本原理的基础上，通过阅读文献比较其他人的设计，总结得出一种最优的设计方案。结合系统的需求和可行性，对系统进行模块化的拆分，分成多个基本模块。然后在每个模块中进行元件的选择与比较，选出性价比最高的元件，并且进行硬件电路的连接和软件设计。当然也要同时兼本模块与其他模块之间在尺寸、位置及连接上的协调。设计中注意软硬件合理性、灵活性和稳定性。第一章中主要介绍了倒车雷达的国内外应用现状，以及本设计突出的特点。第二章中主要阐述了整体设计、模块划分、基本原理以及元件的选择。第三章以总分的结构介绍了系统的硬件设计。第四章阐述了程序设计的原理以及程序流程。第五章比较零散的展示了本次设计的结果，包括一些重要的仿真、测试、调试过程以及最终的功能演示和PCB图。除此之外，我也在论文中把自己大学四年里所学到的一些实用的单片机设计技巧与大家分享，希望本设计不仅可以让各位老师喜欢，也会有真正实际应用的价值。1绪论1.1设计倒车雷达的目的和意义倒车雷达这些年来逐渐的深入人心，如今的司机已经不再是一个特定的职业，开车已成为人们普遍具备的一项基本技能。但是城市交通压力越来越大，如何在狭小的地方安全的停车倒车成为人们日益关心的一个话题，倒车雷达应运而生，它的出现可以帮助司机观察车后的视觉盲区，确保倒车的安全。倒车雷达本身也成为衡量一辆好车的标准。因此对它的深入研究具有很强实用性。1.2国内外应用现状如今的倒车雷达已经脱离早期的“倒车!请注意!”和红外测距，现在一些基础级的倒车雷达是通过判断距离发出不同程度的“嘀嘀嘀”声音，高端的一些具有摄像头的后视功能，但是需要自己判断距离远近，当然还有更高端的倒车雷达具有GPS定位无死角全车监控，不过价格也会更高昂。1.3本设计的特点本次的设计结合以前的很多设计方案，加上自己开车的亲身体会，即保留原本的“嘀嘀”声，还加上三色LED灯报警，并且通过LCD1602液晶屏和SYN6288语音芯片实时显示和播报距离，使距离数字化，更加人性化。为了解决超声波测距存在的内部缺陷，使用DHT11温湿度传感器，对距离数据进行温湿度校正，以应对汽车在高温或大雾天气的倒车。还有最重要的一点，本设计十分严格的控制成本，主要元件的成本价仅需86元，远远低于市场上的同类产品，不仅做到测距精准、使用方便而且物美价廉。2总体设计及基本原理2.1系统的设计要求本次的设计是基于单片机的倒车雷达设计，要实现的基本功能是在汽车挂倒档后，帮助司机监测车身周围视觉盲区内的障碍物，及时警示司机，方便倒车的顺利进行。其中：有基本的测距功能，用于最初的距离数据获取，是最基础最主要的数据来源；有对距离数据的校正功能，通过获取周围的温湿度数据对测量的距离数据进行校正，是数据准确性的关键；有显示功能，通过实时显示计算后的距离数据对司机师傅进行提示；有语音功能，通过语音播报距离数据对司机师傅进行再次提示，与显示功能一起灵活组合方便司机对倒车时周围障碍物距离的感知；有报警功能，通过与内设阈值的比较对司机倒车做出警示，提醒司机的注意；当然还有电源与程序更新功能，为单片机的正常工作提供支持。除此之外，还要考虑到成本、硬件成品的尺寸、编程的难易程度、硬件的可扩展性、稳定性等问题，从多个方面考虑选用最合理的设计方案以及最合适的元器件。2.2整体方案的设计2.2.1基本原理超声波测距的基本原理8是基于超声波在空气中的传播特性来实现的。超声波发射器向某一方向发出超声波信号，与此同时，打开计时单元开始计时，超声波在空气中传播，遇到障碍物后被反射回来，超声波接收器接收到反射波就关闭计时单元停止计时，记录超声波传播的时间为t(s)，利用公式，求距离s，其中c为声速11。图2-1超声波测距示意图超声波是声波的一种可以在固体、液体、气体等介质中传播，介质密度越大，声速则越快。在空气中，声速湿度、温度、密度等不同因素的影响。本设计的应用场景是在空气中，因此密度对声速的影响可以忽略，但是温度和湿度对声速仍然具有不可无视的影响，如零摄氏度海平面的声速约为/s(1193 km/h)；而当上升到万米高空时，声速就变为295m/s(1062km/h)；与此同时假设温度每升高1摄氏度，声速就增加/s。水蒸气分压每上升133.322Pa，声速将提高/s10。温度越高，声速越大。温度湿度对空气的影响详见附录。通过阅读研究以前的一些文献，可以得出声速与温度湿度的关系如公式2-1： (2-1)其中Pw是空气中水蒸气的分压强，等于水的饱和蒸汽压乘以相对湿度，T是摄氏温度，P是大气压强。通过校正声速，使测出的距离数据更加准确，使系统可以灵活的适用于各种不同温湿度的外界条件，增强了系统的准确性和稳定性。2.2.2整体设计通过分析系统的设计要求并且综合各个方面的因素，本系统主要按模块化的方式进行设计。单片机主控系统负责程序的是顺序进行和主要数据处理；测距模块通过超声波的收发以及对单片机定时器的控制，测量出从发射超声波到接收到回波的时间t，从而进一步计算初次测量出来的障碍物距离(并非最终距离)；通过温湿度传感器，获取周围环境中的温湿度数据，再将数据代入公式，校正测出的距离数据，得到准确的障碍物距离；将数据送至显示模块和语音模块对司机进行提示；通过检测是否超出阈值，对数据进行报警。由于是车载系统，所以供电单元采用USB供电，烧写模块也使用USB转RS-232串口进行程序的更新和下载。图2-2倒车雷达系统框图2.3模块的选用与设计2.3.1单片机的选用与论证本设计中选用的是51系列单片机，型号使用的时STC89C52RC。该单片机是STC(宏晶科技)公司生产的一款运算速率高、功耗地、抗干扰能力强的增强型51单片机，代码兼容早期的51单片机，片上集成512字节的RAM，用户应用程序空间有8K字节，方便编程，有3个16位定时器/计数器，方便用于超声波回波时间的测量，具有看门狗功能，有四组32个通用I/O端口，方便外部设备的连接，具有ISP/IAP(即在系统可编程/在应用可编程)功能，不需要专门的编程软件和仿真软件，可以直接通过串口(RXD/P3.0，TXD/P3.1)与上位机相连接，使用STC提供的STC-ISP.exe工具可以下载用户代码还可以进行串口的调试。图2-3STC89C52RC单片机实物图2.3.2测距模块元件的选用与论证本设计中选用的HC_SR04超声波收发模块，是在多个可选的超声波测距模块选择出来的，具有不可替代的优点。与同类型的超声波测距模块KS103相比，虽然KS103的精度高1mm，量程大1cm-800cm，但功耗大，价格高昂，至少要100元，并不适合车载系统使用，而HC_SR04精度3mm，量程2cm-400cm，功耗小9，仅需5元，量程和精度也可以完全满足倒车雷达系统的需要，经济又实用，同时它的驱动简单且迅速，也满足车载倒车雷达对程序运行速率的要求。图2-4HC_SR04超声波收发模块实物图2.3.3温湿度模块元件的选用与论证本设计中选用的是DHT11来组成温湿度测量模块。以往的设计中常常会使用到DS18B20但是由于DS18B20仅有温度传感器，而本设计中需要用到温度和湿度的数据，所以优先选用DHT11。DHT11不仅具有温度传感器还具有湿度传感器，可以同时获取温度和湿度的数据，用来校正测量的距离数据。而且价格低廉，仅需5元，节约成本。DHT11实物图如下：图2-5DHT11温湿度传感器实物图2.3.4显示模块元件的选用与论证本设计中选用的是LCD1602液晶屏显示距离数据，LCD1602是一种广泛使用在工业中的字符型液晶显示屏，能够同时显示16列2行即32个字符。而且1602中不仅有160个内建的字符发生器CGROM，集成常用字型，可以完全满足用于所需的基本字符不包括中文，还有8个字符发生器CGRAM，可以凭借自己的喜好和程序需要定义一些简单的汉字，在点数允许的情况下。价格7元。1602液晶显示屏的实物图如下：图2-6QC1602A液晶显示屏实物图2.3.5语音模块元件的选用与论证本设计选用的是宇音天下生产的芯片SYN6288。ISD400x系列的语音芯片是现在最常见的语音芯片，这一类芯片需要先将要播放的信息由录音部分录入到芯片中，再由播音部分播出，声音保真，抗干扰能力强，功耗小，以其广泛的应用可以说明它的优点毋庸置疑，但是以8位的为例，如果使用半集成的语音录放模块，价格在60元以上而且元件的尺寸比较大，不适合本次的系统设计。与ISD400x系列的芯片相比，宇音天下公司生产的芯片更适合本次的设计，不管是早期的OSYNO6188还是本设计中使用的SYN6288都迅速的赢得了业界内大批忠实的粉丝，SYN6288拥有简单的接口方便硬件连接使用，可以智能识别中文文本数字机常见的符号，通过上位机的串口可以直接发送需要播放的内容，可以大大减小软件编程的工作量，除此之外，它的功耗低、封装尺寸小，半集成的语音模块仅仅只有硬币大小，价格仅需50元，加适合车载系统使用即节约成本也节约体积。SYN6288语音模块实物图如下：图2-7SYN6288实物图图2-8喇叭的实物图2.3.6报警模块元件的选用与论证本设计中报警模块使用三色LED和蜂鸣器进行报警。当距离障碍物100cm及以上时绿色灯亮，蜂鸣器不发生鸣叫；当距离障碍物50cm-100cm时黄色灯低频率闪烁，蜂鸣器发出频率较低的鸣叫；当距离障碍物在50cm以内时红色等高频率闪烁，蜂鸣器发出频率较高的鸣叫。图2-9蜂鸣器及LED灯实物图2.3.7电源及烧写模块元件的选用及论证本设计选用的是集成好的USB下载器同时供电和更新程序，由于本设计是针对车载系统开发，所以电源部分使用USB供电，但是由于在板上设计单独的串口来更新程序明显不实用，所以选择集成好的USB下载器，既可以供电，也可以用来烧写程序。价格12元。图2-10USB下载器实物图3系统的硬件设计3.1整体的硬件设计通过分析上文中的系统的功能以及每部分的设计可以得出硬件部分的设计。单片机是整个系统的核心，外围有6个模块要与之相连，其中每个模块的VCC和GND端都与系统的高电平和低电平相连，除此以外，还有1602的根数据线，RS寄存器选择端、E使能端和RW读写信号线，有DHT11的单总线数据端DATA，有HC_SR04的触发控制信号输入端TRIG和回响信号输出端ECHO，有SYN6288的RXD、TXD、BUSY和直接驱动喇叭的两个SPK端以及LED灯和蜂鸣器端等。对于51系列单片机来说，P0口为开漏输出，内部并没有集成上拉电阻7，所以假设要使用P0作为普通的I/O端口输出数据时，就必须外接8个上拉电阻，保证高电平的正确输出，而很巧的是显示模块所使用的1602在内部的8根数据总线DB0-DB7上已经集成了上拉电阻，所以将单片机的管脚中P0.0-P0.7与1602的DB0-DB7端顺序相连，P0口和P2口位于同一侧，所以为了连线方便1602的另外三个控制端占用P2口的三个端口。又因为在功能上LED灯和蜂鸣器的报警模块也属于数据输出端，在成品中的位置尽量靠近1602，所以报警模块的4个端口也与P2口的端口相连。从功能上看，HC_SR04和DHT11属于数据的输入端，而且位置应处于板的边缘，同时两者应该距离较近，所以将HC_SR04的ECHO和TRIG以及DHT11的DATA端连到P1口上。语音模块使用的是上位机固定的串口RXD/P3.0，TXD/P3.1上，同时由于程序下载也需要固定的串口端，所以这两个端口复用。当然为了保证单片机的正常工作还需要将它的VCC(第40管脚)接高电平，GND(第20管脚)接低电平，RST(第9管脚)接复位电路，XTAL1(第19管脚)、XTAL2(第20管脚)接时钟电路，EA/VPP(第31管脚)直接接高电平，选择内部程序存储器1。本次硬件设计使用的软件是Protel99se，这个软件集成了丰富的元件封装，常用的器件基本都可以直接使用，当遇到没有封装的元件时，Protel也提供了原理图库文件和PCB的库文件可以自己制作元件的封装。而且还可以对绘制的电路图进行电气检查、列出元件清单，当然它最强大的功能还是印刷电路板的设计，可以帮助使用者对硬件进行排线等，虽然DXP2004比Protel99se更加先进，但是运行所需内存较大，电脑运行慢，所以还是选择Protel99se。3.2每个模块的硬件设计3.2.1测距模块的硬件特点及外围电路对于HC_SR04超声波测距模块来说，它的硬件设计非常简单，外部没有什么特别需要添加的元件，采用高电平触发TRIG发射超声波信号，然后通过检测ECHO的高电平持续时间计算距离。所以只需将它的VCC接高电平5V，GND接地，TRIG、ECHO分别接单片机的P1.0、P1.1即可。图3-1HC_SR04引脚图3.2.2温湿度模块的硬件特点及外围电路DHT11温湿度传感器外部共有4个引脚，但是NC引脚悬空不接，所以在电路图中只画出了其中3个引脚。它的VCC需提供3-5.5V的电压，为了增强它的稳定性要在它的VCC和GND之间接一个100nF的电容，用以去耦滤波。为了保证高低电平的正确输入输出，当连接线少于20米时要在DATA端接一个5K大小的上拉电阻。图3-2DHT11引脚及外围电路连接图3.2.3显示模块的硬件特点及外围电路在整体的硬件连接中已经分析过1602的位置与占用端口的原因，由于自带的排阻和端口在实物上的靠近，1602的第4到第14引脚与单片机直接相连。将第15引脚A即背光电源正接高电平，第16引脚K即背光电源负接地，将第1引脚VSS地电源接地，第2引脚VDD接高电平，比较复杂的是第3引脚V0，它是液晶显示屏的比照度调整端，使用时应该通过10K大小的电位器接。当电位器阻值变化时，效果如下列图：图3-3比照度过低图3-4比照度过高图3-5比照度合理图3-6LCD1602引脚及外围电路连接图3.2.4语音模块的硬件特点及外围电路语音模块集成度比较高基本不用连接外部电路，只需将喇叭的两端接到SPK1和SPK2上，VCC接高，GND接地，BUSY可接可不接，RXD接单片机TXD端，TXD也是可接可不接不接是因为本系统中语音芯片有些功能没有使用。电路图如下：图3-7语音模块引脚及外围电路连接图3.2.5报警模块的硬件特点及外围电路由于所使用的单片机STC89C52的端口做普通的输入输出时，拉电流的能力是微安级别，灌电流的能力是10倍的毫安级别，要点亮LED灯微安级别的电流是远远不够的，所以通常使用的灌电流连接方式电亮LED，即LED的正极直接接高电平，负极接保护电阻后接单片机的输入输出口。同样，蜂鸣器也采用灌电流的连接方式连接，但是在实验中发现，这样连接并不能让蜂鸣器发出比较高的声音，再一次修改了蜂鸣器的连接方式，蜂鸣器的正极直接接高电平，负极接三极管NPN的集电极，三极管的发射极接地，基极接保护电阻后接到单片机的输入输出口。图3-8报警模块引脚及外围电路连接图4系统的软件设计4.1整体的软件设计本设计的核心使用的51系列的单片机，在内存上是无法与电脑相比的，所以要在数据空间的使用和程序的复杂度上尽量节省，最大限度的使用单片机已经集成好的比方中断、定时器、看门狗等功能，防止程序空间以及数据空间过大溢出。在编程的过程中尽量提高程序的模块化，增加复用率。使用的编程语言是基于51单片机的C语言，编程难度小，理解方便，已有一些集成的函数方便调用，与电脑的C语言相比，它更