汽车倒车测距仪毕业设计论文

汽车倒车测距仪的研究摘 要随着社会经济的发展，交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大幅攀升，交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行。本文介绍了一种基于 80C51 单片机控制的汽车倒车测距仪。采用超声波测距技术与单片机技术相结合，利用超声波传输中距离和时间的关系运算，80C51 单片机计算出车后的障碍物与汽车尾部的距离，并通过数码显示车后的障碍物与汽车尾部的距离远近，实时发出报警信号，使驾驶员能时刻了解倒车时车后的环境并采取积极有效措施，从而大大提高了驾驶的安全性。文章对总体设计思想进行了论述，分析了系统主要功能并以系统硬件设计框图的形式体现，进行了方案选择与方案论证。完成了硬件电路的设计，描述了各模块电路的组成，其中包括超声波发射电路、超声波接收电路、显示电路、蜂鸣器报警电路等，分析了电路中所用芯片的主要功能及各部分电路的工作原理。本设计通过对各模块的硬件和软件的设计，基本能够达到设计要求，满足汽车倒车安全指标。关键词：超声波；单片机；测距IAbstractWith the development of social economy, transportation industry is booming. The number of cars climbed sharply, traffic congestion has become more and more serious. Crash ongoing caused the inevitable personal casualty and economic loss. In this kind of situation, design a kind of fast response, high reliability and more economical car crash warning system is imperative.This paper introduces a kind of Car Parking Sensor based on 80C51 single chip microcomputer. Using ultrasonic transmission distance and time relationship operations, along with the ultrasonic ranging technology and single chip microcomputer combined, 80C51 single chip computer calculate the distance between the obstacles and the rear of the car, showing the distance with Digital tube and sending real-time warning signal. This made the driver can always know the environment reverse of the car and take positive and effective measures, which greatly improve the driving safety.It discusses the overall design thought, analyses the main function and show the hardware design of the system with a diagram, and give the plan selection and scheme comparison. Completed the design of the hardware circuit, described the module of the circuit component, which include the ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, display circuit, the buzzer warning circuit. Analysis of the main function of the chip used in the circuit and the works for various parts of the circuit.Through the design for the software and hardware of each module, it can basically meet the design requirements and the reversing safety indicators.Keywords: ultrasonic; single chip microcomputer; ranging目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的意义和背景 .11.2 国内外发展现状 .11.3 研究内容及论文构成 .2第 2 章 设计思想及方案论证 .42.1 方案选择 .42.1.1 测距传感器模块 .42.1.2 显示模块 .52.1.3 报警模块 .52.2 系统总体设计思想 .52.3 本章小结 .6第 3 章 硬件电路设计 .73.1 超声波发射及接收电路设计 .73.1.1 超声波的介绍 .73.1.2 超声波的特点 .73.1.3 超声波的应用 .73.1.4 超声波传感器 .83.1.5 超声波测距原理 .83.1.6 超声波发射电路设计 .103.1.7 超声波接收电路设计 .103.1.8 HC-SR04 超声波测距模块 .113.2 显示模块设计 .143.3 报警电路设计 .153.4 单片机控制电路设计 .163.4.1 主控芯片 STC12C56 .163.4.2 时钟电路 .173.4.3 复位电路 .183.5 本章小结 .19I第 4 章 系统的软件设计 .204.1 系统的主程序设计 .204.2 系统的子程序设计 .224.2.1 中断处理程序 .224.2.2 蜂鸣器分段报警程序 .234.3 本章小结 .24第 5 章 硬件组装及调试 .255.1 硬件组装及调试 .255.2 误差原因分析 .265.3 本章 小结 .27第 6 章 结论 .28参 考 文 献 .29致 谢 .30附录 1 单片机整体电路原理图 .31附录 2 超声波测距模块原理图 .32附录 3 程序清单 .33沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）0第 1 章 绪论1.1 课题研究的意义和背景随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越为人们所关注。由于倒车后视镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因，倒车事故发生的频率远大于汽车前进时的事故率。倒车事故不仅会对自己的车和他人财物造成损伤如果伤及儿童更是不堪设想。有鉴于此，汽车产品家族中，专为倒车泊车而设计的“倒车测距仪”应运而生。经过调查，绝大部分非职业汽车驾驶员都希望有一种能发现汽车尾部障碍物的“后视眼” 。倒车测距仪的加装可以解决驾驶人员的后顾之忧，大大降低倒车事故的发生。倒车测距仪是一个由单片机控制的汽车泊车安全辅助装置。该测距仪讲单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，能够测量并显示车辆后部障碍物里车辆的距离，同时用间歇的“嘟嘟”声发出警报， “嘟嘟”声间隙随障碍物距离的缩小而缩短，驾驶员不但可以直接观察到显示的距离，还可以凭听觉判断车后障碍物离车辆的远近，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并可以帮助驾驶员扫除视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性 1。1.2 国内外发展现状超声波倒车防装系统是倒车雷达的一种，倒车雷达在车挂倒挡时开始工作，由探头、主机和显示器三部分构成。倒车雷达系统经历了三个阶段，六代的技术改良，从早期的倒车防撞仪，只能测试车后有限范围的障碍物，并发出警报，发展到根据距离远近程度分段报警，前两个阶段的倒车雷达一般采用专用集成电路，功能较简单。随着人们对汽车驾驶辅助系统求的提高，以及单片机价格不断下降和汽车电子系统网络化发展的要求，新型的倒车雷达都是以单片机为核心的智能测距传感系统。要求倒车雷达连续测距并显示障碍物距离，并采用不同间歇呜叫频率的声音报警提示距离，让驾驶员全神贯注地注视场景。沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）1汽车电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的倒车雷达具有通信功能，能够把数据发送到汽车总线上。如最为先进的倒车雷达系统为“智能可视倒车雷达系统” ，它在车尾部装上针孔摄像头，倒车时可以在 DVD 显示屏上显示车后的广角真实图像。德国大众公司将超声波测距技术应用在倒车雷达上。日本、美国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，采用先进的毫米波雷达、CCD 摄像机、GPS 和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级汽车上。戴姆勒克莱斯勒公司成功开发出供商用车(尤指卡车)使用的电子刹车系统，它与其他刹车系统的区别在于，其在卡车车头设有雷达感应器，感应器在车前观察四周环境，并将所有收集的信息交由一控制器加上处理，形成一虚拟景象，再借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车。未来两三年内这种新型刹车系统即可量产上市，但价格昂贵，其过高的成本限制了它应用的普遍性。通用公司的 Precept 概念车装了 Donnelly 公司生产的以摄像机为基础的后视镜系统。该系统用一个内后视镜和两个外后视镜采集汽车周围的景象，三个景象合成一个全景图像在中控台的视屏上显示出来，还用文字说明来传达信息。摄像机也可在倒车时使用，当车后近处有消火栓等障碍物时，就及时让驾驶员知晓。东风汽车有限公司乘用车公司推出的全新一代“蓝鸟智尊”配备了倒车影像显示和 NAVI 卫星导航系统，直接将高级别汽车的智能化从 “概念”引入了“应用” 。在驾驶者挂入倒挡时，中控台上的液晶显示屏会自动切换画面，将车尾摄像头拍下的环境状况展示在驾驶者眼前，最大程度地方便泊车，这项功能在夜间尤其具有价值。1.3 研究内容及论文构成本文将在以单片机为控制核心的基础上，设计出汽车倒车测距仪的电路，并通过数码管显示及蜂鸣器报警来提示障碍物与车后的距离。分别完成单片机控制电路设计、数码管显示电路设计、蜂鸣器报警电路设计、按键控制电路设计及超声波测距模块的安装与调试等。软件设计中，通过C 语言编写程序，完成单片机对外围芯片的驱动与控制，从而完成整个汽车倒车测距仪的功能实现。沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）2论文构成主要由以下部分组成：第 1 章为绪论。包括研究背景、意义以及相关技术在国内外的研究现状。第 2 章为系统总体设计思想及方案论证。首先介绍汽车倒车测距仪的设计要求，详细介绍测距系统传感器的选择、显示报警系统的方案设计，然后提出本系统总的方案设计。为其后的硬件设计奠定了基础。第 3 章为系统硬件设计。首先分析超声波传感器的工作原理，然后具体讨论测距模块中超声波发射电路和接收电路等的设计，最后介绍了系统显示电路及报警电路的设计。第 4 章为系统软件设计。在软件设计中采用模块化设计思想，分别对系统的主程序模块、测距模块、报警模块和显示模块的程序进行了软件设计。第 5 章为硬件组装及调试。对汽车倒车测距仪的硬件进行了组装与调试，并进行了实地测量，对产生误差的可能原因进行了分析，给出减小误差的方法。第 6 章为结论。对全文进行了总结，并指明了系统设计的不足之处，最后也对本系统的倒车雷达报警系统的发展前景进行了展望。沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）3第 2 章 设计思想及方案论证2.1 方案选择2.1.1 测距传感器模块目前常见的测距传感器，主要有红外传感器、激光传感器、超声波传感器。按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择：方案一：红外传感器测距其原理是传感器的红外发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体的反射光，接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号的强弱判断物体的距离。方案二：激光传感器测距它是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点，以实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距仪和连续波相位式激光测距。脉冲式激光测距原理与雷达测距相似，测距仪向目标发射激光信号，碰到目标就要被反射回来，由于光的传播速度是已知的，所以只要记录下光信号的往返时间，用光速乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离。方案三：超声波测距超声波就是空气中传播的超过人类听觉频率极限的声波。其原理犹如蝙蝠，从嘴里发出超声波，当超声波遇到小昆虫时，它的耳朵能够接收反射回波，从而判断昆虫的位置并予以捕杀。超声波传感器的工作方式是通过发送器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接受来判断是否检测到物体的。根据以上的性能比较，我们能看出激光传感器是比较理想的选择，但是其价格较高，不易为大众所接受。考虑到车辆行驶过程中，测距应当有较强的抗干扰能力和较短的响应时间，最终选择方案三。沈 阳 工 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计 （ 论 文 ）42.1.2 显示模块方案一：LED 数码显示管是一种由 LED 发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了 8 个 LED 显示管，其中 7 个用于显示字符，1 个用来显示小数点，故通常称之为八段发光二极管数码显示器。对 LED 数码显示器的控制可以采用按时间向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号 16。LED 数码显示有动态扫描显示法和静态显示。方案二：点阵字符型液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，可以显示数字和西文字符。液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的代码，显示方便且显示质量高、功耗低，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中