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毕业设计(论文)基于单片机的车载防撞报警器基于单片机的车载防撞报警器摘 要超声波的测距由于在使用的时候不受光照度、电磁场与色彩等因素影响,再加上超声波传感器的结构简单,成本低廉,并且以声速传播,便于检测与计算,在机器人的避障、汽车倒车、测量等许多方面都已有了非常广泛的应用。本文是基于 STC89C51 单片机为核心的车载防撞报警器的设计,分析了汽车倒车防撞系统的基本的设计原理。主要是利用了超声波的特点与优势,还将超声波的测距系统与STC89C51 单片机结合于一体。该系统采用软、硬件结合的方式,硬件部分主要是由单片机硬件接口电路与超声波发射电路、超声波接收电路与数码管显示电路、电源电路与报警电路组成的,软件部分主要是由主程序和超声波发射接收中断程序、距离计算子程序和显示报警子程序等部分组成的具有模块化与多用化的特点。驾驶者只需要坐在汽车驾驶室就可以做到心里有数,极大地提高泊车和倒车的时候安全性与效率。关键词:单片机;防撞报警;超声波;III目 录1 绪论 .11.1 项目背景 .11.2 项目的主要任务 .32 超声波测距方法与原理 .92.1 超声波测距方法 .92.1.1 方法种类介绍和说明 .92.2 超声波测距原理与超声波传感器 .102.2.1 超声波测距原理 .102.2.2 超声波传感器 .113 系统电路设计 .163.1 电路设计 .163.1.1 发射与接收电路设计方案 .163.1.2 显示电路设计方案 .173.1.3 报警电路设计方案 .193.1.4 系统复位电路设计 .203.2 电路调试及性能分析 .223.2.1 元器件的焊接 .223.2.2 电路调试与分析 .224 系统硬件与软件设计 .234.1 硬件与软件设计 .234.1.1 硬件设计 .234.1.2 软件设计 .255 系统误差分析与改进 .285.1 误差产生原因分析 .285.1.1 温度对超声波声速的影响 .285.1.2 回波检测对于时间测量的影响 .285.1.3 超声传感器所附加脉冲电压对测量范围与精度影响 .29III5.2 针对误差产生原因的系统改进方案 .296 结论 .31致 谢 .32参考文献 .33附 录一 系统原理图 .34附 录二 控制主板 .35附 录三 电路图 .36附 录四 小车内部整体图 .37附 录五 小车底座电源图 .38附 录六 模型图 .3901 绪论1.1 项目背景现代社会的汽车工业飞速发展,拥有私家轿车的人越来越多,带来的交通问题也日益严重。其中安全倒车是驾车技术水平不高或没有安全意识的开车人士最为担心的交通问题之一,如果稍不留神不仅会给自己或别人带来财产损失,还会造成激烈的争吵与纠纷,甚至也威胁到了驾驶员的生命安全。面对这样的情况与问题,倒车防撞报警器就被人们设计出来, 依据声源或以直观的显示提醒驾驶员周围障碍物的分布情况,解决了驾驶员倒车和启动轿车时前后左右探视所引起的问题,并帮助驾驶员扫除了视觉死角和视野模糊的不足,提高了倒车安全性。在过去年间,人们对汽车电子技术应用到汽车上的研究只是在被动安全性方面。如:安装防撞保险杠,安装安全气囊系统等等。安装防撞保险杠或许可以减轻碰撞对汽车的损害,但是却难抵消被撞物的伤害,这样给人们财产安全带来威胁。安装汽车安全气囊还不一定有效全面地保护乘务员的安全。因此,对于汽车的主动安全性方面的社会需求越来越多,如果能在每场汽车事故的预防上能取得效果,那么在汽车安全领域又得到新发展、新突破。经过多年的发展,倒车雷达系统历经了六代技术改进,无论从结构外观设计上还是性价比上,这六代产品都具有各自的特点 1。第一代:倒车时通过人工智能声呐提醒。现在这样的倒车雷达只有小部分卡车与泥头车使用。司机只要挂倒车档,人工智能声呐就会响起,告知周围的人注意。某种意义上说,这样对司机毫无直接的帮助,这不是真正的倒车雷达系统,单纯地告知路人小心。该类产品价格低廉,但基本是淘汰的产品。 第二代:使用蜂鸣器产生多种声音来告知驾驶员。在倒车时,蜂鸣器会发出“嘀、嘀、嘀”的响声,这便是倒车雷达真正的开始。如果倒车时车后一定距离内存在障碍物,蜂鸣器马上工作,蜂鸣声音越急,代表车辆离障碍物越近。因为蜂鸣器没有语音提示与距离显示,即使司机知道存在障碍物,也不能确定障碍物到底离车体有多远,所以对驾驶员帮助作用不大。第三代:数码波段显示倒车系统。这代产品相对于前系带比较,有显示车后障碍物离车辆距离的能力。显示车后障碍物与车辆两者距离方式有两种:一是数字显示方式;这种方式通过使用 LED 显示车辆与障碍物两者距离;二是用颜色来区别:绿色表示安全距离,黄色表示警告距离,红色表示危险距离。第三代的倒车雷达系统就比较先进了,但缺点为精确度较低、安装设计单一。第四代:液晶荧的屏动态显示。这代倒车雷达系统有质的飞跃,可以看清车体与障碍物两者实际距离与其图像。这类倒车雷达不需挂倒车档,一发动汽车,显示器会显现汽车图案与车体附近障碍物的距离,颜色清晰,外表美观,能直接地粘贴在仪表盘上,安装也很便利。但这一代倒车雷达灵敏度较低,抗干扰能力较弱,产生误报也频繁。1第五代:魔幻镜倒车雷达系统。综合前四代产品优点,使用最新的仿生超声雷达技术,加之以高速电脑控制,能全天候准确地探测 2 米以内附近的障碍物,以不同等级声音告知和直观显示给驾驶员。这一代的倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车辆内污染程度显示等多项功能结合一起,并提供语音功能。因为这代倒车雷达系统功能较多,所需价钱也昂贵。第六代:整合影音倒车雷达系统。这类倒车雷达系统专门为高档车生产的。首先从它的外观来说,比第五代倒车雷达更精致与典雅;从功能上来看,它不但具备第五代产品的功能,还结合了高档轿车所需具备的影音系统,能在显示器上观看 DVD 影像,可相应的成本很高 1。目前,国内市场上的倒车雷达产品主要由国外公司占据着。国内一些公司虽然也推出了相应的倒车雷达产品,但在质量上、市场份额上都无法与国外厂商相比拟。一些核心元器件,国内相同产品达不到国外水平或者无法生产。在倒车雷达系统等辅助倒车领域,美、德、日等许多发达国家技术位列签名。因为他们已对汽车信息化技术研究领域上起步较早于其他国家,还对半导体、微电子领域也有很大的技术优势。所以这些国家智能化车载电子设备发展水平已经有相当高的程度,许多尖端技术的车载电子设备都已相当普及。伴随汽车工业的飞速发展,倒车领域中,国外都已有停车入位导航系统。梅赛德斯车厂都已采用雷达探测技术设备帮助驾驶员又快又安全泊车。导航雷达探测器设备可以探测经过路线停车空位,同时向驾驶员发出信号告知。这个时候,驾驶员能通过探测器设备显示的位置寻找到停车空位。在这个停车过程中,驾驶者挂上倒档后,导航系统自始至终感知汽车的位置与角度。如果驾驶员不倒车了,导航系统还可以自动算出另一最好泊车路线与角度。在日本这个国家,丰田汽车公司研制出的导航系统都已能实现准确地全自动泊车。每当导航系统锁定一个合适泊车位置之后,如果驾驶员挂上倒档,仪表盘上就会开始显示由安装在汽车背部的摄像头传送过来的车后图像。与此同时,驾驶员只需面对导航系统选择的提供车辆的泊车位置确认。然后,就松开方向盘与脚刹,保持合适的速度。从这里开始,停车过程由配备了的超声波雷达系统与摄像头的停车导航雷达系统全权负责了。如果驾驶员想要停止这个程序,驾驶员只要踩下刹车就行了。并且这款技术涉笔在社会中都已开始在高档轿车上配备使用。21.2 项目的主要任务本文主要论述了超声波的测距工作原理与方法。从小的应用方面来说,本课题的研究直接解决了司机倒车时的困扰,更能有效地降低倒车过程中发生的大小事故。但从更广泛的应用来讲,超声波测距系统的研究在许多工业、交通运输业、军事等等方面有着更为广泛显著的应用;并且详细介绍了超声波传感器的工作特性和系统发射和接收等多种电路同时还有单片机的硬件设计与软件设计及其实现,突出以单片机为核心所设计的防撞报警器对于在汽车安全领域的突破与拓展有一定的作用。32 超声波概述2.1 超声波基本理论2.1.1 超声波发展史意大利科学家斯帕拉捷习惯晚饭后到附近的街道上散步。他常常看到,很多蝙蝠灵活的在空中飞来飞去,却从不会撞到墙壁上。这个现象引起了他的好奇:蝙蝠凭什么特殊本领在夜空中自由自在的飞行呢?为了弄清其中原委,斯帕拉捷做了一系列试验。先后蒙住蝙蝠眼睛和堵住蝙蝠鼻子,蝙蝠均能准确地分辨障碍物。只有当耳朵被堵住时,蝙蝠就不能分辨障碍物。斯帕拉捷的实验,揭开了蝙蝠飞行的秘密。后来人们继续研究,终于弄清了蝙蝠飞行奥秘。发现,它们依靠喉咙发出让人听不见的“超声波” ,声音沿直线传播,碰到物体后就就好像光在镜子上产生反射现象。它们的耳朵接受到这种“超声波” ,就能迅速做出判断,灵巧的自由飞翔,捕捉食物。当然,以上的故事是个美丽的楔子。真正超声波的研究和发展,与媒质中超声波的产生和接收的研究密切相关。自 19 世纪末到 20 世纪初,在物理学的历史上人们发现了压电效应与反压电效应的现象过后,也解决了采用电子技术产生超声波的问题,这便迅速翻开发展和创新超声波的技术历史篇章。1883 年 Galton 首次制成超声波气哨,其原理是将压缩气体经过狭缝喷嘴形成气流,吹动圆形刀口振动形成共振腔,从而产生超声波。此后又出现了各种形式的汽笛和夜哨等机械型超声波换能器。在 20 世纪,电子学发展让人们能使用某些材料的压电效应与磁致伸缩效应制造出许多各种各样的机电换能器。1917 年,朗之万(Paul Langevin)利用天然压电石英制造出夹心式超声换能器,成功地在水下探测潜艇使用。伴随军事及国民经济各部门里超声应用的领域越来越广,出现了高功率的超声磁致伸缩换能器和多种不同用途的电动型、静电型等多种换能器 2。人类直到第一次世界大战才学会利用超声波,这就是利用“声纳”的原理来探测水中目标及其状态,如潜艇的位置等。40 年代末期超声波治疗在欧美兴起,直到 1949 年召开的

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