【车辆工程类】汽车泊车辅助系统设计【全套CAD图纸+毕业论文】【汽车车辆专业】【毕业论文说明书】
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【车辆工程类】汽车泊车辅助系统设计【全套CAD图纸+毕业论文】【汽车车辆专业】【毕业论文说明书】,车辆,工程,汽车,泊车,停车,辅助,系统,设计,全套,cad,图纸,毕业论文,专业,说明书,仿单
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毕业设计 开题报告 学生姓名 祁皓 系部 汽车 交通与工程学院 专业、 班级 车辆工程 07导教师姓名 齐益强 职称 实验师 从事 专业 汽车运用 是否外聘 是 否 题目名称 汽车泊车辅助系统设计 一、课题研究现状 ,选题的目的、依据和意义 设计目的 和意义 ： 随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避免的交通问题瞬时成为人们关注的问题。其中由于 泊 车 事故发生的频率高，已引起了社会和交通部门的高度重视。泊车 事故发生的原因是多方面的，造成 泊车 时的事故率远大于汽车 正常行驶 时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而 泊车 事故给车主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“ 汽车泊车辅助系统 ”应运而生， 汽车泊车辅助系统 的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低 了 泊车 事故的频率。 由于存在视觉盲区，无法看清车 附近 状况，司机在 泊车 时很容易发生事故。为了减少带来的损失，需要有一种专门帮助司机安全 泊车 的装置。目前市场上用于辅助司机 泊车 的装置主要有：语音告警装置、后视系统以及倒车雷达等。语音告警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在 泊车 的汽车。这种装置价格便宜且使用方便，缺点是只能对车后的行人起告警作用，对于其他障碍物则不起作用，所以其应用范围有限。后视系统是由视频捕捉装置和视频播放装置组成，通过视频司机可以很直接地看到车后的障碍物。由于这类装置的价钱较高，目前还没有 普及。 汽车泊车辅助系统 ，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者后视镜的显示通告司机车 附近的状况，解除了司机泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的麻烦，并帮助司机解决由视觉引起的缺陷，提高驾驶 的安全性，泊车辅助系统 的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发出超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离 、 大小 、 方向 、 形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。 司机在倒车时，启动倒车雷达，在控制器 的控制下，由车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，从而计算出车体与障碍物之间的距离，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，从而使司机倒车时不至于撞上障碍物。 课题研究现状： 通常的 汽车泊车辅助系统 主要由感应器（探头）、主机、显示设备等三部分组成。感应器发出和接受超声波信号，并将接受到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角 45 度辐射，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的儿童等；显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车。根据感应器种类不同，泊车辅助系统 可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式。粘贴式感应器后有 1 层胶，可直接粘在后保险杠上；钻孔式感应器是在保险杠上钻 一个洞，然后把感应器嵌进去；悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同， 泊车辅助系统 又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接有数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到 1厘米，让驾驶员一目了然。 汽车泊车辅助系统 发展到现在已经历经 5 代。 第一代的 泊车辅助 系统是轰鸣器。 泊车 时，如果车后 处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示车辆离障碍物越近。没有语音提示，也没有距离显示，虽然 司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助 不大。 第二代 泊车辅助系统 可以显示车后障碍物离车的距离。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有 以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有 ；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到 的距离，必须停止倒车。 第三代用液晶荧屏显示，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围的障碍物的距离。该雷达动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。 结合一、二、三代泊车辅助系统的优缺点，本设计采用蜂鸣器与数字显示结合的设计。 第四代魔幻镜倒车雷达，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知 2 米内的障碍物，并一不用等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。 魔幻镜倒车雷达把后视镜倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。其外型就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。 第五代倒车雷达是专门为高档轿车生产的，它的整合了高档轿车具备的影音 系统，可以在显示器上观看 像。因为是新品，售价也较高。 第四、五代泊车辅助系统造价较高，结构复杂，所以不选用其设计作为参考。 泊车辅助系统的测距方式有很多，（ 1）激光方式：激光具有高定向性，能以定向的光束无发散地直线 传播，单色性好，它可以达到的亮度比太阳光还高几百亿倍，相干性好，激光的频率、振动方向、相位高度一直。因此激光波束近似直线性，很少扩散，波束能量集中，传输距离较远。但它在对气候的适应能力方面具有局限性，因为激光测距方式受恶劣天气、汽车激烈振动、发射镜表面磨损、污染等因素影响，故不选择此方式。（ 2）红外线方式：红外线可以人为制造，自然界中也广泛存在，一般的生物都会辐射出红外线，体现出来的宏观小樱就是热度。红外线测距系统成本低廉，但是容易受到天气和路边等物体红外干扰的影响，在恶劣的天气与环境下探测距离不能满足要求 。 （ 3） 毫米波方式：毫米波是微波的一个波段，品路在 30显影波长为 1易受电子干扰，多目标鉴别性能好，雷达分辨率高，但其价格昂贵，结构复杂，故不选用。（ 4）超声波方式：超声波是频率大于 20声波，具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中传播距离远等特点，用于测距计算方法简单，常用于非接触式距离测量，其传感器种类较多，用于超声波指向性强，在传输过程中能量损耗慢，反射能力强，故选择超声波传感器测距。 倒车雷达的发展实际上已经融入了整车的设计，随着技术的成熟，价格的降低，倒车雷达将会逐渐普及成为标准配置。 二、 设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 1、 设计 内容： 单片机及超声波传感器认识及选择 传感器： 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 。 单片机： 抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。耗能小，可用电池供电。 保证各模块之间协调工作 软件的编写 掌握零部件的焊接技术 2、 模拟解决的主要问题 （ 1） 学习有关编程的知识 （ 2） 单片机 认识及选择 （ 3） 学习有关超声波传感器的知识 （ 4） 超声波发送和接受器设计 （ 5） 主机电路及软件设计研究方法： （ 6） 系统 总体 设计 （ 7）报警器设计 （ 8）显示电路设计 （ 9）总体电路焊接 （ 10）调整与测试 三、技术路线（研究方法） 基于超声波防撞报警系统整体设计框图 收集相关资料 学习超声波传感器相关知识 学习单片机相关知识 超声波发送和接受器设计 单片机的 选择 撰写开题报告 显示电路设计 软件设计 系统总体设计 主机电路设计 报警器设计 总体电路焊接 成品雏形 测试与调整 四、进度安排 1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告 第 12 周（ 2、完成说明书纲要及目录 第 3 周 （ 3、整体结构及系统设计 方案（草稿 ） 第 4 周 （ 4、 传感器的选择及设计和应用 第 56 周（ 5、超声波发射和接收电路设计 第 79 周（ 6、 主机（单片机）电路及软件设计与分析 第 1013 周（ 7、完成说明书 的撰写 及修改 第 14 周（ 8、设计审核 与修改 第 1516 周（ 9、毕业答辩 第 17 周（ 五、参考文献 1 侯国章 ,赖一楠 ,田思庆 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 ,2000 2 童诗白 ,华成英 北京：高等教育出版社 ,2001 4 张鄂亮等 武汉：华中科技大学出版社 ,2001 5 杨欣 ,王玉凤 ,刘湘黔 北京：清华大学出版社 2005 6 夏路易 ,石宗义 京希望电子出版社 ,2002 7刘启中李荣正 王力生 王威 P I M北京 : 北京航天航空大学出 版社，2003， 18李学海 基础篇 M北京 :北京航天航空大学出版社， 2002， 19李学海 提高篇 M 北京 :北京航天航空大学出版社， 2002， 110高鹏 安涛 寇怀成 电路设计与制版一 M 北京 : 人民邮电出版社，2000， 111赵晶 电路设计与制版 M 北京 :人民邮电出版社， 2000， 112贾兴泉连续波雷达数据处理 专著 北京 :国防工业出版社， 2005， 113黄培康，殷红成，许小剑雷达目标特性 专著 北京 :电子工业出版社， 2005， 114丁镇生，传感器及传感技术应用 版 . 北京 : 电子工业出版社， 1998， 115张志良单片机原理与控制技术 版 机械工业出版社， 2001， 116褚东升，刘滨，茶声波，马志强 单片机与嵌入式系统应用， 2002， 117 D. S. in of 21006. 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）中期 检 查表 填表日期 年 月 日 迄今已进行 7 周剩余 9 周 学生姓名 祁皓 系部 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆 指导教师姓名 齐益强 职称 实验师 从事 专业 汽车运用 是否 外聘 是 否 题目名称 汽车泊车辅助系统设计 学 生 填 写 毕业设计（论文）工作进度 已完成主要内容 待完成主要内容 1、 收集毕业设计有关资料，完成开题报告； 2、 确定 系统整体电路 ； 3、 绘制完成系统电路原理 图 ； 4、 硬件焊接与调试。 1、 电路及软件的设计，电路原理图的绘制； 2、 撰写设计说明书 存在问题及努力方向 对电路绘制软件进行学习，对软件设计仍需进一步学习。 学生签字： 指导教师 意 见 指导教师签字： 年 月 日 教研室 意 见 教研室主任 签字： 年 月 日 本科学生毕业设计 汽车泊车辅助系统设计 系部名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级 ： 车辆工程 07 学生姓名 ： 祁皓 指导教师 ： 齐益强 职 称 ： 实验师 黑 龙 江 工 程 学 院 二 一一 年六月 s 011黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不 可避免的交通问题瞬时成为人们关注的问题。其中由于泊车事故发生的频率高，已引起了社会和交通部门的高度重视。泊车事故发生的原因是多方面的，造成泊车时的事故率远大于汽车正常行驶时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而泊车事故给车主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“汽车泊车辅助系统”应运而生，汽车泊车辅助系统的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了泊车事故的频率。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质 中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求 。 本系统工作过程中超声波发射器发出一系列的脉冲信号， 由 单片机 对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低，制作方便，但其传输速度受天气影响较大，不能精确测距；因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中本文根据声波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件 该设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示 以及声光报警显示模块等部分组成，文中详细介绍了测距器的硬件组成、检测原理、方法以及软件结构。接收电路使用 对衰减后的信号进行了放大和整波，更好的实现了超声波的接受，对单片机提供外部中断信号。 关键词 ：超声波；报警； 设计 ； 调试 黑龙江工程学院本科生毕业设计 of of of is by is a of as s if is on a of of to in a is to be to in of a of CM to by So in to in in by in to of of CM 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 I 1 章 绪论 1 题的 研究目的 1 题的 的研究现状 2 题主要内容 3 第 2 章 汽车泊车辅助系统工作原理 及硬件选择 4 车泊车辅助系统工作原理 4 声波测距原理 4 片机控制芯片 5 声波发射与接收芯片 8 章小结 10第 3 章 泊车辅助系统电路设计 11 声波发射电路 11 声波接收电路 11 警电路 12 示电路 13 章小结 14 第 4 章 软件设计 15 车泊车辅助系统测距的算法及系统程序设计 15 程序 16 声波发生子程序 18 声波接收中断 子 程序 19 示子程序 19 章小结 23 第 5 章 各硬件单元的焊接及系统整体测试与调整 24 统硬件焊接 24 统硬件的测试 25 统软件调整 36 黑龙江工程学院本科生毕业设计 章小结 28 结论 29 参考文献 30 致谢 31 附录 32 附录 A 英文文献与中文参考译文 32 附录 B 整机原理图 39 附录 C 实物效果图 42 附录 D 材料清单 44 附录 E 源程序 46 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 1 - 第 1 章 绪 论 题研究目的 随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避 免的交通问题瞬时成为人们关注的问题。其中由于 泊车 事故发生的频率高，已引起了社会和交通部门的高度重视。泊车事故发生的原因是多方面的，造成泊车时的事故率远大于汽车正常行驶时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而泊车事故给车主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“ 汽车泊车辅助系统 ”应运而生，汽车泊车辅助系统的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了泊车事故的频率。 由于存在视觉盲区，无法看清车附近状况，司机在泊车 时很容易发生事故。为了减少带来的损失，需要有一种专门帮助司机安全泊车的装置。目前市场上用于辅助司机泊车的装置主要有：语音告警装置、后视系统以及倒车雷达等。语音告警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在泊车的汽车。这种装置价格便宜且使用方便，缺点是只能对车后的行人起告警作用，对于其他障碍物则不起作用，所以其应用范围有限。后视系统是由视频捕捉装置和视频播放装置组成，通过视频司机可以很直接地看到车后的障碍物。由于这类装置的价钱较高，目前还没有普及。 汽车泊车辅助系统，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者后 视镜的显示通告司机车附近的状况，解除了司机泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的麻烦，并帮助司机解决由视觉引起的缺陷，提高驾驶的安全性，泊车辅助系统的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发出超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离 、 大小 、 方向 、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。 司机在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信 号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，从而计算出车体与障碍物之间的距离，判断出障碍物的位置，再由显示器显示距离并发出警示信号，从而使司机倒车时不至于撞上障碍物。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 2 - 题的研究现状 通常的汽车泊车辅助系统主要由感应器（探头）、主机、显示设备等三部分组成。感应器发出和接受超声波信号，并将接受到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角 45度辐射，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的儿童等；显示设备装在仪表板 上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车。根据感应器种类不同，汽车泊车辅助系可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式。粘贴式感应器后有 1 层胶，可直接粘在后保险杠上；钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去；悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，汽车泊车辅助系又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接有数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到 1 厘米，让驾驶员一目了然。汽车泊车辅助系发展到现在已经历经 5代。 第一代的汽车泊车辅助系是轰鸣器。倒车时，如果车后 处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示车辆离障碍物越近。没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。 第二代汽车泊车辅助系可以显示车后障碍物离车的距离。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有 以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有 ；红色代表危险距离，表示离障碍 物只有不到 须停止倒车。 第三代用液晶荧屏显示，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围的障碍物的距离。该雷达动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。 第四代魔幻镜汽车泊车辅助系，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知 2 米内的障碍物，并一不用等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜倒车雷达 、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。其外型就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。 第五代汽车泊车辅助系是专门为高档轿车生产的，它的整合了高档轿车具备的影音 系统，可以在显示器上观看 为是新品，售价也较高。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 3 - 汽车泊车辅助系的发展实际上已经融入了整车的设计，随着技术的成熟，价格的降低，倒车雷达将会逐渐普及成为标准配置。 题研究的主要内容 利用超声波测距原理，通过超声波传感器以及一系列的 电器元件最终将汽车与障碍物之间的距离对汽车驾驶员进行提醒。 从而解决汽车驾驶员在进行泊车的时候，由于视觉盲区，所导致事故的问题。 具体来说，本设计的第二章，对超声波测距原理和汽车泊车辅助系统的工作原理进行了介绍并给出了超声波测距原理图以及汽车泊车辅助系统工作原理图。而且对系统硬件中需要使用的主要电子元器件进行了选择。第三章将对系统中，超声波发射及接受电路进行设计，还将对测距显示电路及报警电路进行设计。在第四章中，将对系统的软件进行设计。其中包括主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序显示子程序。第五章中 ，将对设计好的系统硬件进行焊接，最后将软件编写在系统硬件中，并进行调试，使系统运转正常。 本设计主要解决的问题是： 第一、 对系统的硬件进行设计 第二、 对系统软件进行编写 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 4 - 第 2 章 汽车泊车辅助系统工作原理及硬件选择 车泊车辅助系统工作原理 以单片机作为主控电路元件，以 12振作为标准脉冲振荡电路元件，通过软件编程实现 40波的产生，经过放大驱动超声波发射探头产生谐振，发射超声波信号，同时单片机开中断并开始计时，超声波信号遇到障碍物后反射回来被超声波接收探头接收，经过整形滤波 及放大驱动音频译码器 相后，该芯片 8 脚变为低电平接在 中断，计时结束，根据超声波测距原理： L=，调用测距子程序，计算距离。除了设计主测距电路外还需设计好电源部分、声光报警部分，及其接口部分，以便很好的与上位机通讯，进行实时控制。系统工作原理图如下： 图 车泊车辅助系统工作原理图 声波测距原理 在超声波探测电路 中 , 发射端输出一系列脉冲方波 , 其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔 , 被测物距越远 , 脉冲宽度越大 , 输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种 , 如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高 , 但检测范围有限可检测到汽车倒车中 , 其障碍物与汽车的距离 ； 声波幅值检测法易受反射波的影响。本文硬件设计采用超声波往返时间检测法 , 其测量原理图如 图所示。 图 声波测距原理图 发射探头 放大电路 码管显示 报警 接受探头 放大电路 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 5 - 其原理为 : 在超声波发射器两端输入 40冲串 , 脉冲信号经过超声波内部振子 , 振荡产生机械波 , 并通过空气介质传播到被测面 , 由被测面反射到超声波接收器接收 , 在超声波接收器两端 , 信号是毫伏级的正弦波信号 , 超声波经气体介质的传播到接收器的时间 , 即为往返时间。 超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法 ,其中常用脉冲回波法测距。超声波测距的原理一般采用渡越时间法 ,其原理是超声传感器发射超声波 , 超声波在空气中传播至障碍物 , 经反射后由超声传感器接收反射脉冲 , 测量出超声脉冲从发射到接收的时间 , 再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 , 即： L=ct/2 (1) 式 （ 1） 中 , L 为超声传感器与被测障碍物之间的距离 , c 为超声波在介质 (空气 )中的传输速率 , t 为超声波从发射到接收的时间。超声波在空气中的传播速度为 : 00c c T T, 其中 0 2 7 3 0 3 3 1 m s。在测量精度不是很高的情况下 , 一般可以认为 40m/s。由于温度影响超声波在空气中的传播速度 ； 超声波反射回波又很难精确捕捉 ,致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素是使用超声测距引起误差的原因。 片机控制芯片 性能 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 储器。使用 司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80品指令和引脚完全兼容。片上 适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 在系统可编程 得 众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应 用。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 6 - 图 （ 1） 主要特性： 与 容 4 寿命： 1000写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0级程序存储器锁定 128*8位内部 2可编程 I/两个 16位定时器 /计数器 5个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 （ 2） 管脚说明 ： 电电压。 地。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 7 - 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8电流。当 时，被定义为高阻输入。 可以被定义为数据 /地址的第八位。在 作为原码输入口，当 时 位双向 I/ 后，被内部上拉为高，可用作输入， 输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 位双向 I/出 4个 被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。6位地址外部数据存储器进行存取时， 给出地址 “1 ” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， 个带内部上拉电阻的双向 I/接收输出 4个 1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， 是由于上拉的缘故。 一些特殊功能口，如下所示： 口管脚 备选功能 行输入口） 行输 出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（记时器 0外部输入） 1（记时器 1外部输入） 部数据存储器写选通） 部数据存储器读选通） 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 8 - （ 3） 振荡器特性： 反向放大器可以配置为 片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， 余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 （ 4） 芯片擦除： 整个 保持 0完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， 以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的 掉电模式。在闲置模式下， 时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 声波发射与接收芯片 声波发射芯片 在超声波发射电路中，需要对超声波发射器进行驱动，所以需要在电路中连接一个超声波传感器的驱动器。 74六组反向器 ， 共有 54/7404、 54/7454/7454/74种线路结构形式 。 其引脚图如下： 图 74图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 9 - 声波接受芯片 超声波接受电路中用到两个芯片，在超声波接受器后先用 算放大器，对已经衰减的超声波信号进行放大。 是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，如 1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用 5532A 版，因为它能保证噪声电压指标。 其特点是更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽，这使 得该器件特别适合用在专业的仪器和控制电路中。 前两级放大电路构成 10 000倍的放大器，对正弦波信号进行足够放大。 其主要电特性如下： 限参数 ： 参数 符号 位 电源电压 22 V 差分输入电压 13 V 输入电压 供电压 V 功耗， 5 100 作温度 70 气参数 参数 符号 测试条件 最小值 标准 最大值 单位 输入失调电压 - .0 入失调电 流 - 10 150 入偏置电流 - 200 800 电电流 - 6 入电压范围 ) - 12 13 - V 共模抑制范围 A=25 70 100 - 源抑制比 A=25 输出电压范围 600 12 13 - V 输入电阻 A=25 30 300 - 短路电流 - 38 - 调 L=600 ,00 10 20 % 电压增益 GV f=10 V/益带宽 L=10000 8 10 - 换速率 L=1K,00L=600 - 6 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 10 - 其引脚图如下： 图 脚图 在运算放大器后，还要对已经放大的信号进行整波，所以本设计选用 的电压比较器， 采用集成 较器对前级放大信号进行调理 。 其主要特性如下表 对最大额定值： 总供给电压（ 36V 出到负电源电压（ 40V 地到负电源电压（ 30V 分输入电压 30V 3) 输入电压 （注 13） 15V 4) 功耗（注 14） 500 9) 定值（注 19） 300V 作温度范围 0 0 10 10 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 11 - 气特性： 数 试条件 小 型 入偏移电压（注16） 5, 0k .5 入失调电流（注16） 5 0 入偏置电流 5 100 250 压增益 5 40 200 V/7) 响 应时间（注17） 5 200 和电压 10 0 A=25 N 8) 5 .0 出漏电流 0 5V 5, = = 5V 0 入偏移电压（注16） 0K 10 入失调电流（注16） 70 入偏置电流 300 入电压范围 和电压 V+V =0 10 电源电流 5 .5 电源电流 5 .0 脚图如下： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 12 - 图 脚图 章小结 本章中，主要对本设计的系统工作原理 ;超声波测距原理进行了分析与概括，还对系统控制芯片以及超声波发射与接受模组中用到的单片机和芯片进行了选择。 在设计的过程中，对于超声波测距原理，其大部分信息来自老师的讲解。在设计之初对超声波测距原理及汽车泊车辅助系统的工作原理完全没有思 路，在老师的指导下，查阅大量资料，才对汽车泊车辅助系统的原理有了较深刻的认识与理解。 在单片机与超声波发射与接受模组芯片的选择中，主要本着以下几点原则，性能优异；各元件兼容性；各元件的电压以及系统整体的经济性。保证系统能够运行并且运行稳定的前提下，降低设计成本。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 13 - 第 3 章 超声波传感器电路设计 声波发射电路 在超声波发射电路中，由单片机提供的 404第三引脚接入集成电路，再由 2引脚连接第 5引脚、 11 引脚和 14引脚，再用第 4引脚 连接 7引脚和 9引脚，最后由第 6引脚，第 10引脚，第 12引脚，第 15引脚分别连接电容负方向。 图 声波发射电路原理图 考虑到发射头一般需要 5 个方波周期达到稳定震荡状态的 95%，经 上升时间达稳定震荡状态的 99%。为保证最大程度的触发，单片机每组产生 12个带宽为 12 在发射电路中 ， 总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变， 两个连接在传感器的电容能够帮助压电式超声波换能器（超声波发射探头）一方面 提高反向器的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由震荡的时间。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 14 - 声波接收放大电路 超声波在空气中传播的衰减程度随传播距离的增加而增大，所以反射回来被接收头收到的信号非常微弱，不能直接送入后级电路处理，首先要经过信号放大。超声波接收放大电路如 下 图 ： 图 声波接收电路原理图 被接收头收到的回波信号为正弦波信号，信号强度一般只有几十毫伏。接收部分前置放大电路是由集成运放 两级放大电路构成 10 000倍的放大器，对正弦波信号进行足 够放大。后级采用集成 过 入包络信号的电位高于标准电平则为 1，低于标准电平则为 0，将包络信号转变为单片机可识别的中断脉冲信号。当与单片机的中断输入端相连的 第 7管脚输出一个低电平时，计数器立即停止计时并保存数据。 警电路 声光 报警是指当 汽车泊车辅助系统 探测到的距离小于所设定的安全值时，发出声音提醒驾驶员， 报警 电路设计如 下 图所示。 报警电路模块由 源 驱动 ，当所测距离小于所设安全值时， 89片机发出信号，设置报警 状态，信号由 三极管进行放大，总而驱动 蜂鸣器发声 对驾驶员进行提示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 15 - 图 警电路原理图 示电路 在显示电路中，本设计选用 3个 1位共阴极数码管，由于本设计是应用数码管的动态显示，故对数码管做动态驱动，动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔“ a,b,c,d,e,f,g,的同名端连在一起，另外每个数码管的共极 加位选通控制控制电路，位选通由各自独立的 I/ 章小结 本章中对汽车泊车辅助系统的各模块电路进行了设计。在本设计中，发射电路所需 的 409片机提供，经 成芯片对超声波发射器进行驱动，从而发出超声波，再由超声波接受器接收信号，经 片正波，再将信号传入单片机进行中断，本设计中， 89片机进行运算，显示驱动，报警信号的发出等工作，再由数码管，蜂鸣器完成距离显示和报警的工作。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 16 - 第 4 章 软 件设计 车泊车辅助系统测距的算法及系统程序设计 在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器 用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反 射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在 片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。 程序 晶振采用 6M， 为数码管段输出口， 数码管位输出口， 超声波测距 中断入口程序 000H 02程序 /主函数 ; /开中断 /设定时器 0 为计数，设定时器1 定时 ; /定时器 0 中断允许 ; /定时器 1 中断允许 ; ; ; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 17 - ; ; 5; 00; 00; ; ; ) ; if( =0 =0 =0 if(s #1 /超声波发送 # /超声波接收 #G 前方测距电路的输入端接单片机 片机执行上面的程序后，在 口输出一个 40脉冲信号，经过三极管 T 放大，驱动超声波发射头 出 40脉冲超声波，且持续发射 200s。右侧和左侧测距电路的输入端分别接 作原理与前方测距电路相同。 声波接收中断程序 接收头采用与发射头配对的 超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器 极放大后加至 带有锁定环的音频译码集成块部的压控振荡器的中心频率 ，电容 节 入信号大于 25出端 8 脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。前方测距电路的输出端接单 片机 断优先级最高，左、右测距电路的输出通过与门 时单片机 断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。部分源程序如下： # /超声波接收 #G ,10=09段码 ,T,I, ,L; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 19 - 示子程序 显示程序 /显示功能模块 i=0; i=1; /循环右移 1 位 s/100; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 20 - 10; = = = i) ; if(40) ; ; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 21 - if(1) ; i=10; ; i=( i=0; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 22 - i+; if(i=2450) /上限值 ; ; t=t=t*256+s=t*; ; ; 黑龙江工程学院本科生毕业设计 - 23 - 章小结 本章
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