汽车倒车防撞报警电路设计

南京工程学院继续教育学院毕业设计说明书(论文)作 者： 袁强 学 号：1434181436 辅 导 站： 徐州函授站 专 业： 机电一体化技术 题 目： 汽车倒车防撞报警电路设计 指导者： 王书满 2017 年 3 月 摘 要目前我国经济飞速发展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒车所引发的事故也越来越多。这些事故常常给驾驶员带来许多的麻烦，因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达” ，也叫“泊车辅助装置” ，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车俩时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。本文介绍了以 AT89S52 单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统，该倒车雷达根据超声波测距原理研制，采用温度补偿技术、开机自检技术和优化的软硬件技术，将测得的结果送至数码管显示，同时进行三级声光报警。驾驶员只需坐在驾驶室就能做到心里有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和效率。关键词：倒车雷达；超声波；单片机 AT89S52。目 录第一章 倒车雷达工作原理1.1 单片机的发展及其应用11.2 超声波测距11.3超声波测距原理21.4超声波倒车雷达系统工作原理31.5超声波倒车雷达的芯片选择31.6 超声波倒车雷达的工作原理5第二章 系统硬件设计与相应的软件设计2.1倒车语音及报警电路及控制程序62.2 超声波发射电路与接收电路及其距离测算程序72.3超声波检测接受电路72.4 超声波测距仪的算法设计82.5距离计算程序82.6倒车语音电路和报警电路及其控制程序92.6.1倒车语音电路142.6.2倒车语音及报警控制程序16第三章 主程序3.1主程序183.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序20第四章 安装调试及分析4.1 硬件部分234.2 软件实现与操作25第五章 测距仪改进的设想26结论27参考文献28致谢290第一章 倒车雷达工作原理1.1、单片机的发展及其应用单片机又称微控制器，是在一块硅片上集成了各种部件化微型计算机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。单片机体积小、重量轻、具有很强的灵活性而且价格不高，越来越得到广泛的应用。8051在小中型应用场合很常见，已成为单片机领域的实际标准。80年代中期，Intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售形式转给世界许多著名IC制造厂商，如PHILIPS、西门子、AMD、OKI、NEC、Atmel等，这样8051就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百个品种的大家族。90年代，PHILIPS推出支持16位计算的X4系列。XA系列是16位单片机，又可完全兼容8051的指令系统。Intel推出的80C51也是与8051在机器代码级兼容，这样保证了8051用户到21世纪技术的领先性。随着硬件的发展，8051软件工具已有C级编译器及实时多任务操作系统（RIOS），单片机的程序设计更简单、更可靠、实时性更强。因而8051系列是单片机教学的首选机型。而有内部可擦写RAM的89C51/52是目前我们常用的芯片。1.2超声波测距1.2.1 超声波测距的基本原理1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。2、压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，1并带2动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。1.3超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/21.3.1认识超声波超声波是指振动频率大于20KHz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超声成象所用的频率范围在 25MHz之间，常用为33.5MHz（每秒振动1次为1Hz，1MHz=106Hz,即每秒振动100万次，可闻波的频率在1620，000HZ 之间）。1.3.2 利用超声波测距超声波测距是单片机控制超声波传感器发射出超声波束，遇到障碍后返回，然后接收它的回波，利用发、收过程中产生的时间差，就可以计算出前方物体离超声波传感器的实际距离。设计为了能测量汽车不同位置障碍物距离，设计成多传感器测距。经分析可知：频率为400KHZ左右的超声波在空气中传播的效率最佳，因此，为了方便处理，发射的超声波被调制成40KHZ左右、具有一定间隔的调制脉冲波信号，如图1所示。31.4超声波倒车雷达系统工作原理倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了这种方法。1.4.1 系统工作原理框图如图A所示，驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，超声波发送模块向后发射40kHz的超声波信号，经障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机AT89C2051将此信号送入显示模块，同时触发语音电路，发出同步语音提示，当与障碍物距离小于1m、0.5m、0.25m时，发出不同的报警声，提醒驾驶员停车。图A 系统工作原理框图1.5超声波倒车雷达的芯片选择1单片机控制芯片4AT89C2051简介：AT89C2051 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 2k bytes 的可反复擦写的只读 Flash 程序存储器和 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C2051 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。AT89C2051 是一个功能强大的单片机，但它只有 20 个引脚，15 个双向输入/输出（I/O）端口，其中 P1 是一个完整的 8 位双向 I/O 口，两个外中断口，两个 16 位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时 AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内 RAM 将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。主要功能特性：兼容 MCS51 指令系统 2k 可反复擦写(1000 次）Flash ROM5 个双向 I/O 口 6 个中断源两个 16 位可编程定时/计数器 2.7-6.V 的宽工作电压范围时钟频率 0-24MHz 128x8bit 内部 RAM两个外部中断源 两个串行中断可直接驱动 LED 两级加密位低功耗睡眠功能 内置一个模拟比较放大器可编程 UARL 通道 软件设置睡眠和唤醒功能51.6 超声波倒车雷达的工作原理倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系