基于單片機的汽車防撞報警系統(tǒng)設計

汽車業(yè)與電子業(yè)是世界工業(yè)的兩大金字塔,隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展,在現(xiàn)代汽車上,電子技術的應用越來越來廣泛,汽車電子化的程度越來越高;隨著交通術在汽車安全控制系統(tǒng)的應用主要是為了增強汽車的安全性;汽車中應用的電子技術系統(tǒng)被人們廣泛應用;在過去20~30年中,人們主要把精力集中于汽車的被動安全性方面,例如,在汽車的前部或后部安裝保險杠、在汽車外殼四周安裝某種彈性材料、在車內相關部位安裝各種形式的安全帶及安全氣囊等等2,以減輕汽車碰撞帶來的危害;安裝防撞保險杠固然能在某種程度上減輕碰撞給本車造成損壞,卻無法消除對被撞物體的傷害；此外,車上安裝的安全氣囊系統(tǒng),在發(fā)生車禍時不一定能有效地保護車內乘車人員的安全;所有這些被動安全措施都不能從根本上解決汽車在行駛中發(fā)生碰撞造成的問題;為預防撞車事故的發(fā)生,必須在提高汽車主動安全性方面下功夫;汽車發(fā)生碰撞的主要原因是由度太高;為了防止汽車與前方物體發(fā)生碰撞,汽車與前方物體之間要保持一定的距離;這樣就會大大提高汽車行駛的安全性,減少車禍的發(fā)生;發(fā)展汽車防撞技術,對提高汽車智能化水平有重要意義3;據(jù)統(tǒng)計,危險境況時,如果能給駕駛員半秒鐘的預處理時間,則可分別減少追尾事故的30%,路面相關事故的并及時提醒司機及早采取措施或自動緊急制動4,避免嚴重事故發(fā)生;汽車防撞裝置是鑒于交通事故的不可預測性和不可絕對避免性,為了減少交通事故,優(yōu)化交通秩序,利用計算機及信息技術來提高道路交通安全和效率已成為國內外研究的熱點;二十世視覺系統(tǒng)在智能車輛中起到環(huán)境探測和辨識作用10;與其他傳感器相比,機器視覺具有檢測信息量大,單純以當前的現(xiàn)實條件出發(fā)解決,容易導致系統(tǒng)實時性差11;根據(jù)計算車輛與目標的相對位移,并用自適應濾波對測量數(shù)據(jù)進行處理,以減少環(huán)境的不穩(wěn)定性造車的距離進行動態(tài)監(jiān)測14,當兩車距離小于設定值時,系統(tǒng)將發(fā)出報警信號提醒本車駕駛員;日產汽車公司使用緊急制動勸告系統(tǒng),利用先進的車距監(jiān)測系統(tǒng)對跟車距離進行來提醒駕駛員,并及時監(jiān)測駕駛員操縱駕駛踏板的踏踩狀態(tài),必要時使汽車的自動制動系統(tǒng)起作用降低車速,在最危險時刻自動制動;本田公司使用具有扇形激光束掃描的雷達傳感器15,即使車輛在彎道行駛也能檢測到本車與前方汽車或障礙物的距離降到設定值時,駕駛員仍未及時采取相應措施,便發(fā)出警告信號;三菱和日立公司在毫米波雷達防撞方面也做了大量的研究,其雷達中心頻名汽車生產廠商,其采用的雷達為調頻毫米波雷FrequencyModulationContinuous探測距離為150m,當測得的實際車間距離小于安全車間距離時,發(fā)出聲光報警信號;該系統(tǒng)已經(jīng)得到應用;美國的汽車防碰撞技術已經(jīng)相當先進,福特汽車公司開發(fā)的汽車防碰撞系統(tǒng)的工m從而可避免旁車道上目標物的影響;戴姆勒-克萊斯勒公司的防撞結構主要是兩個測距儀和一個影像系統(tǒng),她能夠測出安全距離,發(fā)現(xiàn)前方有障礙物,計算機能夠自動引發(fā)制動裝置;戴姆勒-克萊斯勒公司近距離報警如倒車雷達現(xiàn)已蓬勃地車輛上安裝使用,但國內目前生產的中遠距離測量普遍達不到要求,表現(xiàn)在最遠測距距離近,測距誤差大,遠遠不滿足高速公路的安全究;超聲波傳感器分機械方式和電氣方式兩類,它實際上是一種換能器,在發(fā)射端它把電能或機械能轉換成聲能,接收端則反之;本設計中超聲波傳感器采用電氣方式中的壓電式超聲波換能器20;它是利用壓電晶體的諧振來工作的;它有兩個壓電晶體和一個共振板21;當它的兩級外加脈沖信號其頻率等于壓電晶體的固有振蕩頻率時,壓電晶體片將會發(fā)生共振,并帶動共振板振動,產生超聲波;反之,如果兩電極間未外加電壓,當共振板接收到超聲波時,將壓迫壓電晶體片做振動,將機械能轉換為電信號,就成為超聲波接量越大,所能檢測到的距離也越遠;超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在其結構上稍有不同,使用時應看清器件上的標志23;超聲波測距的方法有很多種：如往返時間檢測法、相位檢測法、聲波幅值檢測法助空氣媒質傳播,到達測量目標或障礙物后反射回來,經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖26,其所經(jīng)歷的時間即往返時間;往返時間與超聲波傳播的路程的遠近有關27;根據(jù)測試傳輸時間可以得出距離;04K字節(jié)可編程FLASH存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz三級程序存儲器保密鎖定32條可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器6個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路AM作直到下一個硬件復位;~輸入信號用于控制LED段選;：E存的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié);而訪問內部程序存儲器時,ALE端將有可以當作一個時鐘向外輸出;更有一個特點,當訪問外部程序存儲器,ALE會EA;電路單片機AT89S51作為主控芯片,控制整個電路的運行;單片機外圍需要一個復位電至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤消復位信號;信號,以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位;該設計采用含有電阻的復位電路,復位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降電池電壓不足等引起的問題,在電源電壓瞬間下降U或操作錯誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時,為擺脫困境,可上電復位和按鍵復位兩種方法;本設計采用的是按鍵復位,當按下按鍵后,電容被短本設計中采用了12MHZ的晶體振蕩器;只要在晶體振子板極上施加交變電壓,就會使晶片產生機械變形振動,此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應;當外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時,就會發(fā)生壓電諧振,從而導致機械變形的振幅突然增大;晶體振蕩電路連接圖如圖2-3所示;第1管腳：VSS為電源地,接GND;第2管腳：VDD接5V正電源;第3管腳：VL為液晶顯示器對比度調整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高,對比度過高時會產生“鬼影”,使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度;第4管腳：RS為寄存器選擇,高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器;第5管腳：RW為讀寫信號線,高電平時進行讀操作,低電平時進行寫操作;當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址,當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號,當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù);第6管腳：E端為使能端,當E端由高電平跳變成低電平時,液晶模塊執(zhí)行命令;第7~14管腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線;第15管腳：BLA背光電源正極+5V輸入引腳;注意：液晶模塊背光須消耗電流約為50mA左右,S51增強型實驗板上設計了DIP微動開關來控制背光的開關,如右圖所示,當實驗板上的DIP開關第3位撥打到ON狀態(tài)時,液晶背光顯示,撥到OFF狀態(tài)時,背光關閉;M和日文假名等,每一個字符都有一個固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是看到字母“A”LEDLED常用的有兩類：數(shù)碼管管腳,每一段有一根管腳;其中P為小數(shù)點;數(shù)碼管常用的有另外兩根管腳為一個數(shù)碼管數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件,它是由若干個發(fā)光二極管組成的;當發(fā)光二極管導通時,相應的一個點或一個筆畫發(fā)亮,控制不同組合的二極管導通,就能顯示出極為高電平時,發(fā)光二極管點亮,相應的段被顯示;同樣,共陽極LED顯示管的發(fā)光二極管的陽極接在一起,通常此共陽極接正電時,發(fā)光二極管被點亮,相應的段被顯示;本次設計LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同,根據(jù)材料不同正向壓降一般為—2V,額定電管管腳值dp01b0a0f0e0d0c0g23456700000000000000000000000000000089ABCDEF000000000000000000000000000000000000000000高速CMOS--六反相器.對稱的傳輸延遲和轉換時間相對于LSTTL邏輯IC,功耗減少很多兼容直接輸入LSTTL邏輯信號,VIL=Max,VIH=2VMin兼容CMOS邏輯輸入,1μAatVOL,VOH如圖2-4所示;TY VV4A4Y24增益越高;但取值過大時將造成頻率響應變差,為10uF;采用峰值檢波方式檢波電容為前置放大器限幅放大通帶濾波峰值濾波前置放大器限幅放大通帶濾波4784輸出R輸出DD制及數(shù)據(jù)處理功能與超聲波的測距技術相結合,可檢測汽車運行中與前方障礙物的距本設計中將電路分為以下幾個主要的組成部分,分別是超聲波發(fā)射,超聲波接收,溫量,顯示和報警,電源等硬件電路部分以及相應的軟件部分構成;系統(tǒng)框圖如圖3-1發(fā)射電路接收電路顯示電路報警電路路單片機外測溫電路超聲波發(fā)射換能器超聲波接收換能器障礙物整個系統(tǒng)由單片機AT89S512控制,超聲波傳感器采用收發(fā)分體式,分別是一支超聲波發(fā)射換能器和一支超聲波接收換能器;超聲波信號通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)射到空氣中,遇被測物反射后回聲波被超聲波接收換能器接收;進行相關處理后,輸入單片機INTO超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器能向外界發(fā)出40KHZ左右的方波脈S發(fā)射距離足夠遠,滿足測量距離要求,最后送給超聲波發(fā)射換能器以聲波形式發(fā)射到空氣中;發(fā)射部分的電路如圖3-2所示;圖中輸出自由振蕩的時間;超聲波換能器發(fā)射的超聲波信號在空氣中傳播遇到障礙物就會返回,超聲波接收模塊是為了將反射回波順利接收到超聲波接收換能器進行轉換成電信號,并對此電信超聲波接受換能器將得到的一個負脈沖送給單片機的INT0引腳,便產生一個中斷;接到輸出端7由于聲音的速度在不同的溫度下有所不同;為提高系統(tǒng)的精確度,本設計采用了溫感器DS18B20;其具有精度高、智能化、體積小、線路簡單等特點;將單片機的口與1VDD和共陽數(shù)碼管,本系統(tǒng)中使用共陰數(shù)碼管,其工作原理為：公共端接地低電位,然后給原理：~口為高電平時,三極管截止,S1~S4為低電平,數(shù)碼管位選通；~口為低電平時,三極管導通,S1~S4為高電平,對~口賦予高電位或低電位可以選擇不同位的數(shù)碼;可實現(xiàn)對電源的檢測作用,方便及率;儀表板上有指示燈指示車輛與障礙物的距離,在車輛與障礙物十分接近時有指示燈和聲音報警;本設計中采用一個蜂鳴器,由輸出一定頻率的信號,在連接到蜂鳴器之前經(jīng)過一個三通過對整個系統(tǒng)各個模塊的設計,由此可以基本確定本次系統(tǒng)設計的總體電路的上電開始上電開始超聲波測距是顯示報警L<=80cm無復位否數(shù)碼管顯示電結束的程進入新一輪測試;初始化NYT超聲波脈沖YN調用測溫子程序補償聲速調用距離計算子程序距離小于預設值Y調用揚聲器報警子程調用子程序顯示距離并延時清回波接收成功標志位NY第一步,通電觀察;將電路通電觀察有無異?，F(xiàn)象,例如有無器件冒煙現(xiàn)象,有無異常氣味,手摸集成電路外封裝,是否發(fā)燙等;如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象,應立即關斷電源,待排除故障后再通電;第二步,靜態(tài)調試;將信號輸入端加固定的電平信號后進行的直流測試,可用萬用表測出電路中各點的電位,通過和理論估算值比較,結合電路原理的分析,判斷電路直流工作狀態(tài)是否正常,及時發(fā)現(xiàn)電路中已損壞或處于臨界工作狀態(tài)的元器件;通過更換器件或調整電路參數(shù),使電路直流工作狀態(tài)符合設計要求;第三步,動態(tài)調試;動態(tài)調試是在靜態(tài)調試的基礎上進行的,在電路的輸入端加入合適的信號,按信號的流向,用示波器順序檢測各測試點的輸出信號,若發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象,應分析其原因,并排除故障,再進行調試,直到滿足要求;所謂軟件調試,是將編制的程序投入實際運行前,用手工或編譯程序等方法進行測試,修正語法錯誤和邏輯錯誤的過程;這是保證單片機正確運行的必不可少的步驟;編完單片機程序,必須送入單片機中測試;我把軟件調試過程分為兩步：第一步,使用軟件調試程序;將編輯好的匯編語言程序進行編譯連接,消除基本的語法錯誤,再通過軟件自帶的調試工具進行必要的程序調試;第二步,聯(lián)系程序的實際運行情況調試程序;此步主要是消除程序中的邏輯錯誤,因為在編輯程序時在邏輯思維上可能會出現(xiàn)漏洞導致操作時出錯;我們將編輯好的匯找邏輯上的錯誤,不斷的修改程序,最終達到了預先設定的操作步驟及顯示格式等多方為了保證實際制作出來的汽車防撞報警系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運行,我們對各個功protus仿真測試;但實際制作出的電路和理論又會在本電路的調試中,如果一直發(fā)射超聲波,在7腳將會有周期的低電平產生;不會常見錯誤;只要通過單片機來來計算發(fā)射信號時到收到信號是產生下降沿這段時間的長度,再通過數(shù)學計算,轉化為距離,然后在顯示器上顯示;內仍然會發(fā)送,故這段時間內不可立即開啟INT0接收回波,要等待一段時間后,免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測物就直接繞射到接收端;4、最大測試距離將取決于：兩次脈沖發(fā)送之間的最小時間間隔和脈沖的能量;一般來說發(fā)射端脈沖個數(shù)越多,能量越大,所能測的距離也越遠;但也不是無限制的;本設計中讀取定時器T0結論作穩(wěn)定,能滿足一般近距離測距的要求,且成本較低、有良好的性價比、設計中在超聲廣泛應用于小距離測量;通過試驗驗證該設計系統(tǒng)靈活方便,工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強,精確度高,能夠有效的防止小車碰撞前面的障礙物;超聲波換向器能很好的接收和發(fā)射信號,很大程度圍實物的干擾性,提高抗干擾性;得到了預期的效果;：響這條指令;致謝本論文是在我的指導老師李艷輝老師的親切關懷與細心指導下完成的;從課題的選擇到論文的最終完成,李老師始終都給予了細心的指導和不懈的支持;在他的身上,我們可以感受到一個學者的嚴謹和務實,這些都讓我們獲益菲淺,并且將終生受用無窮;畢竟“經(jīng)師易得,人師難求”,希望借此機會向李老師表示最衷心的感謝此外,本文最終得以順利完成,也是電氣信息工程學院其他老師的幫助分不開的,雖然他們沒有直接參與我的論文指導,但在開題時也給我提供了不少的意見,提出了一系列可行性的建議,在此向他們表示深深的感謝最后要感謝的是我的父母,在未來的日子里,我會更加努力的學習和工作,不辜負父母對我的殷殷期望我一定會好好孝敬和報答他們22Bickford,.,AnIntroductiontotheDesignandBehaviorof