【《基于超声波技术的汽车防撞报警系统方案设计》6100字（论文）】

基于超声波技术的汽车防撞报警系统方案设计第1章汽车防撞报警系统方案的整体设计本论文主要研究探讨的是依据51单片机利用超声波测距原理的一种应用。现在的车辆基本上都配有倒车影像这一软件，它可以很好地辅助到车辆驾驶人员进行倒车行为，相当于人的第二双眼睛。但同时也有大部分车辆驾驶人是对于影像中的距离是没有一个具体概念的，这与我们每个人对于空间的认知能力是有一定联系的。日常生活中我们最长接触到的交通工具就是公交车了。公交车在道路行驶的过程中，就存在了许多的不可以感知到盲点。从公交车的车前方进行分析，一般车辆的公交车师傅车位的设计是较高的，车辆的前方与车辆内的尾部区域是有接近两米的一个长方区域的不可观测面积大小的。另一种是从公交车靠近公交站牌进行分析，驶入这个停车区域时，周围的妨碍物品和人员肯定是一个处于相对混乱的状态，且人员是具有有流动性的，地理位置不固定，那么不固定的危险因素随时会出现。公交车的驾驶人员的关注点会落在乘客人员的上车和下车的状况下，此时突然出现一群赶这辆公交车的乘客，但此时他们正位于这辆公交车的左侧而不是右侧有车门入口的这边，他们会突然的绕道车辆的前方去往右侧上车，这是司机师傅根本注意不到这种行为正好在进行车辆起步行为，但幸好司机师傅即使应急进行刹车才解除了安全警报。这也就说明车辆的右侧前方车轮是具有危险的，车辆距离正常的一个地面高度是有一定高度的，若一个一个路人蹲下或者是儿童的身高低于这个距离地面的高度，那么这个路人或者是儿童在驾驶车辆的人员眼里是不存在的，那么危险的到来可想而知，后果严重到超乎想象之外。这时候可以给我们给予帮助的就是雷达系统。而雷达系统就是根据超声波测距原理而来的。1.1汽车防撞报警系统方案的选型本论文选择的方案为日常生活中大家出行时的日常辅助安全工具，它的主要功能为当驾驶人员在驾车行驶过程中遇到障碍物时，可以及时获取提醒和采取相应措施。以下为它应具有的一些必要功能：可以激励到超声波传感器传递发送超声波信号。可以进行经过反射的回波信号的接收的相关处理。可以实现对外部比较接近的一个地理环境的感知测量。可以实现距离障碍物之间的一个较为精确的距离，当这个距离小于设定的距离报警值时，可以及时报警提醒车辆驾驶人，及时采取安全措施。根据以上的方案选型和基本实现的必要功能，其具体的一个工作流程为：当汽车进行倒车的行为时，同时系统也在同一时间进行工作。控制单元开始发出信号指令给超声波传感器，超声波传感器得到信号后会及时的发射超声波，当超声波遇到障碍物时就会返回被接收，控制单元会进行计算处理控制单元就会记录下这期间的时间，从而控制单元就会得出这期间汽车的尾部与障碍物之间的一个距离，最后将结果传输到显示模块与之前设定的数值要求进行比较，从而倒车防撞报警系统实现报警。大致的结构图如下：汽车倒车防撞报警系统结构图1.2器件的选型单片机：本论文选用的是AT89C51单片机。片内配置通用8位中央处理器和flash存储单元。当单片机出现在大众视野时51系列就已经存在了，在它的基础上又衍生出现了多种系列产品，算的是是单片机的鼻祖，基于它的性价比较高，所以在市场上的份额占比较大，属于通用的一个元器件，所以本设计采用此单片机进行控制。超声波模块：超声波在本论文中选用的型号是HC-SR04。该模块测距精度较高。模块自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回。显示模块：本论文采用的是LCD12864液晶显示模块，该显示模块能显示的中文汉字、数字、字符。可以显示数字与字符的个数为64个，能显示的汉字的个数为32个。其内置了接近万个中文汉字、百余个字符。与外部单片机的通讯方式有并行或串行两种通讯方式，非常适用于本设计。温度模块：温度模块选用DS18B20。主要是由64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器组成。本身的测量范围很广大约在-55摄氏度到125摄氏度之间，测温分辨率可以达到0.0625摄氏度。报警警示模块：使用的是最常见最普遍的蜂鸣器来进行工作。第2章倒车防撞报警系统的软硬件设计其通俗极易理解的工作方式可以大致叙述为：车辆开始工作运行进行倒车的活动时，本文研究探讨的这种系统就会被触发自行启动，拥有的8个探头会有秩序一般的依次轮番的进行超声波信号的发出行为，当发出的超声波能量信号在途中遇到无法躲让的妨碍物体会被反射回来，依据实际理论上的超声波在相应环境中传输所消耗的时间，同时温度模块经过工作处理最终得到声速，这样就可以实现获得距离数据。距离数据在经过传输运算整合显示到显示屏上，与设定的基本安全距离数值进行比较处理，做出相应结果处理。同时也因为超声自身存在一定缺陷也就是会受温度的牵制，所以及时加入了温度模块。2.1硬件设计AT89C51单片机是最常用的51芯片。AT89C51是一种8位制的单片机。它本身所具有的引脚较多，其中包括最基本的电源引脚和输入及输出引脚等等。单片机就好比是麻雀一样，虽小，但是五脏俱全，该具有的功能一样不差。它作为单片机家族的一个母体，后代在不断的衍生，所具有的处理能力与功能也是越来越无所不能的，相比较而言，它可能显得有些不足，但是它在外观体积和价位方面还是令人眼前一亮的，这也使得它现在还在被广泛的使用在日常生活的各方面。（1）主要特性：可以与MCS-51进行兼容，具有4K字节可编程闪烁的存储器，128*8位内部RAM和32可编程I/O线以及两个16位定时器/计数器（2）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。在AT89C51单片机中，P0口的驱动能力来说是相对较小的，它的内部结构里面设有上拉电阻，不可以正常的输出高电平信号和低电平信号。因此要加上拉电阻，才可以作为一个输出口提高器件的驱动能力。当我们在对单片机进行操作之前，一定要对它的硬件有所了解基础，像对上面的按键是上拉还是下拉的过程，内部的晶振的准确度会影响大部分时钟的一个准确性。孰能生巧，做设计前期可以尝试着多做一些程序，不能仅仅只局限在理论知识上和视频上，一定杜绝自身眼高手的行为。可以自己去动手焊接一些最小系统等，可以快速提升自身对电路的认识，另一个途径是可以多去看一些学习一些相关的数据手册，书中自有黄金屋，不要老是依赖网上信息。HC-SR04超声波传感模块此模块易于链接和以及在业余的爱好者中疯狂流行的一种传感元件。它一共有四个引脚，其中VCC引脚要进行接地，VCC引脚要接一个5V的电源，其余的两个引脚TRIG和ECHO端口由单片机控制从而得到测距数据，工作原理图如下图所示HC-SR04超声波传感模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。HC-SR04基本工作原理：当持续时间至少为10微秒的一个脉冲信号施加到触发引脚的时候，那么这一切就都要开始了。相应于此，传感器会以40kHz的频率发射8个脉冲的声音脉冲。这种8脉冲的模式使设备的所谓的一个超声特征变得独一无二，从而使接收器能够将发射模式与环境超声噪声进行区分开。8个超声波脉冲通过空气进行传播后，会远离发射器。与此同时，回声引脚将变为高电平，开始形成回声信号的开始。LCD12864显示屏LCD的显示原理，是靠液晶单元在不同电压状态下对光源的不同遮挡程度的实现。将LCD和OLED进行比较的话：前者的工作寿命是没有任何问题的，而后者比较受限制；价格方面来说的话，前者的价格是比较适中的，能够让大众较为接收。LCD的构造是在两个相互平行的玻璃基板当中放置液晶盒子，在下基板的玻璃上设置TFT，在上基板的玻璃上设置彩色的滤光片，在通过TFT上面的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到现实的目的。LCD12864主要参数主要的工作电压（VDD）为3.3或2.5V；逻辑电平：2.7～2.5V；LCD驱动电压为0～7V。工作温度（TOP）：0～55℃（常温）/-20～70℃（宽温）保存温度（TST）：-10～65℃（常温）/-30～80℃（宽温）常见LCD12864引脚定义如下：1VSS-模块的电源地2VDD-模块的电源正端3V0-LCD驱动电压输入端4串行的片选信号5串行的数据口6串行的同步时钟7DB0H/L数据08DB1H/L数据19DB2H/L数据210DB3H/L数据311DB4H/L数据412DB5H/L数据513DB6H/L数据614DB7H/L数据715PSBH/L并/串行接口选择：H-并行；L-串行16NC空脚17/RETH/L复位低电平有效18NC空脚19LED_A（LED+5V）背光源正极20LED_K（LED-OV）背光源和负极LCD12864使用方法总结第一步：初始化，调用lcd_init(),lcd_clr();第二步：依据一个具体的实际情况来进行调整调用相关的需要函数。LCD12864显示屏与AT89C51相互连接时，首先要将复位的引脚置高，PSB引脚连接低电平，V0引脚接一个10k的可变调节变阻器，此目的是为了调节显示屏的亮度大小。温度模块DS18B20是通常采用的一种数字温度传感器。DS18B20不仅可以进行外部电源VDD的使用，而且同时也是可以对内部的寄生电源进行使用的。当VDD端口接3.0V—2.5V的电压时，这时是对外部的电源进行使用行为的；对于VDD端口接地的这样的情况时，这时是对内部的寄生电源进行使用行为的。不管是对内部寄生电源使用的行为还是对外部供电的这样的使用行为，所谓的I/O口线都是要和5KΩ左右的一个上拉电阻进行连接的。配置寄存器是通过进行对不同的位数配置来最终得出温度及数字的一个转化的行为。进行了解可以得到R1，R0是温度的决定位，R1和R0之间的相互不同结合是可以进行多种的配置为9位，10位，11位，12位的温度来进行显示的。可以得出每种不同的温度的转化位所一一对应的各不相同的转化的时间，这几的种配置的分辨率各个对应的为0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，出厂时以配置为12位。使用的DS18B20模块在出厂时的配置是12位，在读取温度的时侯共读取16位，前5个位为符号位，当前5位为1的时侯，所读取的温度数值为负数；反之为0时，所读取的温度数值为正数。温度为正时读取方法为：把16进制数直接的转换成为10进制。温度为负时读取方法为：首先会把16进制进行取反行为操作，再进行加1操作，下一步再进制转换成为10进制。例：0550H=+85度，FC90H=-55度。DS18B20由美国公司生产，优点较多：体积较小，测量精度较高。DS18B20的测量精度可以精确到-0.5到0.5之间。即使面对突发状况失去电源支持的情况下，数据内容也不会直接找不到，会被记录保留下来。DS18B20完成温度测量的实现：先进行复位操作，发出温度转换信号，将温度转换信号转入的RAM当中，最后在对RAM中的数据进行读取就可以。温度模块的一个引脚与AT89C51单片机的P3.0引脚，从而值需要对单片机的P3.0引脚进行操作即可。报警电路模块通常来说鸣器有两种，有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，一般适用于发出报警的声音。声音是由震动产生的，大家都见过喇叭，喇叭里面有磁铁和线圈。给线圈通上不断变化的电压，在磁铁产生的磁场中就会运动。于是和线圈固定在一起的振膜就会震动，于是就能听见声音了，而无源蜂鸣器和喇叭效果基本一样。和无源蜂鸣器不同的是，有源蜂鸣器内部就有发声电路，通上电压合适的直流电就会发出叫声。另外，有源蜂鸣器有正负极之分的。图中是常用的一种工作电压为5V的有源蜂鸣器，正面标有加号的一侧引脚为正极，如果器件是全新的没有剪过引脚，正极引脚比负极长。有源蜂鸣器无源蜂鸣器那么有源蜂鸣器和无源蜂鸣器又是可以分为以下几个小类的：防水蜂鸣器、电磁式蜂鸣器、压电陶瓷蜂鸣器、贴片蜂鸣器防水蜂鸣器如下图：电磁式蜂鸣器如下图：压电陶瓷蜂鸣器如下图：贴片蜂鸣器如下图：蜂鸣器声音是由振动装置物体产生的一种有一定频率的声波，频率是指每秒钟包含的连续周期数目，频率的测量单位是「赫茲」Hertz(Hz)，人耳听觉的频率范围约为20－20KHZ，低于20Hz为次声波，高于20kHz为超声波。蜂鸣器常用的产品谐振频率是2－4KHZ，蜂鸣器的谐振频率指建议使用的最大,且音压一致性较好的频率点,蜂鸣器声音的频率越高，则对应产品的声音音调也越高，声音的频率越低，则音调就越低。蜂鸣器的声压大小是在蜂鸣器两端加以额定的工作信号信号,以声压级在距离10cm测得dBA数值。分贝(dB)是音压的单位，分贝数越大代表的所发出的声音越大。从驱动电路来进行分析了解有源和无源这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K~5K的方波去驱动它。有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。从外观上区别来说，两种蜂鸣器好像一样，但仔细看，两者的高度略有区别，有源蜂鸣器a，高度为9mm，而无源蜂鸣器b的高度为8mm。如将两种蜂鸣器的引脚郡朝上放置时，可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。万用表测电阻区别，用万用表电阻档Rxl档测试:用黑表笔接蜂鸣器"+"引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω(或16Ω)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。同时有源蜂鸣器直接接上额定电源(新的蜂鸣器在标签上都有注明)就可连续发声;而无源蜂鸣器则和电磁扬声器一样，需要接在音频输出电路中才能发声。在本论文中采用的是无源蜂鸣器，本身使用操作简单。无源蜂鸣器与AT89C51单片机的一个引脚进行连接，AT89C51单片机会发送一个PWM信号来控制，以下为电路模型。2.2软件设计在软件设计方面我们将程序以一种划分区域的形式来进行展开设计。主程序当汽车驾驶人遇到驾驶情况需要进行倒车的操作时，此系统则会被启动。系统被启动后，首先是要被进行初始化处理。一个探头发射超声波信号，此时分为有回波和无回波两种情况。当有回波信号时，超声波从发射到接收这之间的时间段就会被记录下来，同时也会依据温度补偿模块对于声速的捕捉，从而计算得到车辆与障碍物之间的一个准确距离，并进行数据的一个保存。另一种情况是没有回波信号，此时不会继续等待下一个探头的的发射，直至全部的8个探头结束工作。它会将所得到的车辆与障碍物之间的距离进行分析处理，把8个探头与障碍物之间检测到的距离数据显示在显示屏上，如果得出的数据达到了预定的一个报警数值，那么就会发出报警声音的提示来警示车辆驾驶人。定时中断子程序超声波传感器的一个最大测量车辆和挡在周围的不可避免物品之间的长度大约是