基于单片机的倒车防撞报警系统设计8200字论文

基于单片机的倒车防撞报警系统设计 1 错误!未定义书签。 11.1课题研究背景 11.2课题研究现状 11.3本文内容安排 12.相关元件的工作原理 22.1HC-SR04超声波模块 22.1.1超声波测距原理 22.1.2超声波传感器工作原理 32.2传感器简介 62.2.1红外传感器简介 62.2.2热释电红外传感器 62.2.3热释电红外探头 72.3单片机简介 72.3.152单片机组成 82.3.252单片机引脚及功能 92.4TC35模块介绍 3.硬件电路设计 3.1电路设计总图 3.2发射接收电路设计 3.4复位电路设计 3.5发光二级管显示电路设计 3.6报警电路设计 4.软件系统设计 4.1程序设计 4.2系统总体结构图 4.3主程序工作流程图 5.系统测试 24 5.2系统功能测试 255.3测试结果 26参考文献 271汽车工业在现代社会飞速发展，越来越多的家庭拥有自己的汽车，随之而来的交通安全问题也凸显出来。对于开车技术不行或者开车安全意识低的驾驶员来说，他们最关心的还是能否安全地倒车，稍有不慎便会给自己和他人带来不变与损失，不仅会引起不必要的纠纷，他们甚至可能威胁到自己的生命。针对上述问题，人们发明了汽车倒车防撞报警器，它通过声源或直观的显示告诉驾驶员车辆周围障碍物的分布情况，帮助驾驶员解决视觉死角和视野狭窄的问题，提高倒车的安全性。近几十年来，在汽车安全领域，人们只研究汽车的被动安全。例如：保险杠的安装，安全气囊的安装等等。保险杠的安装虽然可以减少碰撞对汽车造成的伤害，但却不能避免对被撞人或物体的伤害，给人们的人身和财产安全带来安全隐患。还有汽车安全气囊的防护性与有效性没有那么理想。所以，现代社会对汽车的主动安全性方面的需求日益增加。同时，汽车作为大多数家庭重要的财产之一，如果造成丢失或者被偷窃，会给人们带来非常大的麻烦，所以汽车的安全性也非常重要，需要相应的防盗系统。自20世纪初以来，报警系统在北美已处于萌芽状态。在北美，人们在街上放警报箱，在有人呼救时发出声响，吸引附近警员的注意与援助；并且，附近的警局与这种呼救箱相连，使得呼救信息能穿至远一点的警察局。伴随着中国经济的飞速发展，中国汽车行业的制造水平逐步提升，汽车工业的市场规模逐步增大，倒车雷达是安装于汽车车身的部件，倒车雷达受益于汽车行业的快速发展。未来五年，中国倒车雷达行业将保持快速增长趋势，其市场规模将于2023年突破120亿元。中国倒车雷达厂商的研发、销售、制造能力逐步提高。同时近年的智能防盗监控水平也越来越好，中国的先进技术逐渐可以站在世界的代表地位上。本文主要分五个章节来进行论述：第一章介绍本次设计的研究背景与现状；22.相关元件的工作原理(1)相位检测方法有两种相位检测方法，第一种是通过发射不同频率的超声波来实有其固定频率，如果你改变频率，这可能会导致系统衰减。,因此不适合采用此方法。如果采用40kHz的超声波，一个周期可以检测到的距离如下：L=340×0.000025=0.0085(m)=8.5mm(2)振幅检测法，在这种方法中，先发射一个固定频率的超声波，然后检测接收到的超声波脉冲的强度。利用超声回波衰减理论对回波脉冲强度进行了分析，以此来计算出3所测物体的实际距离。(3)渡越时间法渡越时间法是在通过计时器计算探头超声波发射至接收的时间差。在环境一定的情况下，温度不变或者变化幅度较小，可以近似的视为常数，则声速也可视为常数。通过检测渡越即超声波到接收为止的时间，能够根据现场的不变音速求出测定对象的距离。超声波传感器的探头组成有：接头、压电晶片、楔块等，其主要功能是实现声、电的转换，是超声波检测装置最常用的传感器件和重要组成部分6。其中压电晶片在接收到发射电信号后便产生振动，即利用逆电压效应的原理发射超声波。当压电晶片说道超声波作用时，晶片被动产生振动造成的形变利用正电压效应变成相应电信号。以上便是传感器超声波的发售与接收。市场上的超声波传感器的制作主要用双压电陶瓷晶片91。双压电陶瓷晶片具有一下优点：需要较少的压电材料、价格低廉，而且非常适合在空气或者液体中使用。当向压电陶瓷的晶片施加固定频率的交流电压时，晶片的机械振动频率相同。通过振动在介质中传播的原理，产生并发射超声波。压电陶瓷晶片有固定的谐振频率，如果在该压电陶瓷晶片上施加与其频率相同的交流电压，此时超声波传感器具有较高的的灵敏程度。如果制作压电晶片的材料是不变的，压电晶片里的几何尺寸便是唯一影响固有频率的因素，利用这个特性，便能做出多种不同频率的超声传感器。这次的设计使用了HY-SF05的超声波传感器，可以测量2cm-450cm范围内的物体距离，测量距离的精度可精确到1mm;该传感器主要分为控制电路与超声波发射器、接收器。[1]测试的距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2.传感器引脚功能如下图：4c控制端接收端开关量输出端D5电气参数HY-SRF05超声波模块工作电压、工作电流和频率分别为5V、15mA和40Hz。测量范围为2cm-4.5cm。测量角度小于15度。电气参数工作电压工作电流工作频率最远射程最近射程测量角度15度输入触发信号10us的TTL脉冲输出回响信号输出TTL电平信号，与射程成比例规格尺寸如图所示，当电路给出10us以上的脉冲信号时，传感器会自动发出8个40KHz周期D公式：L=340×0.000025=0.0085(m)=8.5mm6触发信号循环发出8个40KHz脉冲模块内部发出信号输出回响图2-2时序图2.2传感器简介被动式红外探测器其本身不发射红外线或者其他信号，之所以称之为被动式，是因为它时通过传感器来接收外界的红外线辐射来进行工作。这种探测器主要是依靠人体发射的红外线进行工作的2]。探测器中有光学系统，可以探测接收来自各个方向的红外辐射，如此，热红外探测器可探测到体积空间物体的变化，也就是说，可探测到空间内人体的变化。由于所有的非生物体(如树木、墙等)所产生的红外辐射能量相对较小且稳定，则不能触发探测器工作。而探测器的探测区域突然出现移动的人体时，探测器内相应器件会将接收到的红外辐射转化为相应的电信号，再通过报警器发出报警信号。热释电红外传感器是一种高灵敏度的检测元件。它能探测到一定范围的人体红外信号，并通过内部元件将其转换成电信号，广泛应用于各种设备中。通过该装置放大微弱的电信号，可以驱动各种控制电路。7图2-3热释电传感器电路图2.2.3热释电红外探头探头中菲尼尔滤光可以增辐身体的特定波长的红外线辐射，并(1)该探头是针对探测人体反射的红外而设计出的。(2)该探头的表面覆盖有特别的菲尼尔滤光片，环境造成的影响几乎可以忽略，使(3)该探头的传感器包含两个反装的热释电元件，在无人的情况下，元件产生的电(4)当接收到人体红外辐射时，因为接收到的红外辐射不同，热释电元件产生不同(5)菲尼尔滤光片能够感应不同的距离，一次来实现范围监STC89C52RC是由宏晶公司推出的一种小型单片机，是电子工程师常用器件。其特点为采用Flash存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容，且采用高密度非易失存储器制造技术制造，将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，可以很快被中国广大用户接受。其程序的电可擦写特性，使得开发与试验比较容易，STC89C52RC有很宽的工作电源电压，可为2.7-6V,当工作在3V时，电流相当于6V工作时的1/4。STC89C52RC工作于12Hz时，动态电流为5.5mA,空闲态为1mA,掉电状态仅为20nA。这样小的功耗很适合于电池供电的小型控制系统。123456789图2-5STC89C52结构图2.4TC35模块介绍TC35型GSM短信息模块是目前生活中应用比较普遍的GSM模块，该模块在两个频段下工作：该模块工作在两个频段：GSM900MHz和GSM1800MHz。TC35具有体积小、安装方便的优点，可适应各种实际需要，可切割成各种系统。它可以通过40个引脚与应用电路连接，通过串行接口实现与应用电路的信息交换。TC35单电源电压为3.3V~5.5V,工作温度范围为-20~+55℃℃,串口可以工作在多种波TC35有多种工作模式：降低功耗模式、睡眠模式、软件激活模式和呼叫模式。天线接口电源图3-1电路设计总图块)、复位电路、发光二极管显示电路、报警电路等。因为超声波传感器的工作频率为40KHz,从超声波传器的特性曲线中可知，接收器的灵敏度会因为工作频率偏离而明显降低。当耗最小，进而测量距离增加。产生40KHz的驱动信号的方法有多种，本次设计中，使用单片机和晶振电路的组合作为信号发出装置，能产生非常首先，单片机执行烧入程序。MCU的p23端口产生10usTTL。超声波模块将产生8个40KHz脉冲信号并自动放大。信号将持续200秒。接收端接收到回波时，P22端输出两个回波信号，回波信号与被测距离成正比。当接收端接收到返回超声波图3-2发射与接收电路红外探测电路分为：红外线传感器、电压比较器、信号放脚输出1~10Hz的微弱电信号，经三极管Q1组成的一级放大电路放大，然后通过C2输入图3-3一级放大电路静态工作电流为100mA,最大放大倍数为1000倍。R3向s9014提供静态基极电压，放大PDPD十十醒整个电路8]。图3-6数字信号输入电路3.4复位电路设计为时两个机器周期的高电平，单片机完成复位。图3-3为复位电路。0图3-7复位电路图显示器是一个实际应用广泛并且非常典型的输计考虑到单片机的接口资源的限制和一些实际需求，选用了发光二极管LED显示器设备。因为超声波模块的测距范围在450cm以内，本文使用四个LED二极管用于显示测量的距离值。在单片机系统的应用中，LED显示屏的驱动方式有以下几种：;静态显示驱动程序和动态显示驱动程序。其中，静态显示驱动器是用恒流驱动每管脚分别与MCU的管脚相连。单片机只需较小，缺点是使用动态显示驱动需要其他硬件设备。如果显示的数字量也在增加，这将导致更多的成本和布线问题。所谓动态显示部分742153口工Ga8四位数码管显示空望茁ea1三图3-8数码管电路图3.6报警电路设计报警电路由运算放大器、led和蜂鸣器组成。两级运算放大器采用F007芯片，采用负反馈连接方式。在反比例运算电路中，根据“虚短路”和“此，可以认为两个输入端之间的差模电压近似为零，即uid=u=+≈0,即u=u+,并且UO具有一定的值。因为两个输入端子之间的电压为0,并且不是短路，所以称“虚拟短路”是由于输入电阻引起的→0理想的集成运算放大器，所以可以认为输入不带电流，即I=I+≈0,因此输入相当于开路，而不是开路，这就变成了“虚拟开路”。在电路中，反向输入和接地是等电位的，但它们并没有真正接地，这就是所谓的“接地”所以II=,if=,因为可以得到I_U0,II=if,UO=图3-9报警电路本次设计采用C语言版的keil软件来进行程序编写，程序主要分为主程序、计算子程序、通讯中断接收程序、数码管显示程序、中断子delayms(1000);delayms(1000);SendString("AT+CSMP=17,jdq=1;while(1){Keil是一款51系列单片机的软件开发系统，采用C语言来进行编程，具有简单、方便的优点。Keil软件通过一个集成开发程序组合了C编译器、库管理、链接器和仿真调试器等一系列的完整功能模块。运行Keil时操作系统可以为WINDOWSXP、WINDOWS7等一系列系统。Keil近乎是用C编程时的不二之选，由于简单易用，并有简易的集成环境和强劲的软件调试工具，若用其他语言编写程序，也可以选用，定能事半功倍。KeiluVision4软件界面图如图所示。程程-Waion4EHeEaitYiewProjecFLshQebuoPeripheralsToolsswsW004//传感器接口007/按健声明bS6N6abid-1~1:018anaignedintt021ansignedintcobitriag_en-0://允许布防计数加unsignedlongBJS-50;//报警距离30CM//标志布防成功2图4-1Keil软件界面图STC-ISP是一款单片机程序下载软件，是学习单片机必备也是比学的一款软件，他操作方便，界面友好，被运用于各个单片机设计中，如图为该软件界面图：STC-ISP(V6.85H)(销售电话官网：www.STCMCU.com(技术支持QQ:800003751)串口号最低波特率v零□使能6T☑内部扩展□下次冷启□下次下载口在代码区工作电压(V)^666666666T0>关干此芯片的重要说明：固住际本在6.6及以上时芯片丙部包含有全珠唯一ID号.重新代码时可使用烧录选项将ID号烧录到程序区的最后7字节中检检测DCU选项注意/帮助☑每次下载前都重新装载目标文件□当目标文件变化时自动装载并发送下载命令发布项目程序发布项目帮助读取本机硬盘号☑提示音成功计数3清零□当目标文件变化时自动装载并发送下载命令单单片机按键电路报警电路GSM模块显示电路超声波模块图4-3系统总体结构图开始开始令功能图4-4主程序工作流程图当前模式-防盗此次设计基于硬件将软件设计为两个模式，其为人体红外线防盗模式。(1)模式一：倒车防撞报警模式程序模式一的情况下，首先完成单片机初始化过程，然后不停调用超声波发射子程序，重复发射超声波信号，并且在每一次信号发射周期结束时检测是否发生中断，即接收端是否接收到回波，进而处罚外部中断子程序。NY?图4-5超声波程序流程(2)模式二为人体红外防盗报警模式：开始开始是结束图4-6红外探测程序流程图功能说明：当人体进入红外传感器探测范围时，报警器会发出警告，同时向车主发出短讯息。(3)计算子程序流程图：外部中断入口外部中断入口进入外部中断0读取THO*256时间值+TLOY计算距离结果送显示并报警提示开外部中断返回图4-7计算子程序流程图功能说明：流程图的计算公式读取出来的数据并不是所5.系统测试在本系统设计完成后，需要对设计的成品进行测试，主要测试目5.1检测仪器和设备其中电源用于供电；万用表用于检测系统中各器件的电接完好，检测各个器件是否正常工作。(1)系统线路检查：给系统接通电源，通过万用表检测系统各个线路的电压、电流情况，检测线路是否连接完好，器件是否能正常工作。(2)系统功能测试：接通电源并打开开关，检测各个按键是否正常工作，此时系统处于倒车防撞报警模式，通过将系统由远及近和由近及远地变化与墙壁的距离，测试系统的测距与报警功能；通过按键将体统调至防盗模式，用人体靠近