汽車倒車防撞報警器畢業(yè)設計27頁

1、 本科生畢業(yè)設計報告學 院 物理與電子工程學院 專 業(yè) 電子信息工程論文題目：汽車倒車防撞報警器設計 學生姓名 指導教師 班 級 學 號 完成日期：2014 年 12 月題目：汽車倒車防撞報警器物理與電子工程學院 電子信息工程 學號摘 要本設計是以基于AT89S51單片機的超聲波測距，可用作汽車泊車安全輔助裝置，該裝置可以數(shù)碼管顯示駕駛員距障礙物多遠，并在距障礙物一定警戒距離時發(fā)出警報聲。使駕駛員在泊車時能夠更加安全，減少事故的發(fā)生。該設計硬件由單片機最小系統(tǒng)、超聲波發(fā)射與接收電路、供電與報警電路、數(shù)碼顯示電路組成。軟件主要使用匯編語言進行。關鍵詞 AT89C51 超聲波 數(shù)碼管 測距 傳感器

2、1設計任務與要求1.1研究的背景汽車業(yè)與電子業(yè)的不斷發(fā)展壯大，使得這倆者之間變得越來越緊密，倆者的相結合，導致了電氣一體化這一系統(tǒng)的產生。在交通嚴重的今天,電子控制系統(tǒng)技術可以使汽車的安全性得到很大的提升。廣泛的來看其中主要有自動安全氣囊，自動門鎖，自動空調，自動導航，自動車窗，控制車燈，控制座椅，倒車防撞并液晶顯示實時路況，自動診斷汽車故障等。在經濟不斷發(fā)展的今天，汽車這種交通工具會越來越普及，這就會導致城市交通不斷擁擠，最重要的一點就是在停車時有一些駕駛員不夠小心或對障礙物的預判距離不足導致發(fā)生摩擦與碰撞。如果駕駛能夠提前知道障礙物距離多遠、在哪里，就可以及時采取措施，這樣就可以避免很多事

3、故的發(fā)生。于是，許多安全系統(tǒng)由此誕生，其可分為主動安全系統(tǒng)與被動安全系統(tǒng)。其中主要是主動安全系統(tǒng)，而現(xiàn)階段對主動安全系統(tǒng)的研究主要放在測距上面。本設計要求設計的汽車倒車防撞系統(tǒng)能夠有效的提醒駕駛員距障礙物多遠，并可手動設置在距障礙物多遠是發(fā)動報警，可有效的提高倒車安全性。1.2本設計的主要任務（1）設計一套汽車倒車防撞報警系統(tǒng)，要求有一臺主機，汽車與物體距離小于設定值時，利用蜂鳴器進行報警。通過按鍵選擇報警的距離并數(shù)碼顯示選擇的檔位。（2）采用51系列單片機中的簡易型產品AT89C2051作為中央處理器，選用專用配對的超聲波組件，進行超聲波信號與電信號的相互轉換，利用超聲波傳感器的選頻特性，對

4、接收到的超聲波信號進行幅值判斷，從而達到不同距離的選擇與報警的目的。1.3應解決的關鍵問題1、對整體電路的設計。2、超聲波測距的計算。3、超聲波測距的死區(qū)解決。4、按鍵對報警值的設置。2 設計方案21方案比較2.1.1 激光測距激光測距主要采用脈沖法和相位法。脈沖法就是測距儀發(fā)出激光后被測量物體反射后再次被測距儀接受，測距儀記錄激光往返時間，以光速的大小乘以時間的一半來計算距離。相位法是采用無線電波的頻率并對激光束進行幅度調制，以此來測量調制光往返以此產生的相位延遲，用調制光的波長算此相位延遲代表的距離。其優(yōu)點是激光的測量距離很遠、速度很快，測量精準。缺點是造價比較高。2.1.2紅外線測距紅外

5、線測距的原理是利用紅外線在碰到不同距離的障礙物時反射回來的強度不同來進行測量。優(yōu)點是造價便宜，缺點是不夠精準，方向性不好。2.1.3 超聲波測距超聲波測距的原理是利用超聲波在發(fā)射后碰到障礙物后會反射回來，計錄其從發(fā)射到反射回來的時間，然后以時間的一半乘以超聲波在空氣中傳播的速度就可得出與障礙物間的距離。超聲波測距在中長距離的精度比紅外線高，易于控制方向，能量消耗慢。造價比紅外線高但少于激光，安全比較高。綜合以上方案可以得出，方案三總體較優(yōu)，故采用方案三。2.2電路總體方案圖2.2是電路總體結構框圖，包括51單片機最小系統(tǒng)，HC-SR04超聲波測距模塊，LED數(shù)碼管顯示電路，蜂鳴器報警電路和按鍵

6、電路。數(shù)碼管顯示AT89C51超聲波測距模塊蜂鳴器警報超聲波按鍵設置驅動5V直流穩(wěn)壓電源圖2.2 電路基本框圖本設計對51單片機進行編程使用的是keil編程軟件，51單片機在啟動后由P0.1口產生脈沖信號通過放大電路后傳送到超聲波發(fā)射探頭，產生超聲波，在發(fā)射電路啟動時，單片機同時啟動中斷程序，利用中斷定時器的計數(shù)功能記錄從發(fā)射到接收超聲波所用的時間。當接收到返回的超聲波后，對單片機進行中斷申請，執(zhí)行外部中斷子程序，開始計算距離。在選用器材時，最難選用的是超聲波探頭，HC-SR04超聲波測距模塊測距的精度最高可達3MM，而測試盲區(qū)僅為2CM，且內含超聲波發(fā)射與接收器。超聲波的發(fā)射與接收是分開的，

7、所以必須要求倆個探頭為同一水平線，為了減少由于測量距離和信號在空氣中傳播而引起的誤差，要求倆探頭不能靠太進，綜合各種資料，HC-SR04倆探頭間距大約為6CM，最符合本設計，故采用了HC-SR04超聲波測距模塊。其它器件分別是7*9萬用板、STC89C51單片機、74hc573、40P IC座、20P IC座、4p母座、四位一體共陰數(shù)碼管、9012三極管*5、2.2k電阻*5、220電阻*8、10k電阻、5V有源蜂鳴器、103排阻、10uf電解電容、30pf瓷片電容*2、12MHZ晶振、按鍵*3、自鎖開關、DC電源插口、導線若干、焊錫若干、電池盒+DC電源插頭。3 設計原理分析本設計汽車倒車防

8、撞報警器主要利用HC-SR04超聲波模塊測量與被測物的距離，然后將其反饋給單片機，再通過數(shù)碼管將其顯示出來，用單片機來控制是否發(fā)出警報聲，可通過按鍵來設置報警的距離，電源采用5 V穩(wěn)壓直流電源。下圖3.1為整體電路原理圖：圖3.1 電路總原理圖3.1單片機概述3.1.1 單片機的特性我們使用的AT89S51單片機是低電平、高性能CMOS 8位單片機，其帶有4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能COMOS8的微處理器，執(zhí)行速度最高可達90MHz，功耗很低。該器件有40引腳，速度較快，價格便宜，燒錄方便，通過串口即可下載，還可以實現(xiàn)在線編程。單片機的引腳如圖3.2所示。圖3.2 51單

9、片機的引腳圖3.1.2 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)是在應用單片機其他拓展系統(tǒng)的基礎，單片機最小系統(tǒng)即一個單片機可以工作的最小配置，對51單片機來說，只要有時鐘和復位電路就可組成了。單片機最小系統(tǒng)如下3.3圖圖3.3單片機最小系統(tǒng)原理圖3.1.3 復位電路為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路可在供電時提供復位信號，當電源穩(wěn)定后撤銷復位。電路圖如圖3.4所示：圖3.4 復位電路3.1.4 晶振電路晶振電路是單片機系統(tǒng)正常工作的保證，只有當單片機系統(tǒng)正常工作是振蕩器才會起振。當振蕩器不起振，說明系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。晶振電路如圖3.5所示：圖3.5 晶振電路3.2 驅

10、動顯示電路及報警電路顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，當超過已設定的距離時，蜂鳴器和LED可實現(xiàn)報警功能并可通過按鍵實現(xiàn)有限距離的調整。3.2.1 LED數(shù)碼管顯示電路LED數(shù)碼管顯示模塊主要由一個4位一體的7段LED數(shù)碼管組成。它是一個共陽極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端相連在一起來接受單片機PI口所產生的段碼。S1，S2，S3，S4引腳用來接受單片機P2口產生的段碼。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式。當數(shù)碼管接收到段碼后由COM端控制那一位數(shù)碼管被點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的過程中，由于每個數(shù)碼管被點亮的時間十分短暫，給人印象就是一組穩(wěn)定的數(shù)碼顯示。具體原理圖如圖3.6所示：圖3

11、.6 顯示電路3.2.2 蜂鳴器和LED報警通過單片機給定不同頻率來使蜂鳴器發(fā)出報警聲。模塊如下圖3.7所示：圖3.7蜂鳴器驅動電路3.3 HC-SR04超聲波測距模塊3.3.1 HC-SR04超聲波測距模塊的性能特點HC-SR04超聲波測距模塊測距的精度最高可達3MM，而測試盲區(qū)僅為2CM，且內含超聲波發(fā)射與接收器。反應速度快測量周期僅為10ms，倆個探頭位于同一水平線，切距離大約為6cm。模塊上另有LED指示，方便觀察和測試。原理如下：（1）可自動發(fā)送840KHZ的方波，檢測信號是否有返回；（2）必須給至少10us的高電平信號；（3）當有信號返回時，IO口輸出一個高電平，此時超聲波發(fā)射到返

12、回的時間即是高電平持續(xù)的時間。（4）當TRIG從0變?yōu)?是，主控制板啟動。（5）當超過10ms扔沒有出現(xiàn)150us的0信號時，表示前方無障礙。3.3.2 HC-SR04的管腳排列和電氣參數(shù)HC-SR04的外形及管腳排列如圖3.8所示。（1）VCC為5V電源；（2）GND為地線；（3）TRIG觸發(fā)控制信號輸入；（4）ECH0回響信號輸出。圖3.8外形及管腳排列圖HC-SR04的電氣參數(shù)如表3.9所示：表3.9電氣參數(shù)表電氣參數(shù)HC-SR04超聲波模塊工作電流15mA工作電壓直流電壓5V工作頻率40Hz最近射程2cm最遠射程4m測量角度15度輸入觸發(fā)信號10us的TTL脈沖輸出回響信號輸出與射程成

13、比例的TTL電平信號規(guī)格尺寸45*20*15mm3.3.3 HC-RS04超聲波測距原理超聲波測距的原理是利用超聲波在發(fā)射后碰到障礙物后會反射回來，計錄其從發(fā)射到反射回來的時間，然后以時間的一半乘以超聲波在空氣中傳播的速度就可得出與障礙物間的距離。其模塊圖如圖3.10所示圖3.10 超聲波模塊3.3.4超聲波時序圖圖3.11超聲波時序圖由上時序圖可看車，只要提供10us的一個脈沖觸發(fā)信號，就會循環(huán)發(fā)出8個40KHz的脈沖。當檢測到右回波信號后則會輸出回響信號?；仨戨娖捷敵雠c檢測距離成正比。這樣就可由信號的發(fā)射與回響時間間隔計算出距離。距離=高電平時間*聲速（340M/S）/2。3.4 按鍵設置

14、電路通過按鍵來實現(xiàn)報警距離的更改，一個按鍵用來實現(xiàn)報警距離的增大，一個按鍵用來實現(xiàn)報警距離的減小，一個按鍵用來進入設置報警距離程序和確定更改的報警距離。按鍵電路如圖3.12所示：圖3.12 按鍵電路圖4 設計的過程系統(tǒng)程序主要包括主程序、按鍵子程序、數(shù)碼顯示程序、報警子程序等。其整體框圖如下圖4所示：數(shù)碼管顯示AT89C51超聲波測距模塊蜂鳴器警報超聲波按鍵設置驅動5V直流穩(wěn)壓電源圖4 電路整體框圖4.1主程序主程序的主要功能是負責距離的顯示、讀出并處理HC-RS04的測量距離值，按鍵控制有效距離限制，當測量的值超過預設值時，蜂鳴器發(fā)聲報警。如圖4.1所示：供電后單片機開始初始化，然后調用顯示

15、子程序，檢測障礙物是否存在，如果存在則讀出距離值，此次運行結束，如果不存在則返回重新運行。圖4.1主流程圖4.2顯示數(shù)據(jù)子程序顯示數(shù)據(jù)子程序的主要功能就是把超聲波模塊測量后的結果經單片機處理完畢的距離顯示在數(shù)碼管上。顯示數(shù)據(jù)子程序流程圖如圖4.2所示。供電開始后，開始賦型和位，此次運行結束。圖4.2顯示數(shù)據(jù)子流程圖4.3報警子程序報警子程序的主要功能是在距離值超過預警值時，能夠使蜂鳴器發(fā)聲從而達到報警的目的。報警子程序流程圖如圖4.3所示。當給單片機供電后，開始運行，若果測量距離超出預設值則蜂鳴器開始報警，此次運行結束，如果沒有超出預設值，則不發(fā)出警報并重新開始檢測。圖4.3報警子流程圖樂山師

16、范學院畢業(yè)設計（論文） 4.4按鍵子程序按鍵子程序的主要功能是有效距離可調，功能鍵調整上限，再次功能鍵調整下限，再次按功能退出。按鍵子程序流程圖如圖4.4所示。當給單片機供電后，程序開始運行，按下按鍵開始設定有效距離，再次按下另一個確定按鍵，則確定此次的設定距離值，運行結束，如果沒有按鍵進行設定或確定，則保持原有設定值。開始按下按鍵設置下限按下按鍵結束圖4.4按鍵子流程圖5 設計的結果本汽車倒車防撞報警器裝置以HC-SR04超聲波測距模塊為主體，中心頻率是為40KHz，安裝時保持倆超聲波探頭在同一水平線上。其它硬件的組裝和連線焊接按電路PCB圖依次連接即可。超聲波測距需要測量的是從發(fā)射超聲波到

17、接收的時間差，其有效信號即為經反射后的余波信號，所以規(guī)避余波信號時減小誤差最主要的手段。超聲波所能測量的最遠距離與傳感器的驅動功率、測量方法有很大關系。從理論上來說本設計系統(tǒng)采用的超聲波模塊測距時存在的盲區(qū)大約為2 cm左右，測量距離范圍為2 cm5 m，測量的誤差比較小，測量顯示值穩(wěn)定，可以精確到0.3 cm，能滿足設計要求。下圖5.1是電路的PCB圖：圖5.1 PCB圖下圖5.2為電路的仿真測試圖：圖5.2 仿真測試圖經實際距墻測量，本次的測量距離為40c m，距離基本能測準，蜂鳴器發(fā)生警報，且比較穩(wěn)定，測量情況如圖5.3所示： 圖5.3 實際測試圖測量距離為67cm，此時大于設定報警距離

18、，蜂鳴器不發(fā)生警報。實際測量情況如圖5.4所示：圖5.4 實際測量情況顯示下圖為本設計調解距離的面板，初始設定距離為0.50cm，從開始數(shù)第一、第二個按鈕為調節(jié)設定距離，第一個按鈕增大按鈕，第二個為減小按鈕，第三個為復位、確定按鈕。實際測量情況如圖5.5所示：圖7.5 測量情況顯示6 總結思考6.1 誤差分析本設計在計算和組裝過程中會產生一定的誤差，這是不可避免的，下面對一些可能的原因進行分析：（1）不同溫度所引起的誤差本設計的主要誤差原因就是受不同溫度的影響造成的。由資料查詢可知，當倆次測量的溫差較大時，誤差也比較大，而本設計主要是作為一個倒車雷達來使用，對精度要求不是很高，所以沒有進行消除

19、溫度影響的設計。 （2）不同障礙物材料不同所引起的誤差不同障礙物會有不同的表面，有的表面粗糙，有的表面光滑，在測試時，表面粗糙的障礙物會導致超聲波散射從而影響了返回信號，導致誤差的增大。（3）超聲波模塊的影響在安裝時，超聲波的發(fā)射與接收探頭和障礙物間會存在一個角度，這就導致返回信號在進入接受探頭時與接受探頭也存在一個角度，從而導致了較大的誤差。這種誤差是可以利用發(fā)射能力強、散射小的探頭，或多用幾個探頭來減小。 （4）余波信號的影響在測量時接收探頭會收到一定的余波信號，這種余波對誤差影響很大，但這種誤差可用軟件算法來消除，使芯片在收到回波信號時自動判定收到的信號有效回波還是雜波，如果是雜波就忽略

20、掉。這樣就可消除余波信號的影響。6.2 論文的改進本論文中可以實現(xiàn)基本的測距和報警功能，且測距精度可以達到0.3cm，測量盲區(qū)僅僅只有2cm，能夠很好的進行距離的測量，控制也比較方便。但仍需改進，采用一定的算法和控制來使整個模型能夠面臨更復雜的情況，使泊車時的安全性得到更大提升。假如駕駛員反應不及時或注意力不集中，不能及時采取措施仍然會有危險，所以下一步布標是使車可以小于一定距離時自動剎車或加入一個液晶顯示器，實時顯示路況等，以此來使駕駛更加安全。下面是本設計的一些缺陷與進一步改進的一點建議：(1)本系統(tǒng)還應該進一步來研究是否可以在復雜的天氣和路況上精準的測距及報警。(2) 在本系統(tǒng)基礎上，進

21、一步開發(fā)智能導航，智能剎車等自動化系統(tǒng)，使車輛的舒適性和主動安全性得到提高。6.3設計遇到的困難及感謝語在設計的過程中，遇到過很多問題，在開始查閱資料的時候沒能把握住設計的核心，本設計其實質就是一個超聲波測距報警儀器，認清實質后便可輕松的進行設計，在設計時，對于數(shù)碼管顯示是采用動態(tài)顯示或靜態(tài)顯示猶豫了很久，后來在指導老師的引導下決定了使用動態(tài)掃描顯示的方式。由于在電路圖的設計中電路的接收和發(fā)射是分開的，所以開始時一直以分開采用超聲波探頭來進行組裝，但誤差很大，后來在查閱相關資料和指導老師的幫助下才采用了超聲波集成模塊，果然很快就調試好了。在編寫關于超聲波測距的程序時苦惱了很久，后來查閱了許多資

22、料和請教導師后順利完成了。在此感謝我的指導老師陳莉明。在整個畢業(yè)設計階段，陳莉明老師對于我設計方案的修改和確定給了很大的幫助。在實物連接時也給了我悉心的指導。在論文的修改中也以嚴謹和負責的態(tài)度，在我論文的主體框架和細節(jié)部分給了很多建議。如果沒有指導老師陳莉明老師和其他同學的幫助，完成這個設計對我來說是很難的，所以對所有幫助過我的老師和同學表示深深的感謝。 參考文獻1 閻石.數(shù)字電子技術基礎(第5 版)M高等教育出版社,2006. 2華成英,童詩白.模擬電子技術基礎(第4 版)M.高等教育出版社,2006. 5閆玉德, 等.MCS:51 單片機原理與應用:C語言版M.機械工業(yè)出版社,2004.

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24、1):138-140.14陳尚松,雷加,郭慶.電子測量與儀器M.北京:電子工業(yè)出版社,2005.15梁小流，陳炳森，梁建和. 基于89S52汽車防撞雷達系統(tǒng)設計J. 機電工程技術，2011，10(4)：4951.Bumper car reversing alarmXiao Long MaPhysical and Electronic Engineering Electronics and Information Engineering No. 11300024Abstractthe design is based onultrasonic distance measurementbased o

25、n AT89S51 single chip microcomputer,can be used for vehicleparking safety auxiliary device,the device candisplay of digital tubedriverfrom theobstaclefar,andissued a warning soundat a distance from the obstacle mustalertdistance.So the drivercan more safelyin the parking reduce theaccidents.Thedesig

26、n of the hardwarefrom the smallest single-chipsystem,an ultrasonicemitting and receiving circuit,power supply andan alarm circuit,digitaldisplay circuit.Softwareusingassembly language.keywordAT89C51 ultrasonic digital tube ranging sensor附一：源程序/*/接線：模塊TRIG接 P3.2 ECH0 接P3.3/*/ #include /器件配置文件#include

27、/按鍵聲明sbit RX = P32;sbit TX = P33;sbit S1 = P14;sbit S2 = P15;sbit S3 = P16;/蜂鳴器sbit Feng= P20;/變量聲明unsigned int time=0;unsigned int timer=0;unsigned char posit=0;unsigned long S=0;unsigned long BJS=50;/報警距離50CM/模式 0正常 模式 1調整char Mode=0;bit flag=0;unsigned char const discode =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66

28、,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40,0xff/*-*/;unsigned char const positon4=0xfd,0xfb,0xf7,0xfe;unsigned char disbuff4 =0,0,0,0;unsigned char disbuff_BJ4=0,0,0,0;/報警信息/延時100msvoid delay(void) /誤差 0us unsigned char a,b,c; for(c=10;c0;c-) for(b=38;b0;b-) for(a=130;a0;a-);/按鍵掃描void Key_()/+if(S1=0)delay();while(S1=0)P1=P1|0x0f;BJS+;if(BJS=151)BJS=0;/-else if(S2=0)delay();while(S2=0)P1=P1|0x0f;BJS-;if(BJS=0)BJS=150;/功能else if(S3=0)delay();while(S3=0)P1=P1|0x0f;Mode+;if(Mode=2)Mode=0;/*/掃描數(shù)碼管void D