課程設(shè)計----汽車倒車防撞警報系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　檢測技術(shù)與自動化儀表課程設(shè)計說明書</p><p>　　基于紅外傳感器的自動輸液報警系統(tǒng)</p><p>　　姓 名： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>

2、;　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　時 間： </p><p>　　汽車倒車防撞警報系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　摘要：本文在查閱、分析了現(xiàn)有的幾種不同的測距原理分析確定了超聲波測距，并對基于超聲波測距的倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的研制進行了深入探討和研究。該系統(tǒng)分為測距模塊、系統(tǒng)控制模塊和顯示報警模塊，并分別

3、對其進行方案分析，最終確定汽車倒車防撞警報系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架和設(shè)計方案；在硬件電路中，詳細闡述了運用單片機技術(shù)實現(xiàn)的倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的測距實現(xiàn)原理，分析了以AT89S52單片機為主控單元的系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計，并對該系統(tǒng)進行誤差分析，使我們對于系統(tǒng)的各種性能有了進一步認識。</p><p>　　試驗結(jié)果顯示，該系統(tǒng)對有限距離的距離測量具有較高的精度，實現(xiàn)倒車提示和距離報警功能，其主要技術(shù)指標達到了系統(tǒng)設(shè)計要求。<

4、/p><p>　　關(guān)鍵詞：倒車雷達 ；超聲波 ；測距 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 緒論………………………………………………………………………………1</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計……………………………………………………4</p><p>　　3 軟件

5、編程…………………………………………………………10</p><p>　　3.1控制電路………………………………………………………..12</p><p>　　3.3接收收電路……………………………………………………12</p><p>　　3.4語音報警電路…………………………………………………13</p><p>　　3.5顯示電路………

6、………………………………………………14</p><p>　　4結(jié)論……………………………………………..... …………………...15</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………16</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　改革開放以來，人們的生活越來越好，在

7、滿足基本的生活需求之后，對生活的質(zhì)量有更高的要求。在國家要想富先修路的號召下，公路的建設(shè)發(fā)展迅速，這也帶動汽車的發(fā)展。交通事故的發(fā)生越來越高，這就要求汽車安裝汽車倒車防撞報警系統(tǒng)。</p><p>　　汽車防撞的關(guān)鍵技術(shù)是車輛測距技術(shù)和實時監(jiān)控技術(shù)。駕駛員憑借測距裝置實時測量前后左右障礙物距離，通過警報系統(tǒng)或數(shù)碼屏幕顯示來了解汽車與障礙物之間的狀態(tài)，從而避免因疏忽誤判引起的碰撞事故。</p><

8、;p>　　本系統(tǒng)采用以以8051系列的AT89S52單片機系統(tǒng)為核心開發(fā)超聲波測距系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件原理圖如圖1-1：</p><p>　　系統(tǒng)硬件原理圖1-1由超聲波發(fā)射，回波信號接收，計時測量、數(shù)據(jù)處理和智能算法、顯示和報警等構(gòu)成。整個系統(tǒng)由微處理器控制，根據(jù)“回波測距”的原理設(shè)計的。由超聲波的發(fā)射電路發(fā)射超聲波，超聲波在空氣中傳播至障礙物后發(fā)生反射，反射的回波經(jīng)空氣傳播給超聲波接收換能器接收并轉(zhuǎn)換成電信號

9、，再經(jīng)濾波、放大、整形后，輸入到微處理器的外部中斷口INTO處產(chǎn)生中斷，計數(shù)器停止計數(shù)，測出從超聲波發(fā)射脈沖串時刻到接收回波信號時刻差，超聲波在同溫同介質(zhì)中的傳播速度由測溫系統(tǒng)得知，將時刻差與聲速相乘得出距離，并在顯示系統(tǒng)上顯示。它的各部分電路的說明如下。</p><p>　　(1) AT89S52 單片機系統(tǒng)是超聲波測距儀的核心部分，主要任務(wù)有：控制一個 40KHz的脈沖驅(qū)動振蕩電路，啟動振蕩電路工作，振蕩電路

10、振蕩出與超聲波發(fā)射器的固有頻率相同頻率，使換能器能最大效率工作；實現(xiàn)串Ca通訊；TO計時，完成測距數(shù)據(jù)的計算和處理軟件除干擾。</p><p>　　(2) 超聲波發(fā)射電路作用是將振蕩電路振蕩出40KHZ的脈沖信號，信號幅值是18V(可調(diào)節(jié))，脈沖信號將驅(qū)動超聲波發(fā)射傳感器，發(fā)射超聲波。</p><p>　　(3) 超聲波接收電路主要包括微弱信號放大、電壓比較中斷信號輸出、溫度測量電路等部分

11、。它是用來對接收到的回波進行放大和整形，即將回波信號轉(zhuǎn)換成單片機的中斷信號。通過分析聲速受溫度的影響，設(shè)計溫度測量電路，溫度測量電路是實時測量出測量時空氣中的溫度，再將實時溫度換成實時的速度，以保證測量距離的精度。</p><p>　　(4) 通過顯示電路將測距結(jié)果實時地顯示出來。</p><p>　　2 汽車倒車防撞警報系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)由

12、三大部分組成：（1）超聲波發(fā)射接收電路；（2）單片機AT89S52租車系統(tǒng)控制電路；（3）距離顯示電路和聲光報警電路；</p><p>　　控制單元由單片機AT89S52和周圍器件構(gòu)成。AT89S52是一個8k字節(jié)可編程EPROM的高性能微控制器。它與工業(yè)標準MCS-51的指令和引腳兼容，因而是一種功能強大的微控制器，它對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個高度靈活有效的解決方案。在這個系統(tǒng)里，它的作用是形成用于超聲波的

13、發(fā)射控制、形成必要的時序、控制LCD字符的顯示、控制繼電器通斷以及對采集到的數(shù)據(jù)進行運算。</p><p><b>　　2.1 控制電路</b></p><p>　　AT89S52單片機最小系統(tǒng)由AT89S52單片機及其外圍電路組成，是整個汽車倒車防撞系統(tǒng)的核心。</p><p>　　AT89S52單片機在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性好，支持在線編程ISP

14、，無需專用的編程器，方便調(diào)試.AT89S52單片機對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個高靈活有效的解決方案。它的作用使形成用于產(chǎn)生超聲波的40KHZ信號、形成必要的時序、控制LCD字符的顯示。AT89S52單片機各個引腳分布如圖2-1所示，P1.4為控制超聲波發(fā)射；P3.2接收超聲波回波信號，TO引腳為信號輸出供超聲波傳感器產(chǎn)生40KHZ共振頻率的信號，使超聲波產(chǎn)生共振；P18和P19為單片機自身的11.0592MHZ晶振；P9是復(fù)位信號：P

15、17引腳輸出報警信號；P3.2接溫度傳感器TEMP，測量溫度，實時計算出距離；P00-P07引腳對應(yīng)液晶顯示屏的DBO-DB7，控制液晶屏的寫入字符；TXD引腳控制寫入下載程序；RD接蜂鳴器的WARN，當(dāng)距離達到限定值就啟動蜂鳴器，開始鳴叫報警，以提醒駕駛員注意倒車情況。</p><p>　　2.2 超聲波的發(fā)射電路</p><p>　　超聲波的發(fā)射電路是發(fā)射40kHz振蕩信號。40kHz

16、振蕩信號由555集成塊和周圍電路產(chǎn)生,然后送至放大電路驅(qū)動壓電傳感器發(fā)出一系列的脈沖群，每一個脈沖群持續(xù)時間大約為0.15ms 左右。信號經(jīng)過三級管放大,再經(jīng)過阻抗匹配電路即變壓器(變壓器輸入輸出比為1 ∶10 ) 后，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭1,發(fā)射換能器兩端就加上了高電壓,內(nèi)部的壓電晶片開始震動，經(jīng)過壓電換能器將發(fā)出40kHZ 的脈沖超聲波。發(fā)射電路如圖2-2：</p><p>　　2.3 超聲波的接收和處理電路&l

17、t;/p><p>　　當(dāng)超聲波遇到障礙物時就會產(chǎn)生反射波，反射波返回到超聲波傳感器上，盡管發(fā)射部分的脈沖電壓比較高,但是由回波引起的接收壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓幅度近距離有1V，但是由回波引起下，聲的接收壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓幅度近距離有幾毫伏，遠距離還不到幾毫伏，由于在遠的情況的回值的距離較小，波很弱，因而轉(zhuǎn)換為電信號的幅度小，為此要求將信號放大，而且此時的信號要求將信號放大6000倍左右。信號經(jīng)過放大整形電路產(chǎn)生一

18、個負脈沖信號使單片機產(chǎn)生中斷。在接收端第一級，要求其放大倍數(shù)為62倍左右，故選用了B運算放大電路。在B運算放大電路中，我們只選用了一個三極管即可滿足要求。經(jīng)過一級發(fā)達后 ，為了去掉信號中的雜波，加了電容和一個電阻進行一次濾波。緊接著是二級放大運算放大電路A。為了滿足接受超聲波的接收和處理電路要求的放大倍數(shù)，在運算放大電路A中將放入兩個三極管才能滿足電路要求。放大后的信號到LM567后再傳入單片機。單片機在接受到傳入的信號后，計時停止，這

19、就完成了超聲波的接收和處理。</p><p>　　2.4 語音報警電路得到距離 </p><p>　　語音報警作為測量儀器的輸出是一種很直觀，易懂的形式，人機界面友好?？紤]到駕駛員在倒車時一般無暇顧及車上的儀表，注意力在車的后方，故設(shè)計采用了語音報警。當(dāng)車距離障礙物的距離小于一定范圍使芯片將其當(dāng)語音警報系統(tǒng)發(fā)出滴滴的叫聲提醒司機注意安全。這時，司機將及時注意顯示器上的距離數(shù)字，從而使司機避

20、免了車遇障礙物相撞。</p><p><b>　　2.5 顯示電路</b></p><p>　　顯示模塊使用靜態(tài)顯示，這樣可以提高單片機工作效率，同時提高顯示亮度，在室外使用時方便使用者讀取數(shù)據(jù)。</p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示某一字符時，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。例如7段顯示器的a、b、c、d、e、f段導(dǎo)通，g、d、p

21、段截止，則顯示0。這種顯示方法的都需要有一個8位輸出口控制。對于51單片機，可以在并行口上擴展多片鎖存器74LS573作為靜態(tài)顯示器接口。</p><p>　　靜態(tài)顯示器的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運行過程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時，單片機才執(zhí)行一次顯示子程序，這樣大大節(jié)省了單片機CPU的時間，提高了單片機的工作效率；缺點是位數(shù)多時，硬件開銷太大。因此靜態(tài)顯示適合

22、顯示亮度要求高、位數(shù)不多的情況下使用。</p><p>　　本設(shè)計中的顯示電路如圖2-5。其中七位段碼由單片機P0口經(jīng)過鎖存器提供。片選信號由單片機的74HC138提供。</p><p>　　2.6 溫度傳感器DS18B20 </p><p>　　DS18B20 是美國DALLA S 半導(dǎo)體公司繼DS1820 之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻

23、相比,他能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在和內(nèi)完成9 位和12 位的數(shù)字量,并且DS18B20 讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口) 讀寫, 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線, 總線本身也可以向所掛接的DS18B20 供電, 而無需額外電源。因而使用DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單, 可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS18

24、20 有了很大的改進, 給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。</p><p>　　3 汽車倒車防撞系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　3.1軟件總體流程設(shè)計</p><p>　　軟件設(shè)計采用c語言編程，運用模塊化程序設(shè)計思想，對不同功能模塊的程序進行分別編程，以便移植或調(diào)用，這樣使軟件層次結(jié)構(gòu)清晰，有利于軟件的調(diào)試修改。</p><p>

25、;　　3.2系統(tǒng)軟件實現(xiàn)原理</p><p>　　按照本系統(tǒng)的測距需要，需要得到超聲波的傳輸時間T和超聲波的傳輸速度V進行TV運算以得到車子與障礙物的距離。</p><p>　　超聲波的傳輸時間T:采用單片機的P1.1或P1.2控制振蕩電路，振蕩產(chǎn)生40kHz的脈沖串，再經(jīng)過驅(qū)動超聲波換能器發(fā)射超聲波，同時采用計時器計時，當(dāng)超聲波接收器接收到回波信號時停止計時，由此得出超聲波的傳輸時間T0

26、。</p><p>　　超聲波的傳輸速度V:根據(jù)測溫系統(tǒng)得到當(dāng)時的車外問題溫度t，經(jīng)過溫度與超聲波速度的計算公式計算得到超聲波的傳輸速度V。</p><p>　　測溫模塊有STC89S52RC與溫度傳感器DS18B20構(gòu)成，在STC89S52RC計算得到超聲波傳輸速度V后，會通過串口將該值輸入到單片機AT89S52中以計算車子與障礙物的距離S。</p><p>　　

27、3.3 系統(tǒng)程序構(gòu)建</p><p>　　超聲波測距系統(tǒng)軟件部分采用模塊化設(shè)計思想，將系統(tǒng)分為主程序、初始化處理模塊、中斷檢測模塊、延時處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、測溫模塊和顯示模塊，其軟件系統(tǒng)的主程序?qū)崿F(xiàn)流程如圖4-1</p><p>　　圖3-1主程序?qū)崿F(xiàn)流程</p><p><b>　　4 總結(jié)與展望</b></p><p

28、>　　倒車防撞警報系統(tǒng)主要是針對汽車倒車時人無法目測到車尾的障礙物體而設(shè)計開發(fā)的。警報倒車防撞警報系統(tǒng)在單片機技術(shù)與超聲波測距技術(shù)的巧妙結(jié)合下，可以有效顯示障礙物與汽車的距離，并根據(jù)其距離遠近實時發(fā)出報警，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，提高駕駛的安全性，同時為汽車自動駕駛的研究應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　本文設(shè)計應(yīng)用中，主要進行了以下幾方面的工作: </p>&

29、lt;p>　　(1) 本文在前半部分詳細系統(tǒng)比較了擊中測距方法的優(yōu)缺點及為何選用超聲波測距，這使我們更加了解本設(shè)計的設(shè)計目的及要求。</p><p>　　(2) 在了解測距技術(shù)實現(xiàn)原理和超聲波傳感器工作原理的基礎(chǔ)上研究和分析了系統(tǒng)設(shè)計方案，并對測距系統(tǒng)中遇到的不同的場景進行了分析；</p><p>　　(3) 完成倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的硬件選型和電路設(shè)計；</p><

30、p>　　(4) 完成倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的軟件流程圖設(shè)計；</p><p>　　(5) 對倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)進行了測距試驗和誤差分析，并針對相關(guān)誤差給出了解釋；</p><p>　　本文通過對倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計過程及計算得出如下結(jié)論:</p><p>　　超聲波測距系統(tǒng)對有限距離的距離測量具有較高的精度，實現(xiàn)汽車倒車提示和距離報警功能，其主要技術(shù)指標達到了系統(tǒng)設(shè)

31、計要求；</p><p>　　本文關(guān)于汽車倒車防撞警報系統(tǒng)的設(shè)計，雖然可以滿足廣大普通客戶的需求，也做了一些嘗試性的探索工作，但是還存在很多不完善的地方，仍有許多方面有待進一步深入研究:</p><p>　　(1) 本文系統(tǒng)介紹了幾種測距方法，其中有比超聲波更好的方法如激光測距，但這種測距方法比較復(fù)雜，將來可以簡化系統(tǒng)這樣有可能替代超聲波測距。</p><p>　　

32、(2) 需要對超聲波傳感器和系統(tǒng)電路設(shè)計的可靠性進行進一步的研究；</p><p>　　(3) 本文對于倒車應(yīng)用場景只討論了一種常見情形，還有許多特殊情況未在本文的研究之內(nèi)，仍有待進一步研究；</p><p>　　(4) 本文在系統(tǒng)的精度方面研究非常局限，并沒有做到非常精確，這就要求以后在這方面還有更近一步研究。</p><p>　　(5) 就本課題而言，本文只對倒

33、車進行了輔助決策，并末實現(xiàn)真正意義上的自動倒車控制，今后還應(yīng)在控制的實現(xiàn)上進一步深入的探討，這類研究將對汽車主動防撞乃至自動駕駛產(chǎn)生深遠的影響，是一個值得深入的方向。</p><p><b>　　參考資料</b></p><p>　　[1] 董子和，李永輝.超聲波測距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)的應(yīng)用.汽車電器.1997(1): 33-38</p>&l

34、t;p>　　[2] 柳長立，楊國清，向忠祥.日本未來汽車的安全預(yù)警系統(tǒng).汽車電器，1999.12 (1):23-24</p><p>　　[3] 董子和，李永輝.超聲波測距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)的應(yīng)用.汽車電器.1997(t): 33-38</p><p>　　[4] 史建軍，張璽，王會升.高精度短程激光實時測距系統(tǒng)[J1.激光與光電子學(xué)進展，2001</p>&

35、lt;p>　　[5] 樊昌元，丁義元 高精度測距雷達研究[J].電子測量與儀器學(xué)報，2000, 14 (2): 52-56</p><p>　　[6] 許天增， 許克平等.超聲傳輸特性和超聲傳感系統(tǒng)研究.廈門大學(xué)學(xué)報.2001(2):34-35</p><p>　　[7] 何柞鋪，趙玉芳 聲學(xué)理論基礎(chǔ).北京:國防工業(yè)出版社，1981.</p><p>　　[8

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