《基于单片机和超声波传感器的倒车防撞系统设计》14000字（论文）

第一章绪论1.1研究背景和意义根据我们中国国内的汽车经销协会在2021年发布的数据，中国国内的汽车行业在今年发生了巨变。到2021年的9月，中国已经拥有的注册汽车数量为3970万辆，截至到2021年年底的时候已经有超过3亿多辆的小汽车，并且新能源汽车的数量有可能会超过八百多万辆。就中国的目前拥有的汽车数量已经领先于其他国家。而且，道路上发生的交通事故造成的事故伤害往往是对人身和财产安全的最为严重的伤害威胁。此外，根据我们的实验数据统计，如果我们能够在碰撞的前一段时间发出警告提醒驾车人员，司机可以将驾驶过程中的碰撞风险降低到90%甚至更高。此外，由于每个驾驶人员各自的技术与车感存在一定的差异，这也就导致倒车碰撞的问题无法避免。本文将要研究的课题是通过采取超声波测距的方法，在驾驶员倒车过程中距离障碍物小于一定的距离时，我们可以触发报警系统提示驾驶人，达到最大程度避免汽车碰撞问题发生的目标，从某种意义上来说也是为了让我们随时随地都处于一个相对安全的环境。1.2倒车防撞系统现状在最开始的时候，只有宝马以及梅赛德斯-奔驰等高端的车型有条件安装防止碰撞的保护系统，但近几年来，伴随着人们安全意识的提高以及国家科学技术的高水平发展，汽车的防止碰撞的保护系统也逐渐开始被安装在一些新型的中低端的车型上。例如我们比较常见的别克，君越等汽车。当然，倒车防止碰撞的系统并没有完全普及，仍然有许多的车型没有安装防撞系统。随着对汽车防止碰撞保护装置的需求量日益增加，对于汽车防止碰撞系统的研究及安装逐渐演变成为社会上汽车配置发展的大趋势，汽车防碰撞系统的安装仿佛已经成为了各种各样的小汽车所必不可少的一种配置风格。越来越多的机构、公司以及各种高科技材料供应商都在尝试着对这项系统进行研究和开发，然后出售并且为我们的汽车拥有者进行安装。在社会倒车防撞系统大势所趋的条件下，对于该系统的高水平研究发展正在走向更远更优秀的方向。而且我们现在所拥有的倒车防碰撞系统伴随着一个高的测量精度和带宽。有一批人开发出了一种集成了超声波遥感技术的汽车防止碰撞的报警系统。该系统能够探测到我们的小汽车安装的传感器与障碍物之间的距离（基本上可以视为小汽车到障碍物的距离），并且给出结果。该系统的设计电路简单，操作起来较为方便，稳定性也符合我们的生产需求REF_Ref23453\r\h[1]。1.3超声波测距发展现状传感器技术的发展十分迅速，其检测技术也越来越多地被广泛应用于我们的日常生活与工作中。在一些含有毒物质或者烟雾等不适合工人实际操作的特殊的工作场合中，应当使用一些相关的辅助设备去完成我们整个的测量工作。而众所周知的通过超声波传感器而研发的测距技术（即超声波测距技术）是我们日常生产生活中较为常见的可以不接触而进行测距工作的重要方法之一，超声波测距结构极其简单、尺寸较小便于安装在我们的控制系统中、对于一些关键性数据的处理可靠而又准确，在众多的需要测距工作的场合得到了普遍的认可及广范围的使用。例如，在必须对一些液体液位进行精准测量的工作中，遇到一些对工作人员身体安全极其不利的液体或者气体，我们就不可能选择使用最常规的接触测量去完成这项工作。因为当有危险的因素出现在我们工作中的时候，不光是人身安全需要考虑，对于实验数据可能产生的一些不可避免的误差都需要考虑。所以我们在遇到这种无法克服的危险测量坏境的时候，优先考虑使用超声波技术进行工作，把人身安全放在第一位。超声波测距的技术在对机器人进行研究的领域中也占有较为重要的地位。同时，在许多关键性的生产部门也引进了超声波测距技术进行各种精准的测量工作。日常较为常见的旅游出行等,超声波技术也起了很大的作用。现在仍在继续改善生活,汽车存在于大部分人的家庭里,驾车人员也就大量增加,倒车也就成为了事故发生的重要因素之一。原因是司机在倒车时存在一部分盲区,不利于观察实际情况。然而这个时候汽车后面配备雷达就很重要，我们平常倒车所使用的雷达采用的方法就是超声波测距法。而我们的超声波技术可不仅仅是使用在汽车领域，就是日常进行捕鱼作业的渔民都离不开超声波技术对他们工作的大力支持，渔民在出海的时候需要借助我们的超声波技术来判断鱼群的大致走向，然后进行精准定位进行打捞，大大提高他们的出海效率。我们平时测量物体的物位采用的也是超声波测距技术，例如在航海过程中对船礁的测量等REF_Ref23607\r\h[2]。从各行各业对超声波技术的依赖程度可以看出，对于超声波技术的使用已经成为社会生产生活中不可替代的一部分，所以对其进行研究十分有必要。1.4倒车影像发展现状在我们平常倒车过程中所使用的摄像头成像系统是基于图像显示技术以及图像传感器成像技术所开发出来的一款超级实用型产品。倒车摄像头系统主要的工作原理是在汽车尾部安装摄像头对汽车尾部障碍物的分布情况进行实时检测，驾驶人员在挂倒挡开始倒车的时候，倒车防碰撞系统自动激活安装在汽车尾部的监控探头，然后将所测得的图像数据传输到我们的车载显示器上，方便司机对车辆的方向及时进行调整达到避开障碍物的目标。当倒车工作完成后，摄像头系统自动断开。伴随着高科技水平的发展及各种相关产品的相继问世，倒车成像技术也变得越来越完善。现在已经问世的各种各样的倒车影像系统涵盖了众多的型号、价格以及种类。日常生活中最为常见的图像显示技术有多功能反光镜、液晶显示器等。倒车成像系统的功能在研制的初期还不太完善。只要在车辆的后侧中央安装上一个小小的广角摄像机，就可以在汽车的显示屏或者后视镜上实时显示出车辆后侧以及周围的图像。简单的倒车成像系统弥补了传统倒车成像系统的缺点，但仍存在许多不足。虽然有很多车型的倒车成像系统都装载了倒车专用辅助线，但这种专用辅助线只能在车辆沿直线逆向时发挥良好的辅助作用，由于这种倒车辅助线功能的不完善以及一些弊端的存在就直接导致其没有大市场。我们现在主要进行研究的东西是能够实现辅助线与汽车方向盘之间的联动功能，从而实现辅助线随方向盘变化的目标。这就要求车辆内部配置必须要满足我们倒车辅助系统安装所需要的环境。在近几年来，红外线图像的出现为倒车辅助系统开辟了无限新的可能性。常用的倒车成像技术在夜间没有可见光的情况下已经失去了它原有的功能。红外线成像技术是根据所有物体能够发射红外的特点，利用不同物体发射出红外的差异性来获取红外需要的图像。基于红外线成像技术的倒车系统的安装超级简单，其安装原理与普通倒车系统的安装相类似。红外摄像机通常安装在汽车的后部，可以采集汽车后方的视觉，并且显示在汽车内部屏幕上。值得一提的是，广角红外线摄像机可以以170度的视角接近车辆后并且捕捉到全景图像，能够有效避免大面积盲区的出现REF_Ref23721\r\h[3]。1.5倒车雷达发展现状倒车雷达主要经历了七代产品的更替，每一代的产品都有它的特点及优势，并且每一代的产品都比上一代的产品性能优越REF_Ref2042\r\h[4]。第一代与第二代的产品构造及性能相当简单，仅有声音报警这一项功能。倒车雷达的第三代产品的性能就相对得到了一些改进，增加了数码显示功能。这一款产品可以让我们的驾驶人员更为直观明了的看出行驶中的车辆与后方阻挡物之间的间距。这一款产品同时提供了数字显示技术及波段显示技术两个显示功能给使用者做选择。当发展到第四代的时候，我们的倒车雷达就拥有了比之前几代产品更先进的配置。最为突出的特点是它装备了液晶显示屏，这时候驾驶人员对距离的观察就更为直观。这一进步也是倒车雷达发展史上里程碑性的进步。发展到第五代的倒车雷达所配备的是魔镜倒车雷达。这一代产品不仅集成了前四代倒车雷达的优点，还加入了最新发展的仿生距离测量技术，可以实时并且十分准确地探测到2米以内的阻挡车辆的物体，还可以通过发出不同频率的声音以及利用功能完善的显示器向驾驶员发出警告。具体报警程度取决于车身周围障碍物的具体分布情况。随着技术的不断更新，发展到第六代产品的时候，就已经初步形成了我们现代先进的倒车雷达系统。该系统糅合了雷达功能、液晶显示功能、声音报警功能、无线连接功能。技术在不断更新，产品在不断更替。第七代的倒车雷达系统可以称为现在所研发出来的最为先进的倒车辅助系统之一。这一代的产品是把汽车自带的调频功能融合到雷达系统中，使得倒车系统更加完善，更加方便，更加先进REF_Ref2133\r\h[5]。1.6倒车防撞系统的发展前景随着我们国家科学技术水平的快速提升，人们的日常生活得到了大大的改善，汽车或许在不久的将来会成为每家每户所必需的出行代步工具，在这种大势所趋的社会背景下，对于倒车防撞系统的研发也越来越重要，其应用市场一定会扩大。1.7现阶段我国倒车系统存在的问题（1）留给驾驶人员的预警时间不足说到现存的倒车系统存在的主要弊端，我们首先应当想到的是遇到障碍物的时候留给我们驾驶人员的反应时间不够。由于我们平常所使用的测距传感器所能探测的范围有限，所以当系统能够检测到障碍物的时候车辆本身就已经靠近障碍物了，这就直接导致了我们反应的时间紧缺。根据大部分的实验数据显示，许多的倒车辅助系统使用的传感器能够探测障碍物的有效距离大概是0.6米到2.5米左右，这段距离相对于行驶中的汽车就小的可以忽略，所以我们的预警时间就明显不够。传感器数据更新反映速度迟钝现存的倒车雷达系统还需要考虑到的一个弊端就是传感器检测到的数据并不能实时反馈回来，在整个数据反馈的过程中会有1秒到2秒的延迟时间，这就意味着驾驶员收到距离反馈的时间会稍微晚一点，再加上本身检测到障碍物时的距离就小，这也就导致了留给驾驶人员的反应时间不足。（3）倒车系统存在一定的盲区由于倒车系统传感器数量的原因，对障碍物感应会有一定的盲区，本设计是通过三个超声波传感器较大限度的减少倒车系统的盲区。其原理如图1.1所示。图1.1倒车过程传感器工作原理图第二章超声波测距原理2.1超声波概述我们通常研究的声波是属于物理学科范畴内的一部分，它主要对声波方面的一些知识进行研究，其内容包括声波的产生以及传播规律等方面的东西。声波这种东西主要的性质其实就是机械波,而声波在整个传播过程中依靠的唯一方法就是采用机械振动的方法完成传播。通常我们所说的声波的频率其实指的就是声音进行机械振动的频率，而且不同频率段的声波我们对它们的定义也不同。日常所见的声波主要分为四大类。有一种频率特别低的声波我们正常的听力是感觉不到的，就是我们通俗意义上所说的次声波，其振荡频率一般是在20赫兹以下的一个范围内；第二种声波正好可以被我们正常的听觉所感知，我们一般称为能听见的声音，即可闻声波，其震荡的频率通常是在20赫兹到20000赫兹的一个范围内；第三种声波也就是我们本设计所提到的超声波，其振荡频率通常是在两万赫兹到十亿赫兹；而当声波震荡的频率范围超过了超声波振荡频率的时候我们就称其为特超声波。声波的震动都是由机械振动进行传播，所以其实各种声波之间并没有本质性的区别，只是由于振动频率不同所以用途不同。当然许多医院的身体内部检查也用到了超声波技术等。除了医学领域外，超声波还被用在了日常的生活生产领域。总而言之，超声波的应用遍及了我们生活中的众多领域，给我们的生活带来了许多的便利REF_Ref23333\r\h[6]。生活中较为常见的一些声波的频率分布如图2.1所示。图2.1声波频率分布图2.2超声波基本特性(1)超声波具有特别优良的指向性能。只要我们选用的装置在发射超声波的时候方向是明确、不变化的，即方向是固定的那么它在传播的时候一定是沿着这个方向进行传播的。所以我们可以利用其传播特点令其沿着我们设定好的方向去探测障碍物。(2)超声波的穿透能力也强。通过各种实验数据的显示，超声波传播的时候基本不受固、液体的影响，但受空气的影响较大，其振荡频率在空气中会衰减。当碰到一些比较厚重的介质的时候，超声波可以直接将其穿透。当遇到分界面的时候，超声波原路返回。(3)超声波的抗干扰能力极强。超声波在传播过程中基本不会被各种恶劣环境影响。(4)超声波的传播需要介质。超声波和普通的声波一样，如果遇到真空坏境，超声波的传播就停止了。但超声波有一个优点就是虽然具有穿透性，但不会破坏物体的内部结构REF_Ref22696\r\h[7]。2.3超声波测距的方式生活中无处不在的超声波演变出来的测距技术已经逐渐成为了许多测距项目中所使用的主流技术。而超声波的测距技术又由于测距使用的原理不同分成了许许多多的种类。日常工作中最常见的超声波测距的方法有利用声波的相位进行检测距离，即我们常说的相位法；利用发射的声波和返回的声波之间的的互相关函数进行检测距离，即我们常说的互相关法；利用设定临界值的方法去判断物体的一个运动状态，即我们所说的固定阈值法；利用物体运动的时间以及相关的物理知识去计算物体运动的距离，即我们常说的渡越时间法。几种常见的方法相互比较之后的数据来看，我们提到的渡越时间法就有很大的优越性，这种测距方法的结构通俗易懂，其测量的精度及测量的距离都可以较大程度上满足我们的生产生活需求,所以较其他方法而言应用相对比较广泛。下面我们来介绍一下较为常用的几种测距方法。2.3.1相位检测法当我们的超声波测距装置安装就绪开始测距工作的时候，其超声波发射端能够按照特定的频率发射出一些正弦形式的声波。当发射出去的这些超声波在传播过程中路途不通畅的时候会产生回波反射现象，将反射回来的波与发射出去的波进行比较，通过测量手段得出几个正弦电压之间存在的相位差，并且通过相位差测量两个正弦波之间的距离，并根据此数据计算出我们需要的距离。常用的还有两种其他类型的相位检查办法:一种是用单超声波传感器进行观察检测，另一种是利用发射频率不同的超声波进行观察检测。但是这种方法的缺点就是容易产生一些不可避免的误差。2.3.2互相关法互相关方法就是找到两个参量之间的一些内在联系的方法。它的基本原理是利用发射的声波和返回的声波之间的的互相关函数。当互相关函数的函数值达到最大值的时候，利用此最大值相对应的时间减去经过的时间。从逻辑上来看，这种方法确实是可行的，但在一般的情况下，在整个超声波的传输过程中我们的超声波的波形会发生一些畸变，从而就会对我们的测量精度产生一些不好的影响。并且这种方法所需要的相关性的函数公式也不好求取，整个计算过程也相对比较复杂且容易出错。2.3.3固定阈值法这种方法是选择一个确定的阈值。当接收到的回波信号的振幅超过这个阈值的时候，我们就认为是发射出去的超声波已经返回来了。虽然这种方法操作起来比较简单，但是其存在的误差相对较大。由于超声波的回波的振幅信号没有固定的信号值，振幅信号随着声波传播距离的变化而进行持续性变化。在我们工作中需要测量的距离相对比较近的时候，超声波测距装置产生的回波到达第一个脉冲时比较装置就可以被激活进入工作状态；相反，工作中需要测量的距离相对较长的时候，超声波装置产生的回波对比较装置的激活可能就会出现问题，所以就会导致了一些误差的出现，这种方法的使用也就由于误差的不可避免而受到了一定的限制。2.3.4渡越时间法渡越时间检测方法计算距离所依据的最主要的数学公式是，其中所表示的是超声波在整个传播的过程中所经历过的距离，和所表示的是对应的超声波在某个对应的环境中进行传播的速度以及传播的时间。这种方法操作起来相对简单，效果准确有效，相对其他的方法来说也是比较实用的。由于测距工作中受到了多方面不确定因素的制约，其他的几种测距方法因为无法消除的弊端而得不到广泛的应用。这时，渡越时间法的优势就得以体现，结构通俗易懂，距离相对较大，精度也相对较高。各方面都满足我们的实验要求，所以我们采用渡越时间法的测距方式来完成我们的测距环节的设计。2.4超声波测距原理我们平时用的超声波测距的原理非常容易被使用者理解。首先由我们的发射设备向前方发出超声波，在发射出去超声波的同时，我们的计时设备进行计时工作。然后就让发射的超声波在介质中自由传播，在传播的过程中前方传播路途不通畅的时候，即碰到障碍物的时候，传播过程结束，超声波原路返回，并反馈给系统的信号接收设备。当信号反馈工作结束的时候计时设备也停止工作。超声波在一般的空气环境中的传播速度大概是每秒340米的样子，误差也不会很大。然后把整个的声波传播过程所消耗的时间t存储至系统内部，然后根据相应的物理公式求取整个传播过程所走过的距离。因为我们的计时设备包含了超声波往返过程的时间，但我们只需要单程所消耗的时间。所以最终求取出来的距离我们需要除以2。超声波的正常传播速度应该是每小时1224千米（差不多每秒340米），所以我们的汽车与障碍物之间的实际距离应该是。其具体的测距原理图如图2.2所示REF_Ref2456\r\h[8]。图2.2超声波测距原理图2.5传感器的性能指标测距环节最重要的就是实验器件的选型，也就是传感器的选型，传感器选型的时候最先考虑到的应当就是传感器的性能指标是否符合我们的设计要求，常见的一些指标有以下几种。(1)首先考虑传感器的工作频率，不同的工作频率下能量的输出值是不同的，在设计的时候要选择工作频率适当的传感器，频率过高或过低都会使实验数据产生误差。(2)还应当考虑到的就是我们传感器工作环境的实际温度，因为不同温度下某些传感器的工作性能是不同的，很可能会因为不同的温度给我们的实验数据带来偏差，所以选择传感器的时候要考虑其能够正常工作的温度范围。(3)传感器作为一种精密器件，我们最应该重视的就是其灵敏度。灵敏度高的传感器测量精度高，实验所产生的误差小。2.6超声波声波与温度的关系声波在整个传播的过程中的传播速度很可能会受多方面因素的影响，但是温度因素对其传播速度的影响最为明显。若是声波在传播的过程中其周围环境温差较大，那么其传播速度可能就截然不同。若是周围坏境的温度变化没有很明显，则对其传播速度的影响可以忽略不计。但是对于精确度特别高的测距系统来说，我们就需要通过温度补偿的环节来减小误差。各种不同温度下的声波的传播速度如表2.1所示。表2.1多种不同温度下的声速2.7传感器温度补偿方法冷端温度修正法：用热电偶对温度进行测量的时候，首先我们要知道某一端的温度。假如这一端点的温度能够永远保持在零度，那么另一端的温度我们便可以通过查表的方式得知。但是由于我们测量的环境不可能是理想环境，所以就不会有绝对的冷端零点，这样就导致我们的测量数据出现问题，所以为了弥补这种问题我们就需要进行冷端温度补偿。补偿导线法：为了对因设备连接处的温度变化而导致的误差进行补偿，我们使用补偿导线把各个部分的测量装置连接起来进行温度补偿。软件算法补偿法：本设计使用的温度补偿方法主要是将温度传感器测回来的温度记录下来，然后利用一些补偿算法对温度变化造成的数据误差进行补偿REF_Ref2708\r\h[9]。第三章系统硬件设计3.1控制方案的选择我们通常对超声波测距技术的研究主要是有以下三种方案：（1）一般我们在进行设计的时候，采用的是单片机控制单个传感器的方法，但是由于单片机控制的传感器的数量相对较少，所以测量出来结果相对比较单一，无法满足设计要求。（2）还有一种方法就是利用计算机等一些大型的设备控制传感器进行相应的工作，这种方法虽然说操作起来简单一些，结果更为直观。但是其结构相对其他的系统来说就比较大，不方便安装，因此这种方法一般不在我们的考虑范围内。（3）为了考虑到设计的方便可行性，我们选择单片机控制传感器的方法。出于对实验数据精准性、误差可消除性等多方面因素的考虑，实验过程中我们用的最多的方法就是增加传感器的数量来扩大测量范围，然后我们根据传感器反馈回来的数据判断出目标障碍物的位置。本设计主要是研究一个辅助工具作为我们日常倒车过程中的防撞报警器。研究的主要目标就是实现超声波测距以及蜂鸣器报警功能。由于驾驶者在倒车时，车辆周围及后方的障碍物不容易被直接发现，就容易发生事故，因此该系统提醒驾驶者注意后方障碍物的主要作用就得以体现。所以，我们的超声波倒车防撞系统需要拥有以下几项功能：(1)系统能够指挥超声波模块发出声波。(2)系统能够处理超声波模块反馈回来的信息。(3)系统能够实现对周围环境温度的测量，并进行相应的温度补偿。(4)系统能够较为准确地计算出我们需要的距离，并且系统能够在我们期望的距离范围内报警。3.2系统整体结构结合我们上述所需要的要求，我们需要设计的单元有超声波模块组成的测距单元、温度传感器组成的温度补偿单元、电源单元、数据设置单元、由蜂鸣器构成的报警单元、以及由核心控制器构成的单片机控制单元。图3.1所展示的就是本设计整体的系统结构图。图3.1系统整体结构框图具体工作原理如下：当汽车驾驶员挂倒挡进行倒车的时候,整个的倒车防撞系统进入工作状态，超声波装置直接向远处发射超声波，然后当超声波在传播过程中路途不通畅也就是遇到障碍物的时候原路返回，返回来的信号被送到超声波接收装置，由单片机的定时器记录整个过程持续的时间。在这个过程中，温度补偿模块对当前温度进行测量并且读取当前温度送给单片机，单片机需要根据相关的公式进行温度补偿计算，从而得出当前温度下实际的测量距离。然后，单片机还需要将计算得到的距离值与我们设定好的距离阈值进行比较，决定是否发出报警REF_Ref24051\r\h[10]。3.3所用硬件的选型经过多种测距方法的比较，我们选择对车辆与障碍物之间距离的探测方法用渡越时间法。本设计主要包含的单元有单片机组成的主控制单元，超声波模块构成的测距单元，型号传感器构成的温度补偿单元，以及以蜂鸣器为主要器件的报警模块。3.3.1控制器的选择考虑到价格、操作难易程度、性价比等因素，本设计选择使用型号单片机开发板作为核心控制器。开发板简介：这一种型号的控制器功能较为丰富，构造相对比较简单。拥有一个电源指示灯以及两个状态指示灯；还设有用于通信功能的接口；装备了一个为内部提供电源的电池座以及一个用于帮助进行复位的复位按钮；还包含了一个5伏一个3.3伏的电源接口，一个接地的接口；最有特点的是，所有的口全部引出（晶振的口除外），为我们连接外设提供了方便。我们采用的开发板如图3.2所示。图3.2开发板实物图3.3.2超声波传感器的选择在我们设计的过程中为了使电路简单明了，直接选择简单而又实用的型号超声波传感器组成我们的测距单元。该型号的传感器精度、价钱、测量范围比其他型号的传感器更适合我们的设计。只需要给其一个脉冲信号就可以正常工作，而且功耗还不大。我们选择的超声波模块如图3.3所示。图3.3实物图我们使用的模块包含了电源（）、接地（）、控制端（）以及接收端（）等四个接口。需要完成测距功能的时候只需要将控制端与接收端连接到单片机上。单片机给传感器控制端一个超过十微秒的高电平信号，该模块就会产生超声波向前发射，而超声波发送完的同时模块的接收端会转变为高电平。模块发出去的超声波当遇到前方的阻碍物时，信号将会返回，反馈到我们测距模块接收器的时候，接收端的电平信号由高电平变更为低电平。而接收端高电平所持续的时间就是我们声波信号在空气中的传播所经历的往返时间。根据相关的公式计算出测距模块与障碍物之间的实际距离。3.3.3温度补偿模块选择 种种实验数据表明，超声波的实际传播速度受到了其周围环境的严重影响。考虑到温度变化对我们实验准确性等方面的影响，我们需要加入温度补偿这一环节来保证结果的可靠性，当超声波模块在工作的时候我们需要引入一个温度传感器对温度进行实时测量。本设计选取性价比高操作简单的型号的传感器对温度进行检测。其实际构造如图3.4所示。图3.4传感器实物图该型号的温度传感器测温步骤非常简单。连接好线路后先对其进行复位，回到初始状态；然后对其下达温度转换的指令并将温度转换命令编译到内存中；最后读取内存中我们所需要的数据即可。3.3.4蜂鸣器报警模块选择常见的蜂鸣器种类并不多，其最主要的区别就是有源型或者是无源型。但是两种蜂鸣器相比较而言，有源蜂鸣器优点众多。首先，这种蜂鸣器构造极其简单，方便上手；只要给其引脚一个脉冲信号，该蜂鸣器就可以正常工作发出声音，并且这种声音的频率可由我们人为操控，所以就更适合用在实验设计中。尤其是在本文这种测距系统的研究中，利用有源蜂鸣器声音频率可控的特性，当车辆与障碍物的距离由远及近的时候，蜂鸣器报警的频率便可以设计为由慢到快。有源蜂鸣器非常简单，只需要一路信号即可，而且单片机控制系统只需要使用信号就可以让蜂鸣器实现报警的功能，并且通过改变占空比的方式来控制蜂鸣器报警声音的频率。电路连接方便且控制效果较好。有源蜂鸣器具体构造如图3.5所示。图3.5蜂鸣器实物图3.4单片机最小系统电路设计3.4.1启动电路在系统复位后，我们可以通过对引脚引脚状态的改变选择系统在复位之后的启动模式。我设计的单片机启动电路如图3.6所示。图3.6启动电路3.4.2晶振电路单片机在复位后使用的是频率为8的外部晶振，并且通过倍频后可使得时钟达到72。我设计的单片机晶振电路如图3.7所示。图3.7晶振电路3.4.3复位电路单片机的复位功能就是让我们的系统回到初始值状态，然后整个系统程序从头开始运行，将内部寄存器、存储单元等各部分的数据恢复到默认的初始值。图3.8所示就是单片机复位电路。图3.8复位电路3.4.4电源电路我们选择的这个型号的单片机使用的是3.3伏的电压，当我们给单片机接通电源后，通过稳压器等各个部分的处理，稳定的电压被输送到单片机内部。我们使用的单片机的电源电路如图3.9所示。图3.9电源电路3.5单片机外围电路设计我们在本设计中所使用的单片机为,在整个的设计过程中与外围电路连接需要用到的引脚如图3.10所示。图3.10单片机部分引脚示意图3.5.1温度补偿电路设计我们在设计中用到的温度补偿器是，其电路原理图如图3.11所示。图3.11原理图温度传感器三个引脚的具体连接方法如表3.1所示。表3.1温度传感器引脚连接数据3.5.2超声传感电路设计我们选用的超声波传感器是三个相同的模块，这个模块和单片机电路连接的地方的原理图如图3.12所示。图3.12原理图超声波模块各个引脚的具体连接方法如表3.3所示。表3.3超声波传感器引脚连接数据3.5.3报警电路设计在本设计中选择有源型蜂鸣器构造我们的报警模块，其与单片机的连接如图3.13所示。图3.13蜂鸣器原理图蜂鸣器的各个引脚的连接方法如表3.4所示。表3.4蜂鸣器引脚数据3.6单片机与外围电路整体设计将我们整个设计需要的个部分电路图通过软件设计出来，然后按照我们设计所需要的要求对电路进行连接，最后构成了我们系统的整体电路图REF_Ref3008\r\h[11]，其整体电路图如图3.14所示。图3.14倒车防撞系统整体电路图先把系统各部分电路连接起来，然后对系统进行调试。当系统可以正常工作时，开始我们的实验设计。给定控制器一个距离阈值，当我们开始倒车的时候单片机给超声波模块一个启动信号，让超声波开始发射并且接收返回的超声波，并不断的将测的距离传送给控制器。当距离小于我们所设定的最小距离时，蜂鸣器模块通电，开始报警；当距离大于我们设定的最小距离时，蜂鸣器模块断电，报警停止。第四章系统软件设计为了方便我们设计的进行以及简化我们的设计结构，本设计是把我们所需要的东西按照功能划分几个小部分，然后对划分出来的各个模块分别进行编程设计，最后把这些小部分整合在一起构成我们的整个系统。这种方法有效避免了繁琐的过程，也方便我们直接了当的了解各个部分的功能。当系统出现一些小问题的时候，也便于我们快速进行排查。使用模块化的方法进行编程也可以让我们的思路更加清晰，将整个大程序分为几个小程序来写还有效降低了编程的错误率。下面我们逐个介绍划分出来的各个小结构REF_Ref24234\r\h[12]。4.1主程序框图系统的主程序框图如下图4.1所示。图4.1系统程序框图整个系统进入工作状态后的大致流程如图4.1所示。当驾驶员进行倒车工作的时候，我们的倒车防撞系统便自动激活进入工作状态。系统首先对各项数据进行初始化防止残余数据对本次测量造成误差。首先由传感器向远方发出超声波，待一段时间后，系统判断是否有回波返回到我们的接收装置。如果产生了回波，则说明前方有障碍物，记录好整个过程消耗的时间，根据实际温度求取此时的声速，然后计算出与障碍物之间的距离并且反馈给驾驶人；若没有收到反馈回来的声波信号，三组传感器继续进行工作，一直到测到障碍物的时候。系统对测得的距离数据进行分析比对，判断是否需要进行报警。4.2测温程序框图型号的温度传感器构造十分简单，上手也相当容易。当我们的实验对温度方面的要求不是很高时，就可以选择这个型号的温度传感器，性价比高。连接好线路后先对其进行初始化设置，回到初始状态；然后启动温度转换并对其下达温度转换的指令；跳过ROM指令，最后读取内存中我们所需要的数据。我们的测温程序框图如图4.2所示。图4.2测温程序框图我们整个的测温工作结束后，记录好测出来的温度数据。4.3超声波测距程序框图在系统开始工作的时候给我们传感器的端置高电平大概10，当检测到传感器的端变为高电平的时候，单片机的计时器开始计时工作，直到传感器的端变为低电平的时候说明整个超声波信号的传播过程结束，然后根据我们设定好的距离公式计算出距离。如图4.3所示是我们本设计的测距程序框图。图4.3测距程序框图4.4定时中断程序框图我们的定时中断程序框图如图4.4所示。首先给我们的定时器进行相关的参数设置，然后将初值开中断根据我们的设计需求设定好。当倒车系统开始工作的时候，计时器开始工作，当系统遇到外部中断的时候，直接关闭定时器令其停止工作。图4.4定时器程序4.5测距程序当我们的超声波开始传播的时候就意味着我们的测距工作已经开始了，先根据我们的测温环节读取出当时超声波所处的环境温度，然后根据读取出当前环境下超声波传播的速度，然后再从我们单片机的定时器读取超声波传播所用的时，最后根据我们编辑好的距离公式计算出我们需要的距离。如图4.5所示为本设计的测距流程。图4.5测距流程图第五章总结与展望我们的这个课题主要是研究一个辅助工具作为我们日常倒车过程中的防撞报警器，我们选则型号的单片机作为我们的主控制器。我们需要设计的单元有超声波传感器组成的测距单元、温度传感器组成的温度补偿单元、电源单元、数据设置单元、由蜂鸣器构成的报警单元、单片机组成的主控制单元。 超声波测距模块使用的是型传感器，这款传感器性价比较高，操作方便，可以很好的满足我们对系统的需求。单片机控制模块我们使用的是型单片机，该型号系统开发板性能优越，功能丰富，是我们设计过程中比较实用的一款控制器。在整个报警模块的设计中出于便捷性、准确性、价钱等各方面因素的考虑，我们对蜂鸣器的选择是有源型。温度补偿模块我们基于成本、安装难易程度、性价比等方面的原因，选择使用型号的传感器。本设计主要是对减少盲区方面进行了一个改进，使用三个传感器多次实验进行调试角度，找到盲区最小的一个角度作为我们本设计最终的一个连接角度，尽可能最大的减小盲区，达到最大角度测量障碍物的目标。但是传感器测量距离有限，较远的时候对障碍物的检测还不能够实现，希望以后随着技术的发展可以有更多优越性能的传感器可以用在我们的实验设计上。 通过对该系统的研究，我意识到了自己的许多不足。同时，本设计还有许多的地方可以改进，将来还有很大的发展余地。也祝愿我们的祖国在科技方面的发展能够走在世界的前沿，愿越来越多的学子投身科研为祖国的发展献力献策。参考文献杨崇新.汽车全方位自助防碰撞系统的研制[D].青岛：青岛科技大