基于单片机的倒车防撞系统设计毕业设计

本文格式为Word版，下载可任意编辑——基于单片机的倒车防撞系统设计毕业设计分类号：TN98学号：112100221

学校代码：13605密级：公开

长春建筑学院学士学位毕业设计

基于单片机的倒车防撞系统设计

DesignofreversecollisionavoidancesystembasedonSCM

姓名：专业：研究方向：指导教师：

培养单位：电气信息学院

2023年6月

毕业设计

基于单片机的倒车防撞系统设计

学生：指导教师：专业：所在单位：电气信息学院辩论日期：2023年6月10日

摘要

倒车防撞系统是汽车驻车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直

观的显示告知驾驶员周边障碍物的状况，解除了驾驶员驻车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷。

随着汽车产业的发展，出于社会对安全驾驶的需求日益增大，倒车防撞这项技术在汽车行业正在不断的发展革新。与此同时，安全倒车技术已经成为汽车产业的重要研究方向。其及时的反馈性，以及对恶劣环境条件的多适用性，已经成为普通汽车出厂前必备的一道技术工序。

本设计以单片机为核心控制器件，外围组成电路有信号处理模块、测距模块、

显示模块，报警模块、语音模块及供电模块等。主要介绍倒车防撞系统的基本实现原理、系统组成框图以及软硬件的实现方式。针对倒车防撞系统所需的技术条件，选用STC89C52型号单片机作为主控制器的制定了相应的硬件架构及软件设计，并将整体设计做成实物，寻觅其在实际应用中的不足之处。本次设计利用超声波测距技术，实时测量障碍距离并迅速反馈给司机，当距离超过预警值系统立刻进行报警，便于司机迅速采取防范措施。另外，本系统也可通过按键对距离进行实时语音播报。

关键词倒车防撞；单片机；超声波测距

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Abstract

Reversingcollisionavoidancesystemisacarparkingorreversingthesafetyauxiliarydevice,usingsoundoramoreintuitivewaytoinformthedriverofthebarrieraround,liftingthedistressofthedriverwhentheyparking,reversing,startingthevehicleandvisitingaround,andhelpingthedrivertoremovethedeadandblurredvisiondeficiencies.

Withthedevelopmentoftheautomobileindustry,thedemandforsafetydrivingisincreasing,andthetechnologyofreversecollisionavoidanceiscontinuouslydevelopingintheautomotiveindustry.Atthesametime,thesafetyreversetechnologyhasbecomeanimportantresearchdirectionoftheautomobileindustry.Itstimelyfeedback,aswellastheapplicabilityofthesevereenvironment,hasbecomeatechnicalprocessofthecommonvehiclebeforeleavingthefactory.Inthispaper,withthesinglechipprocessorasthecorecontroldevice,peripheralcomponentsofthecircuitsignalprocessingmodule,rangingmodule,displaymodule,alarmmodule,voicemoduleandpowersupplymodule.

ThisdesignmainlyintroducesthebasicImplementationRationaleofreversecollisionavoidancesystem,theblockdiagramsystemandtherealizationwayofthehardwareandsoftware.Accordingtotechnicalconditionsofreversecollisionavoidancesystem,thewriterselectsthetypesofSTC89C52microcontrollerasthemaincontrollertoformulatesuitablehardwarearchitectureandsoftwaredesign.Furthermoretheauthoroverallsthewholedesigntorealobject,findsitsshortcomingsinpracticalapplication.Thedesignmakesuseoftheultrasonicmeasuringdistancetechnology,real-timemeasurementofobstacledistanceandrapidfeedbacktothedriver,whenthedistanceexceedsthewarningvaluesystemitimmediatelyalarm,It’seasytopromptdriverstotakepreventivemeasures.Inaddition,thissystemalsocanbroadcastthedistanceinreal-timevoicethroughthekeypad.Keywords:Reversecrash;SCM;Ultrasonicranging

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目录

摘要IAbstractII第一章绪论1

1.1目的和意义11.2研究内容11.3可行性分析与技术要求2其次章系统的总体设计3

2.1超声波测距原理32.2超声波传感器的选择32.3温度补偿计算32.4主要元器件介绍4

2.4.1主控制器42.4.2显示模块LCD160252.4.3集成芯片CX20236A72.4.4语音芯片NY3P0358

第三章系统的硬件设计11

3.1单片机最小系统的设计11

3.1.1时钟电路设计113.1.2复位电路设计123.1.3供电电路设计123.2测距模块设计13

3.2.1超声波发射电路133.2.2超声波接收电路133.2.3温度补偿电路143.3语音模块设计153.4显示模块153.5报警模块15第四章系统的软件设计17

4.1超声波测距算法设计174.2语音播报程序设计18

4.2.1语音播报函数设计184.2.2播报调用算法设计19

第五章调试结果与改进方案20

5.1测量结果与分析205.2设计结论215.3改进方案21心得体会22长春建筑学院电气信息学院自动化专业本科毕业设计

第一章绪论

随着汽车行业的不断升级，人们对机动车安全驾驶方面的要求越来越高。一些针对倒车安全、自动入库、以及事故隐患报警的系统被不断提出，其市场需求量日渐上升。此次设计以单片机为核心控制器设计了一个简单实用的倒车防撞系统。该系统的核心模块是测距模块，采用超声波传感器进行信号采集，确凿地采集车身与障碍之间的距离，并迅速反馈给主控部分，进行数据的显示，距离达到危险值时进行警示。

1.1目的和意义

为了解决个人驾驶中的安全问题，实时、精准的指示倒车时本车车身与后方障碍物的距离，便利司机在倒车时保持与后车的安全距离，以保证行车驾驶过程中的安全，出于上述原因，倒车防撞系统成为汽车行业的重要研究方向。由于行车驾驶时周边的环境较为繁杂，采用单路传感进行距离检测时，对传感器的性能要求较高，并且对外界条件的可抗力较弱。故本次系统采用环境补偿设计，对测距的结果进行环境补偿、综合分析及判断，为驾驶中所遇到的问题提供最精准的解决方案。

本系统是通过超声测距技术检测车身与后方的距离，对车体的位置信息处理，从而使驾驶员了解自己驾驶的车辆相对周边环境的位置信息，判断自身车辆需要作出的反应，充分发挥人的能动性，使驾驶车辆和驾驶员本身最大程度上规避潜在的风险。目前，市场上大量汽车品牌纷纷推出自己的自动泊车系统，如奥迪新款的R8，福特的翼虎，宝马的i3。先进的自动泊车系统十分吸引高端客户群的眼球，但是他们都是基于最简单的测距原理，判断自身所处的环境位置，针对自身位置制定最合理的入库路线。相信随着技术的不断革新，越来越多的关于倒车安全的系统会不断产生，给驾驶安全带来更好的保障。

1.2研究内容

倒车防撞系统在实际使用过程中的缺陷和超声波测距时声速的环境补偿，本次设计主要针对环境补偿中的温度补偿部分进行了算法设计。在加深对软硬件学习的基础之上，设计制作可在实际生活中应用的倒车防撞系统，实现防止汽车发

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生碰撞的功能。具体内容如下：

(1)学习倒车防撞系统的基础架构；(2)选择主要的控制器件和传感器；(3)设计硬件电路；

(4)设计算法，实现预期功能；(5)联调，编写设计报告。

1.3可行性分析与技术要求

倒车防撞系统的设计初衷是为了解决机动车倒车过程中的安全性问题。由于倒车时驾驶人的视角范围有限，对车辆与障碍物之间的实际距离难以把握。想要做到防止车辆撞击其他物体，将车辆与其他物体间的距离实时、精准的反馈给驾驶人是最有效的方法。

该系统设计如下:

（1）对系统基础架构进行设计，选定测距模块的传感方式。

（2）对测距传感芯片的选型及安装底盘，设计系统整机结构安装框架。（3）系统包括主控制器，信号处理模块和测距模块，显示模块，报警模块及语音模块。系统整体设计如图1-1。

测距模块信号处理显示模块模块

主控制器报警模块语音模块图1-1系统组成框图

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其次章系统的总体设计

2.1超声波测距原理

超声波在传播的过程中会发生折射和反射效应，超声波测距装置主要是对超声波的反射效应加以利用。其发射部分发出固定频率的超声波信号，在发射的同时开始一段计时，此时接收部分短暂延时，避开发射信号。接收部分通过调理接收频率（类似收音机的接收调频），将接收频率固定在与发射部分同一频段。在收到回波信号后，马上中止计时，计算从发射到接收所用的时间T，通过资料查询了解声波在空气中的速度V，由此可以得出此时测距结果S的计算公式为S=VT/2（2.1）根据公式在程序中设计相应的算法流程，即可得出确凿的测距结果。

2.2超声波传感器的选择

超声波传感器的主要构成大致分为两类，一类是属于电致伸缩型，一类是磁致伸缩型。电致伸缩性传感器的其中一种传感器叫做压电式传感器，它的工作原理是将电能转换，形成机械振荡，由此产生超声波。在接收回波时，它也可以将机械振荡转换成大小的电能作为输出，因此压电式传感器主要有发送器和接收器。部分传感器也可以做收发两用的传感器，其主要工作频率为24KHz或40KHz。

本此设计选用的是小型超声波传感器，将发送部分和接收部分拆分开来，这种做法适用于小规模的测距系统。市场上这种传感器较多，型号一般有T/R-40-60，T/R-40-12等（R代表接收，T代表发送，40代表频率为40KHz，16及12代表其外径尺寸，单位为毫米）。此外，还有一种外加防护型的超声波传感器MA40EI型。这类传感器的特点是防水性较好，可以作为接近开关或料位使用，它的性能与前一种相比较好，但价格较高。

综上所述，结合本系统的设计目的和各种超声波传感器的特点，本设计选用的是TCT40-16T/R分体式超声波传感器。

2.3温度补偿计算

超声波在常温下传播的速度为340m/s，但空气中的湿度、压强、温度等环境因素很简单对超声波的传播速度造成影响，在这些环境因素中，温度对声速值的影响最大。寻常状况下温度每提高1摄氏度，声速值大约增加0.6m/s。部分温度

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下的声速值如表2-1

表2-1部分温度下的声速值

温度T/℃声速V/m·s-1

根据表2-1可知，温度对超声波测距系统的影响是很大的。假使得到不同环境条件下最确凿的测距结果，对声速进行精准的温度补偿是必不可少的。通过查阅大量的有关资料，以及想过的试验论证，得出温度的补偿公式为：

-30313-20319-103220331103372034430350V=331.5+0.607T（2.2）

其中，V代表实际传播声速，T代表传播时的环境温度。由公式可知，想要获得确凿的声速值，必需得到传播时的环境温度值T。本设计采用DS18B20检测环境温度，对测速过程中传播的声速值进行补偿。

2.4主要元器件介绍

2.4.1主控制器

STC89C52（以下简称C52）是宏晶科技发布的一种8位单片机控制芯片，其功耗低、指令与传统51系列单片机完全兼容，拥有8Kbytes的Flash（只读程序存储器），最多可供系统反复擦写1000次。C52虽然沿用传统的MCS-51内核，但增加了好多扩展使芯片具有传统51单片机未实现的一些功能。其优越的在线可编程功能和高速运行的内核，使C52在8位微控制器领域扮演着重要的角色，也成为好多产品技术发展的解决方案。

C52标准功能如下：

（1）内置4KBEEPROM（分成8个扇区，每个扇区分派512个字节，读写数据必需按字节操作，擦除数据必需按扇区操作，采用全双工串行口通信），

（2）8KbytesFlash（3）512字节RAM（4）32位I/O口（5）看门狗定时器（6）MAX810复位设计（7）3个16位计数器/定时器

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（8）4个外部中断（9）7向量4级中断结构

另外，C52支持静态规律操作（即主频降至0Hz），设置了2种可选模式（空闲模式时，中止内核的工作，RAM、定时器/计数器、串口、中断保持工作状态。掉电保护模式下，RAM内容立刻保存，中止振荡器的工作和控制器一切工作，等待下次中断的产生或硬件的复位操作）。最高内核频率35MHz，也可选6T/12T。

本系统选用C52的主要原因是它的烧写步骤较为简便，8KB的程序存储空间既可以满足系统程序的存储，也不至于过大而造成浪费。

2.4.2显示模块LCD1602

（1）简介

LCD1602，有时也称字符型液晶1602，主要应用于字母、符号、数字等基本点阵型字符的显示。一般最小组成单位为有5X11或5X8。其中每个点阵字符位可以显示单个字符，两个点阵字符位的中间预留了一个点距的间隔，两行的中间也有一些间隔，作为字符间距和行间距的显示。正由于这样，在显示画面时，它的效果很不理想，很难完整地显示图形（用自定义CGROM时，显示效果也不好），一般只用来制作一些简单的数据展示使用。

1602的意思是指最大的显示容量为16X2，也就是说他是一个可以显示两行、每行可以显示16个字符的液晶模块（显示字符或数字）。

目前市场上字符液晶基本都是由HD44780作为主控芯片，增加了一些外围扩展电路而形成的，控制原理也基本是相通的。正是由于这个原因，基于芯片HD44780的控制程序可移植性很强，大多数的控制程序都可以适用于不同厂商的生产的1602型字符型液晶。（2）管脚功能

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图2-1LCD1602封装图

LCD1602的外形如图2-1，具体管脚定义如下：第1脚：Vss电源地第2脚：Vcc电源正极

第3脚：VO液晶显示偏压信号调整端，本次设计采用了一个10K的电位器对此电压量进行调理。

第4脚：RS寄放器选择端，此管脚电平拉高时选择数据寄放器、电平拉低时选择命令寄放器。

第5脚：RW读写选择端，电平拉高时进行读指令操作，电平拉低时进行写指令操作。

第6脚：E（或EN）使能端，高电平日读取信息，低电平日执行指令。第7~14脚：D0~D7为8位数据传输端口。第15脚：背光电源正极第16脚：背光电源负极（3）基本操作时序

读状态输入：RS=L，RW=H，E=H

输出：D0~D7=状态字

读数据输入：RS=H，RW=L，E=H

输出：无

写指令输入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令码，E=高脉冲

输出：D0~D7=数据

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写数据输入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令码，E=高脉冲

输出：无

2.4.3集成芯片CX20236A

（1）简介

CX20236A是索尼公司根据其电视机产品需要，依照当时的技术需求生产

的一款红外接收专用的集成电路。早期用于彩电的红外遥控接收器，具有很强的抗干扰性和很高的灵敏度。封装采用直插式单排8脚，外观小巧，使用便利，整体电路采用+5V供电。（2）内部原理

图2-2CX20236A内部原理图

（3）引脚功能：

第1脚：IN信号输入端，输入阻抗一般为40kΩ

第2脚：C1增益调理端，此管脚与GND相连接形成RC串联网络，属于负反馈串联网络的其中一部分，改变R或者C的大小能调理前置放大器的频率特性和增益。增大R的值或减小C的值，都可以使负反馈量增大，信号放大倍数减小，反之，放大倍数增大。但改变C的大小会使频率特性发生改变，在实际使用中一般不会改动，本设计选用参数为R=4.7Ω，C=1μF。

第3脚：C2检波端，此管脚连接一个检波电容，随后接地，电容量大时调理为平均值检波，瞬间响应灵敏度较低；电容量小时调理为波峰检波，瞬间相应灵敏度较高。但电容量过小时，检波脉冲宽度动作较大，有可能形成误动作，故使用推荐参数为3.3μF。

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第4脚：GND接地端

第5脚：f0带通滤波器调整端，此管脚与电源正极间连接一个电阻，用来调整带通滤波器的中心频率f0，带通滤波器的中心频率会随着中间电阻阻值的增大而减小。本次设计中此电阻阻值取200KΩ，中心频率约40KHz。

第6脚：C3积分端，此管脚连接一个积分电容后接地，一般状况下大小为330pF，如电容容量过大，会使探测距离变短。

第7脚：OUT信号输出端，输出方式为集电极开路，所以此管脚必需外接上拉电阻至电源端，此电阻阻值一般设为22kΩ，在没有接收到返回信号时输出电平为高电平，有信号时则会变低。

第8脚：Vcc电源端

2.4.4语音芯片NY3P035

（1）简介

本设计所用的