汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 明 德 學(xué) 院 單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 院 系： 明德學(xué)院機(jī)電系 年 級： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 題 目： 汽車倒車?yán)走_(dá) 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：明德學(xué)院機(jī)電系 學(xué) 號學(xué)生姓名安紅遠(yuǎn)專業(yè)班級機(jī)自11151課程設(shè)計(jì)（論文）題目汽車倒車?yán)走_(dá)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的功能、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能倒車?yán)走_(dá)又稱為泊車輔助系統(tǒng)，是車輛泊車時(shí)的安全輔助裝置。倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)能夠在泊車時(shí)以聲音和指示圖形或視頻影像等方式向駕駛員反映車輛后方的環(huán)境狀況，解除視覺死角中的潛在威脅，提高車輛泊車的安全性。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、分析系統(tǒng)功能，選擇單片機(jī)、傳感器和功能模塊；2、

2、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路圖；3、編寫相應(yīng)的軟件，完成控制系統(tǒng)的控制要求；4、上機(jī)調(diào)試、完善程序；5、按學(xué)校規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)：略進(jìn)度計(jì)劃1、 布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)的組成（1天）2、 硬件設(shè)計(jì)（2天）3、 按系統(tǒng)的控制要求，完成軟件設(shè)計(jì)（2天）4、 上機(jī)調(diào)試、修改程序（2天）5、 撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（2天）6、答辯（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算緒論現(xiàn)如今隨著人們生活水平的提高，汽車已成為了人們出行的首選交通工具，據(jù)統(tǒng)

3、計(jì)每年我國乃至全世界的汽車數(shù)量都在大幅增長，這很大程度上提高了人們的生活水平，促進(jìn)了汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但另一方面，由此引發(fā)的交通事故也越來越頻繁，特別是汽車倒車時(shí)由于其可視性不足造成的生命財(cái)產(chǎn)損失更嚴(yán)重。所以近年來研究汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)成為了一大熱門課題。倒車?yán)走_(dá)又稱為泊車輔助系統(tǒng)，是車輛泊車時(shí)的安全輔助裝置。倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)能夠在泊車時(shí)以聲音和指示圖形或視頻影像等方式向駕駛員反映車輛后方的環(huán)境狀況，解除視覺死角中的潛在威脅，提高車輛泊車的安全性。目前倒車?yán)走_(dá)的應(yīng)用十分廣泛，絕大多數(shù)車輛都已經(jīng)將倒車?yán)走_(dá)作為必不可少的標(biāo)準(zhǔn)配件。倒車?yán)走_(dá)的運(yùn)用可極大地減輕駕駛者的體力和腦力勞動(dòng)強(qiáng)度，降低倒車難度，避免因駕

4、駛員因方向感不強(qiáng)或判斷和操作失誤而引起的事故，同時(shí)它將對最終實(shí)現(xiàn)無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。汽車倒車?yán)走_(dá)是為了避免汽車倒車過程中發(fā)生碰撞，設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)AT89C51的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，介紹了超聲波測距的基本原理，闡述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。倒車距離用LED數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示，為倒車的安全性，設(shè)計(jì)了報(bào)警電路，當(dāng)測出汽車尾部距離障礙物的距離小于一定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，提示司機(jī)注意安全。經(jīng)驗(yàn)證，該系統(tǒng)在10500CM時(shí)具有很高的精度，且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性極高，實(shí)用性也很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)大多采用超聲波測距原理，通過超聲波測距裝置測取車輛后方的障礙物距離，以此為依據(jù)來判斷泊車環(huán)境

5、。超聲波測距具有能量消耗緩慢和傳播距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，且不易受光線,煙霧和電磁等干擾的影響，可以再各類天氣下使用。并且利用超聲波測距原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低廉，可靠性也好，因而廣泛應(yīng)用于各類倒車?yán)走_(dá)中。目 錄一.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求61.1 設(shè)計(jì)題目61.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容6 1.3設(shè)計(jì)要求.6二.系統(tǒng)組成及工作原理分析72.1 系統(tǒng)組成7圖21 系統(tǒng)組成72.2 工作原理7三. 硬件電路方案設(shè)計(jì)及分析83.1 方案一93.2 方案二10四. 軟件電路方案設(shè)計(jì)及分析124.1 方案一124.2 方案二134.3方案比較：13五. 實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測試結(jié)果分析14六. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論16參考文獻(xiàn)17附錄一18附錄二19附錄

6、三201. 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.1設(shè)計(jì)題目 題目：汽車倒車?yán)走_(dá)1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)功能：1.通過鍵盤控制系統(tǒng)的發(fā)射； 2.顯示障礙物離汽車的距離； 3.距離小于指定值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。1.3設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)并制作簡易汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，其中需要通過鍵盤控制系統(tǒng)的進(jìn)行發(fā)射，其次通過數(shù)碼管顯示障礙物離汽車的距離，再次根據(jù)顯示距離，系統(tǒng)進(jìn)行自我檢測，若距離小于指定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，若距離大于指定值時(shí)，系統(tǒng)不報(bào)警，正常運(yùn)轉(zhuǎn)。二. 系統(tǒng)組成及工作原理分析2.1 系統(tǒng)組成汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)生器，超聲波接收器，單片機(jī)系統(tǒng)，數(shù)碼管顯示器和報(bào)警電路組成。其組成框圖如下：放大電路超聲波發(fā)射器

7、2定時(shí)器數(shù)碼管顯示單片機(jī)系統(tǒng)檢波電路放大電路超聲波接收器 圖21 系統(tǒng)組成2.2 工作原理 超聲波模塊分機(jī)械方式和電氣方式兩類，它實(shí)際上是一種換能器，在發(fā)射端它把電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成聲能，接收端則反之。本次設(shè)計(jì)超聲傳感器采用電氣方式中的壓電式超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波。 發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v 在空氣中傳播，在到達(dá)被測物體時(shí)被反射返回，由接收器接收，其往返時(shí)間為t.由公式：測出的距離 L （m） = 常溫下的聲速340 （m/s）&#

8、215; 感應(yīng)時(shí)間t （s） / 2，算出被測物體的距離。通過單片機(jī)P2.0口控制超聲波的發(fā)射，同時(shí)打開定時(shí)器，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。超聲波接收器接收到信號經(jīng)過放濾波后返回給單片機(jī)P3.2口，觸發(fā)單片機(jī)外部中斷0，通過程序取出此刻定時(shí)器的數(shù)值即為超聲波在空中的傳輸時(shí)間。其時(shí)序圖如下：圖22 工作時(shí)序圖三.硬件電路方案設(shè)計(jì)及分析硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機(jī)采用STC89C51 或其兼容系列。采用12 MHz 高準(zhǔn)確度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P2.4 端口輸出超聲波換能器所需的40 kHz 的方波信號，利用外中斷

9、0 口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路：通過四位數(shù)碼管來顯示當(dāng)前測出的距離，可以精確到毫米。為節(jié)省單片機(jī)寶貴的IO資源，顯示電路共用P0口，所以應(yīng)用鎖存器來鎖存數(shù)碼管段選和位選數(shù)據(jù)，鎖存器選用74HC573,因單片機(jī)P0口驅(qū)動(dòng)電流較小，所以還要利用上拉電阻來提高其驅(qū)動(dòng)能力，顯示電路如下圖所示： 圖3-1 顯示電路 復(fù)位電路： 報(bào)警電路： 圖3-2 復(fù)位電路 圖3-3 報(bào)警電路 3.1 方案一超聲波發(fā)射電路原理如下圖所示。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力。上位電阻R10、R11 一方面可以提高反向器74LS04 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮

10、短其自由振蕩時(shí)間。圖3-3 超聲波發(fā)射電路3.2 方案二超聲波發(fā)射電路： 電路原理如下圖所示：其特點(diǎn)是40KHZ的方波要由單片機(jī)生成并且加入了發(fā)射電路的使能端，由P1.1控制使能，這樣可以有效降低干擾。圖3-4 超聲波發(fā)射電路超聲波接收電路：其原理如下圖所示:由于接收到的超聲波信號十分微弱，且干擾很大，所以接收電路要求很大的放大倍數(shù)，且應(yīng)有濾波電路。從圖可知超聲波由接收頭接收后先經(jīng)過一級濾波，可以消除直流和低頻干擾。隨后經(jīng)過多級放大，其中每級放大電路又通過電容耦合，進(jìn)一步消除干擾。該電路還帶有指示燈，若接收到超聲波回波后LED會(huì)點(diǎn)亮。圖3-5 超聲波接收電路 四.軟件電路方案設(shè)計(jì)及分析系統(tǒng)軟件

11、設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)、T0 中斷服務(wù)子程序、外部中斷服務(wù)子程序、距離計(jì)算子程序、數(shù)碼管顯示子程序設(shè)計(jì)等。其程序有以下兩種方案：4.1 方案一 該方案通過單片機(jī)P2.0口控制超聲波的發(fā)射，利用外部中斷0來監(jiān)視回波信號，當(dāng)接收到回波信號時(shí)，進(jìn)入中斷程序并計(jì)算出車尾距障礙物的距離，再通過過數(shù)碼管顯示出來。其流程圖如下：圖41 流程圖14.2 方案二該方案有兩種測量模式可供選擇，即自動(dòng)測量和手動(dòng)測量模式。系統(tǒng)啟動(dòng)后先進(jìn)行模式選擇，長按進(jìn)入自動(dòng)測量，短按則進(jìn)入手動(dòng)測量。其流程圖如下：圖42 流程圖24.3方案比較：上述兩種方案的最大區(qū)別是第二種方案增加了自動(dòng)測量方式，而第一種方案只有手

12、動(dòng)測量，即通過鍵盤來控制超聲波的發(fā)射。所以第二種方案更具人性化，更方便操作，本次設(shè)計(jì)即采用第二種方案。五.實(shí)驗(yàn)調(diào)試及測試結(jié)果分析在確定了電路、領(lǐng)好元器件之后，首先對電路進(jìn)行了布局。采取的方法是分塊焊接電路，即將超聲波模塊分解為發(fā)射部分和接收部分。焊接完成后，下載程序至單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)有如下問題：1、數(shù)碼管不顯示距離，經(jīng)過調(diào)試后發(fā)現(xiàn)程序不能進(jìn)入中斷程序；2、經(jīng)修改后，數(shù)碼管可以顯示距離，但是只能精確到厘米。原因是程序結(jié)構(gòu)有問題，即發(fā)射超聲波后未立即開啟定時(shí)器；3、程序增加手動(dòng)和自動(dòng)測量兩種測量模式后，通過按鍵選擇測量模式系統(tǒng)沒有給出提示，不方便操作。相應(yīng)的解決方法如下：1、修改調(diào)試程序使程序

13、能正常進(jìn)入中斷；2、重新調(diào)整程序結(jié)構(gòu)，使其更加精簡；3、硬件增加發(fā)光二極管，程序中加入相應(yīng)的代碼，使用戶在選擇模式后系統(tǒng)能給出提示，更加人性化。六.實(shí)驗(yàn)結(jié)論這是一次比較系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，是一次將理論與實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)踐。其中包括了電路的設(shè)計(jì)，資料的查找，分析問題解決問題的能力，甚至還是對焊接技術(shù)及審美觀念的一個(gè)考驗(yàn)。如果不能以一種認(rèn)真的態(tài)度去面對這次實(shí)踐，而只是簡簡單單的在書本之中尋找到一個(gè)電路圖，并將其簡單的焊接起來。那就失去了本次電子課設(shè)的意義了。已經(jīng)選擇了電子信息工程這一個(gè)專業(yè)，那就沒有任何的理由不去提高自己的動(dòng)手能力了。 如今世界上的電子產(chǎn)品已不是單純的硬件組成了，大部分都是由軟硬件組成，

14、軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行，硬件則是構(gòu)成電路的基礎(chǔ)。就如本次設(shè)計(jì)的汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，硬件電路要具備超聲波的收發(fā)，顯示，報(bào)警等功能，而軟件則將這些模塊聯(lián)系起來，從而組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。所以我們要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，即使是個(gè)簡單系統(tǒng)，我們應(yīng)該從整個(gè)設(shè)計(jì)出發(fā)，將其分解成各個(gè)功能模塊，最后再將這些功能模塊組合起來構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，這樣可以簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因?yàn)槿魏坞娐返脑O(shè)計(jì)都不是只存在一個(gè)電路。它是有各個(gè)小模塊組成的，因而在電路的設(shè)計(jì)中就必須注意將電路模塊化。這樣才能有針對性的將問題解決。如果我們不將電路模塊化，而只是一個(gè)勁的將電路焊接好來。只怕當(dāng)我們焊接完檢查電路之時(shí)，我們自己都不知道從何處下手。同時(shí)，電路的焊接或

15、多或少的存在一些問題，很少在焊接完成的時(shí)候，電路不存在任何的問題。在遇到問題時(shí)們要做的是去分析問題解決問題，而不是氣憤，埋怨。 參考文獻(xiàn)【1】張友德.單片機(jī)微機(jī)原理. 上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2006.【2】 蔡美琴.MCS-51 系列單片機(jī)系統(tǒng)及其運(yùn)用. 北京：高等教育出版社，2004. 【3】 王質(zhì)樸.MC5-51 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.【4】李全利.單片機(jī)接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出本社，2005.【5】李群芳.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù).北京：高等教育出版社，2001.附錄一 元 件 清 單 序 號 元 件 名 稱 元 件 型 號 數(shù) 量 單 位 備 注

16、1 單片機(jī) AT89C51 1 個(gè) 2 非門芯片 CD4069 1 個(gè) 3 放大器 LM324 1 個(gè) 4 芯片插槽 14腳插槽 2 個(gè) 5 紅外線 發(fā)射探頭 T 1 個(gè) 6 紅外線 接受探頭 R 1 個(gè) 7發(fā)光二極管 紅色LED 1 個(gè) 8 三極管 S8050 1 個(gè) 9 電 容 0.1uf 1 只10 電 容 0.01uf 1 只11 電 容 100nf 1 只12 電 容 1nf 1 只13 電 阻 100K 3 只14 電 阻 10K 2 只15 電 阻 1K 3 只16 電 阻 100 3 只附錄三#include <reg52.h> #define uchar unsi

17、gned char#define uint unsigned int#define alarmdistance 120int time;uchar succeed_flag;uchar timeL;uchar timeH;sbit Trig=P20;/輸出口sbit Echo=P32;/輸入口sbit dula=P26;/段選鎖存信號sbit wela=P27;/位選鎖存信號sbit dp=P07;/小數(shù)點(diǎn)sbit key=P37;/按鍵選擇sbit beer=P23;/蜂鳴器uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x

18、7f, 0x6f; /數(shù)碼管09uint distance;void delay(uint z)/延時(shí)程序 uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);void delay_20us()/ 維持發(fā)射端高電平20us uchar a ; for(a=0;a<100;a+); void alarm()/報(bào)警程序beer=0;P1=0x0f;delay(100);beer=1;P1=0xf0;delay(100);void display(uint y) /四位一體數(shù)碼管顯示程序P0=0xff;wela=1;P0=0xfe;wela=0;

19、P0=0x00;dula=1;P0=tabley/1000;dp=1;dula=0;delay(3);P0=0xff;wela=1;P0=0xfd;wela=0;P0=0x00;dula=1;P0=tabley%1000/100;dula=0;delay(3);P0=0xff;wela=1;P0=0xfb;wela=0;P0=0x00;dula=1;P0=tabley%100/10;dula=0;delay(3);P0=0xff;wela=1;P0=0xf7;wela=0;P0=0x00;dula=1;P0=tabley%10;dula=0;delay(1);void init() /測距程序的初始化 Trig=1; delay_20us(); Trig=0; while(Echo=0); succeed_flag=0; EA=1; EX0=1; TH1=0; TL1=0; TF1=0; TR1=1; while(Echo=1);void automes() /自動(dòng)測量程序 while(1) init(); if(s