基于單片機(jī)的車距檢測(cè)與防撞系統(tǒng)

1、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯科技作品展示學(xué)院專業(yè)信息: 物理與電氣工程學(xué)院電子信息專業(yè)參賽人員信息: 、作品參賽形式: 科研實(shí)物學(xué)校指導(dǎo)老師姓名：老師 作品基本信息參賽作品題目:基于單片機(jī)的車距檢測(cè)與防撞系統(tǒng)第一章 課題背景 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的第三章 超聲波的簡(jiǎn)介第四章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)第一章 課題背景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高，汽車工業(yè)的發(fā)展取得了舉世矚目的成就，中國(guó)已然成為汽車生產(chǎn)消費(fèi)的大國(guó)，汽車的安全駕駛越發(fā)引起消費(fèi)者的注意。隨著汽車工業(yè)的不斷進(jìn)步，形式在道路上的車輛越來(lái)越多，現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快使得交通 事故發(fā)生的頻率也不斷增加。為提高汽車運(yùn)行的安全性和碰撞發(fā)生的可能，特提出以單片機(jī)為核

2、心的超聲波測(cè)距和防撞系統(tǒng)，從而防止交通事故的發(fā)生。返回目錄第二章第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求設(shè)計(jì)的基本要求： 快速自動(dòng)報(bào)警功能： 當(dāng)超聲波傳感器檢測(cè)到汽車后方障礙物與汽車的距離小于安全值時(shí)，系統(tǒng)能快速進(jìn)行聲光報(bào)警； 準(zhǔn)確地向終端報(bào)警： 能夠及時(shí)并準(zhǔn)確地向司機(jī)進(jìn)行報(bào)警，快速地實(shí)現(xiàn)安全檢測(cè)； 實(shí)時(shí)檢測(cè)功能： 監(jiān)測(cè)模塊能實(shí)時(shí)采集汽車與后方障礙物距離的變化，將這些數(shù)據(jù)定時(shí)傳送給單片機(jī)，有利于及時(shí)了解當(dāng)前所處情況是否處于安全環(huán)境之下。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路 該系統(tǒng)分為監(jiān)測(cè)部分與終端接收部分。監(jiān)測(cè)部分： 通過(guò)超聲波系統(tǒng)對(duì)碰到的障礙物進(jìn)行檢測(cè)，再通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)

3、進(jìn)行處理，保證在終端能準(zhǔn)確地接收信息，蜂鳴器同時(shí)工作；終端接收部分： 終端通過(guò)單片機(jī)分析接收的相關(guān)信息，在LED上顯示與障礙物的距離。2.3 方案論證超聲波測(cè)距原理： 在利用單片機(jī)設(shè)計(jì)汽車測(cè)距與防撞系統(tǒng)中，采用的是超聲波測(cè)距技術(shù)。在實(shí)際操作中，汽車需要通過(guò)發(fā)送模塊將超聲波發(fā)送出去，當(dāng)車子前方遇到障礙物時(shí)，超聲波被阻擋反射折回，再通過(guò)接收模塊進(jìn)行信號(hào)接收。超聲波測(cè)量的思想就是通過(guò)超聲波發(fā)射出去到接收到反射回波的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算距離。發(fā)送模塊接收模塊接收模塊l方案1：采用P3.2口接Echo，可以利用它制作超聲波檢測(cè)接受電路，且電路簡(jiǎn)單，靈敏度高，還有較強(qiáng)的抗干擾能力。l方案2：采用uA741構(gòu)成兩

4、級(jí)放大電路，這是專用運(yùn)算放大器，高增益，增益帶寬積大，抗干擾能力強(qiáng)，可測(cè)距離遠(yuǎn)，精度高。 經(jīng)論證比較，雖然方案2相對(duì)方案1可測(cè)的更遠(yuǎn)，但方案1已可滿足項(xiàng)目功能的要求，且方案1電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便調(diào)試，故采用方案1。 返回目錄發(fā)送模塊發(fā)送模塊 方案1：采用壓電式超聲波換能器。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的； 方案2：采用單片機(jī)的P1.0口接Trig（接收端）。這種電路可以提高超聲波發(fā)射強(qiáng)度，且電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高。 方案3：?jiǎn)坞娫匆翌惢パa(bǔ)對(duì)稱功率放大電路和UCM40T發(fā)射器。利用單電源乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大大路驅(qū)動(dòng)發(fā)射器。 經(jīng)論證比較，三種方案差距不大，但鑒于用電路簡(jiǎn)單，故選擇方案2。

5、第三章 超聲波的簡(jiǎn)介 超聲波的特點(diǎn)及應(yīng)用返回目錄 超聲波具有方向性好、在介質(zhì)中能量消耗緩慢等特點(diǎn)，因而可用于距離測(cè)定。超聲波傳感器是實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的裝置，又稱為超聲波換能器或者超聲波探頭。它是在超聲頻率的范圍內(nèi)將交變的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件。 考慮到實(shí)際情況，利用超聲波測(cè)距時(shí)，選用頻率為40KHz的超聲波。采用異地反射式來(lái)測(cè)距，即所測(cè)距離是聲波傳輸距離的一半。測(cè)量發(fā)射和接收回波的時(shí)間差T,在聲速V已知的情況下求出距離S。距離的計(jì)算公式如下： S=(VS=(V* *T)/2T)/2 第四章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 4.14.1 超聲波系統(tǒng)主流程圖 4.2 4.2 復(fù)位電路 4.3 4.3 顯示

6、電路 4.4 4.4 超聲波發(fā)送與接收模塊 4.5 4.5 報(bào)警模塊返回目錄4.1.1 超聲波系統(tǒng)主流程圖圖1 主程序流程圖圖2 按鍵中斷處理流程圖4.1.2 超聲波硬件設(shè)計(jì)與軟件編程綜合考慮，1.控制模塊采用單片機(jī)AT89S51控制；2.顯示模塊采用液晶顯示器LED數(shù)碼管顯示；3.報(bào)警模塊采用蜂鳴器。單片機(jī)AT89S51發(fā)送模塊接收模塊報(bào)警模塊數(shù)碼管顯示 其系統(tǒng)框圖如下所示：圖3 超聲波系統(tǒng)框圖返回第四章4.2 復(fù)位電路 單片機(jī)外圍需要一個(gè)復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號(hào)。該設(shè)計(jì)采用含有電阻的復(fù)位電路，復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩

7、慢下降（電池電壓不足）等引起的問(wèn)題，在電源電壓瞬間下降時(shí)可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)圖如右圖所示：如圖4 復(fù)位電路返回第四章4.3 顯示電路 顯示電路采用的是共陽(yáng)極8位數(shù)碼管，該顯示器與驅(qū)動(dòng)電路相連用于控制LED的顯示。為使LED顯示，只需在S1，S2，S3，S4依次置為低電平信號(hào)，再給LED延時(shí)一段很小的時(shí)間，使數(shù)碼管分別顯示，由于人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，數(shù)碼管就像同時(shí)顯示一樣。 LED顯示電路如圖所示：如圖5 LED顯示電路返回第四章4.4 超聲波發(fā)送與接收模塊 超聲波發(fā)送模塊： 主程序首先對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)計(jì)數(shù)器模

8、式，設(shè)置總中斷允許為EA，顯示器接P0口，P2接蜂鳴器。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個(gè)超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲0.1ms秒后（這是測(cè)距器會(huì)有一個(gè)最小可測(cè)距的原因），才打開(kāi)外中斷0接受返回的超聲波信號(hào)。 由于采用12MHZ的晶振，機(jī)器周期為1us，當(dāng)主程序檢測(cè)到接受成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間），按下式計(jì)算即可得到被測(cè)物體與測(cè)距儀之間的距離，設(shè)計(jì)時(shí)取聲速為0.0347cm/um,則S=(V*T0)/2(V為聲速，T0為聲波來(lái)回傳輸?shù)臅r(shí)間)，然后再用超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量。具體電路實(shí)現(xiàn)如下圖所示：如圖6 超聲波發(fā)送模塊 超聲波接收模塊： 超聲波發(fā)送子程序和超聲波接收中斷程序。 超聲波發(fā)送子程序是通過(guò)P1.0端口發(fā)送4個(gè)左右的超聲波信號(hào)頻率約為40KHZ的方波，同時(shí)把計(jì)數(shù)器T0打開(kāi)并進(jìn)行計(jì)時(shí)。 超聲波測(cè)距離主程序利用外部中斷0檢測(cè)返回超聲波信號(hào)，一旦接受到返回超聲波信號(hào)（INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷程序后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測(cè)距成功標(biāo)志子賦值1。 具體電路實(shí)現(xiàn)如下圖所示：如圖7 超聲波接收模塊返回第四章4.5 報(bào)警模塊 P2P2口接蜂鳴器，當(dāng)小車離障礙物的距離小于8.6cm時(shí)，置P2.0P2.0為低電平，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警；當(dāng)小車距離障礙物的距離大于8.6 cm時(shí)