基于單片機(jī)的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、 摘 要 本次設(shè)計(jì)主要從實(shí)驗(yàn)研究分析的角度，分析了汽車倒車防撞系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原理以及目前國內(nèi)外此類防撞系統(tǒng)存在的問題。并詳細(xì)的介紹一種超聲波測(cè)距系統(tǒng)以及根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制的汽車倒車防撞報(bào)警器。它能自動(dòng)檢測(cè)車尾障礙物的距離，當(dāng)達(dá)到極限位置的時(shí)候，并能發(fā)出聲光報(bào)警，提醒司機(jī)剎車。設(shè)計(jì)采用國內(nèi)生產(chǎn)廠家的通用元件，成本低、性能可靠，有利于推廣。超聲波距離傳感器采用壓電元件鋯鈦化鉛，一般稱為RZT，這種傳感器的特點(diǎn)在于具有方向性，汽車所用的倒車聲納系統(tǒng)利用超聲波距離傳感器的“回聲”現(xiàn)象制成的，倒車時(shí)向車輛后方發(fā)射超聲波，測(cè)定超聲波遇到障礙物后返回的時(shí)間，就可以得到車到障礙物的距離。 本文設(shè)計(jì)的

2、防撞裝置在結(jié)構(gòu)上采用微電腦技術(shù)和專用芯片設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，小型化的特點(diǎn)，非常適合用于測(cè)控系統(tǒng)；在軟件設(shè)計(jì)上，突出模塊的靈活性，并且C51語言簡(jiǎn)潔，大大簡(jiǎn)化了編寫程序的工作量。比較現(xiàn)在市場(chǎng)上已有的汽車防撞器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，可靠性好，通信能力強(qiáng)，能有效地避免汽車相撞事故的發(fā)生，具有一定的市場(chǎng)價(jià)值。且適合廣大電氣系專業(yè)學(xué)生的參考與借鑒。同時(shí)，本設(shè)計(jì)也存在一定的不足，盡請(qǐng)老師給予指出并糾正錯(cuò)誤。 關(guān)鍵字：超聲波、汽車倒車、防撞、報(bào)警器、傳感器 目 錄 摘 要 1 目 錄 2 緒 論 4 第一章 汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 5 1.1 設(shè)計(jì)概要 5 1.1.1設(shè)計(jì)

3、任務(wù)與要求 5 1.1.2研究方法 5 1.1.3解決的關(guān)鍵問題 5 1.2 汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義 6 第二章 設(shè)計(jì)思路分析 8 2.1 系統(tǒng)總體方案 8 2.2 工作原理 9 2.3 控制器AT89C2051的功能特點(diǎn) 9 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 10 3.1 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 10 3.2 遙控器控制框圖 11 3.3 工作原理剖析 12 3.3.1傳感器的選擇 12 3.3.2超聲波的發(fā)射與接收電路 12 3.3.3測(cè)速原理 13 3.4 實(shí)物設(shè)計(jì)所能達(dá)到的功能及操作說明 13 第四章 系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì) 14 4.1 主程

4、序 14 4.2 串口通信模塊——transplant．C 15 4.3 程序編寫 16 第五章 調(diào)試與測(cè)試 18 總 結(jié) 19 參考文獻(xiàn) 21 附錄1 22 附錄2 23 致 謝 26 緒 論 隨著時(shí)代的發(fā)展及社會(huì)的進(jìn)步，越來越多的汽車進(jìn)入了普通人的家庭。汽車逐漸成為人們生活中不可缺少的一部分。 盡管公路條件在不斷地改進(jìn)，但仍然避免不了公路上汽車擁擠的現(xiàn)狀，再加上設(shè)計(jì)車速不斷提高，惡性交通事故無時(shí)無刻不在發(fā)生，給人們和社會(huì)帶來了巨大的生命與財(cái)產(chǎn)損失。汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)也因此應(yīng)用而生。 汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)是一種當(dāng)汽車離障礙物較近時(shí)向司機(jī)預(yù)先發(fā)出報(bào)警信號(hào)的裝置

5、，通常系統(tǒng)的各個(gè)探測(cè)器安裝于汽車的幾個(gè)關(guān)鍵的車身部位，能探測(cè)到接近車身的行人、車輛和周圍的障礙物，能向司機(jī)或乘客提前發(fā)出即將發(fā)生撞車危險(xiǎn)的信號(hào)，促使司機(jī)甚至撇開司機(jī)采取應(yīng)急措施處理特殊險(xiǎn)情，避免損失。同時(shí)當(dāng)汽車發(fā)生故障時(shí)，可以通過按動(dòng)警示信號(hào)鍵向過往的車輛發(fā)送無線警示信號(hào)，提醒過往車輛的司機(jī)注意，從而更有效地避免交通事故的發(fā)生。汽車的各種方便性正不斷地被人們所接受，現(xiàn)如今如同是一般的家用電器一樣地進(jìn)入平常百姓的家中，開發(fā)本系統(tǒng)，可以廣泛地安裝于各種家用轎車、客車、貨車等，如與車載微型電腦相配合，可以實(shí)現(xiàn)更多的人工智能化操作，是實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛必不可少的一個(gè)組成部分，也是未來汽車的發(fā)展方向，因此

6、運(yùn)用前景是相當(dāng)可觀。 本設(shè)計(jì)采用了以AT89C52為主控芯片，利用三極管的開關(guān)特性驅(qū)動(dòng)T40—16（40kHz超聲波發(fā)射端子）發(fā)射40kHz方波，然后接收端子R40—16接收信號(hào)，經(jīng)放大電路及后級(jí)處理后單片機(jī)接收到一個(gè)下降沿中斷，對(duì)信號(hào)傳輸期間所計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后實(shí)現(xiàn)LED顯示障礙物與汽車發(fā)射端的距離。本文重點(diǎn)介紹了三極管的開關(guān)特性，發(fā)射端與接收端的壓電效應(yīng)，檢波整流電路以及運(yùn)放的簡(jiǎn)單應(yīng)用。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，在車體上合理布置該報(bào)警器，利用超聲波測(cè)量汽車與障礙物距離，實(shí)現(xiàn)汽車前行和倒車時(shí)與障礙物之間距離的檢測(cè)；通過LED點(diǎn)陣實(shí)時(shí)顯示距離，使汽車避免和障礙物發(fā)生碰撞。實(shí)驗(yàn)表明該汽車防撞報(bào)警器具有測(cè)距速

7、度快、準(zhǔn)確度高、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。而且本設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域也將十分廣泛，不僅可以在汽車工業(yè)中運(yùn)用，當(dāng)配上相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還可以運(yùn)用于工業(yè)機(jī)床的限位自動(dòng)控制當(dāng)中。 第一章 汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)利用MCS-51系列單片機(jī)為核心器件并結(jié)合比較常規(guī)的超聲波傳感器以及價(jià)格低廉的電子元件，由超聲波發(fā)生電路、超聲波信號(hào)接收電路、微波信號(hào)發(fā)生電路、感應(yīng)信號(hào)放大及處理電路、中央處理單元電路，報(bào)警電路以及無線報(bào)警信號(hào)發(fā)射電路組成一個(gè)低誤差，高精度，多功能的汽車防撞系統(tǒng)。 1.1 設(shè)計(jì)概要 1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1） 設(shè)計(jì)一套汽車倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)： ◆ 要求有一臺(tái)主

8、機(jī)； ◆ 汽車與物體距離小于設(shè)定值時(shí)，利用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警； ◆ 通過按鍵選擇報(bào)警的距離； ◆ 數(shù)碼顯示選擇的檔位。 2）已知條件：防撞報(bào)警儀的主要設(shè)計(jì)指標(biāo) ◆ 報(bào)警距離：5～30m，根據(jù)用戶的具體需要連續(xù)可調(diào)； ◆ 根據(jù)用戶的需要選用分檔：0.6m，1.0m，1.5m，1.8m，2.4m； ◆ 電源：車載電瓶12V； ◆ 環(huán)境溫度：-20～+70℃； ◆ 報(bào)警器尺寸：155mm155mm63mm，重量：3.5kg。 3） 主要技術(shù)指標(biāo)： ◆ 輸入電源：車用直流電源，DC12V； ◆ 發(fā)射頻率：40kHz； ◆ 接收頻率：40kHz（中心頻率）； ◆ 報(bào)警音量：≥……

9、分貝； ◆ 探測(cè)距離：三檔可調(diào)。 1.1.2研究方法 通過超聲波和微波雙重探測(cè)器、通過采樣放大輸入單片機(jī)系統(tǒng)、通過單片機(jī)的處理、完成對(duì)車輛周圍障礙物的探測(cè)與報(bào)警，通過無線電信號(hào)向周圍事物傳遞信息。 1.1.3解決的關(guān)鍵問題 解決周圍無線電信號(hào)對(duì)系統(tǒng)準(zhǔn)確性的干擾，準(zhǔn)確區(qū)分障礙是否位于有效的范圍內(nèi)。 解決汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)裝備，需完成物體檢測(cè)傳感器的選型，設(shè)計(jì)放大器電路、控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、無線警示信號(hào)發(fā)射電路、報(bào)警電路。編寫本設(shè)計(jì)所需要的程序，并對(duì)各部分電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、調(diào)試，最后完成系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。最終達(dá)到： 1） 具有測(cè)距功能，防護(hù)距離可人為預(yù)置； 2） 具備測(cè)角能力，目標(biāo)的方位角信息對(duì)

10、于去除虛警是必不可少的； 3） 信息傳輸選用無線射頻方式，工作頻率315MHz； 4） 易于產(chǎn)生抗干擾性能強(qiáng)的復(fù)雜發(fā)射信號(hào)，配合實(shí)時(shí)高效的信號(hào)處理和目標(biāo)檢測(cè)算法，用以去除虛警； 5） 能避開前后、左右、上下的障礙物； 6） 當(dāng)?shù)缆飞瞎收宪嚰笆鹿受嚧蜷_警示燈時(shí)，隨即發(fā)射防撞信號(hào)。附近駛近車輛在150米處，能及時(shí)收到故障車及事故車發(fā)出的遇障語音提示，即三聲“注意防撞”，在聲音啟動(dòng)時(shí)本產(chǎn)品另有一紅燈同時(shí)閃爍，直到駛離遇危區(qū)域紅燈自動(dòng)解除。 圖1-1 系統(tǒng)總體框圖 1.2 汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義 汽車防撞系統(tǒng)是一種高科技的產(chǎn)物，它將伴隨著光機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步而得到新的發(fā)展。

11、汽車防撞系統(tǒng)的核心在于快速準(zhǔn)確地測(cè)量出汽車前方障礙物之間的距離，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)以及自動(dòng)剎車等應(yīng)急措施，從而實(shí)現(xiàn)防撞。奔馳公司和沃爾沃公司在汽車防撞器方面走在世界前列。美國的《大眾機(jī)械師》雜志介紹了戴姆勒-克萊斯勒公司汽車防撞器的研究情況。該防撞器結(jié)構(gòu)主要是兩個(gè)測(cè)距儀和一個(gè)影像系統(tǒng)，能夠測(cè)出安全距離，如果發(fā)現(xiàn)車前有障礙物，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)引發(fā)剎車裝置。戴姆勒-克萊斯勒公司的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，汽車以每小時(shí)20英里（32.18公里／小時(shí)）的速度行駛，在距離障礙物40英尺（12.19米）時(shí)，若司機(jī)仍在加速，自動(dòng)防撞器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會(huì)自動(dòng)剎車，在距離障礙物1英寸（2.04厘米）的地方使車停下來，從而避免了撞

12、車。 第二章 設(shè)計(jì)思路分析 本設(shè)計(jì)主要由計(jì)數(shù)器、中斷接收器、計(jì)算距離、二進(jìn)制數(shù)到BCD碼的轉(zhuǎn)換、比較報(bào)警和顯示模塊組成。介紹了基于AT89C2051單片機(jī)的性能及特點(diǎn)，及以其為核心的一種低成本、高精度、微型化、數(shù)字顯示的汽車防撞報(bào)警器。 該防撞報(bào)警器利用超聲波及集成霍爾原件實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的測(cè)距和測(cè)速，利用單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理功能，完成系統(tǒng)的控制。設(shè)計(jì)中給出了報(bào)警器的硬件電路原理及軟件設(shè)計(jì)。 隨著現(xiàn)代化節(jié)奏的加快，交通事故發(fā)生的頻率也在增加，為提高汽車運(yùn)行的安全性，本設(shè)計(jì)介紹了一種單片機(jī)控制的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)。該裝置將單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能，與超聲波的測(cè)距技術(shù)、傳感器技術(shù)想

13、結(jié)合，可檢測(cè)汽車運(yùn)行中后方障礙物與汽車的距離及汽車車速，通過數(shù)顯裝置現(xiàn)實(shí)距離，并由發(fā)生電路根據(jù)距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出警告聲。 2.1 系統(tǒng)總體方案 汽車防撞報(bào)警儀采用由AT89C52單片機(jī)為核心組成的微機(jī)系統(tǒng)，對(duì)儀器進(jìn)行控制，其硬件系統(tǒng)如圖2-1所示。 圖2-1 儀器硬件框圖 2.2 工作原理 本防撞裝置利用聲波作為檢測(cè)波，利用超聲波作為機(jī)械波，其頻率為20kHz～20MHz。隨著頻率的增加，檢測(cè)距離減小，使用頻率在15～40kHz之間，檢測(cè)距離為0．5～3．0m，由發(fā)射器、接收器、控制器和反射板組成。發(fā)射器、接收器和控制器安裝在防撞主體(指由產(chǎn)品控制能實(shí)現(xiàn)防撞功能的汽車面板

14、)上。發(fā)射器發(fā)出檢測(cè)波，經(jīng)反射面反射給接收器，通過判斷處理后，發(fā)送控制器執(zhí)行規(guī)定的功能。基于單片機(jī)的天車防撞系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)和專用芯片測(cè)量超聲波發(fā)射到反射回所需的時(shí)間t，由S=vt(v=314m／s，計(jì)算時(shí)加入溫度補(bǔ)償)得到從聲波發(fā)射到反射面的距離。此距離隨時(shí)顯示在汽車駕駛室內(nèi)，軟件可以設(shè)置幾級(jí)提示和報(bào)警，當(dāng)車障之間距離小于安全距離時(shí)，設(shè)置在駕駛室的聲光報(bào)警儀即發(fā)出聲光信號(hào)，通知駕駛員謹(jǐn)慎操作，從而有效地防止碰撞事故發(fā)生，保證人身及設(shè)備的安全。 2.3 控制器AT89C2051的功能特點(diǎn) AT89C2051是一個(gè)低耗能、高性能的CMOS8位微處理器，與MCS-51系列指令

15、集和引腳兼容，有一下特點(diǎn)：128bytes內(nèi)部RAM,2Kbytes EPROM,15根I/O線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器5個(gè)兩級(jí)中斷源，1個(gè)全雙工串行口，一個(gè)片內(nèi)精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，低功耗的閑置和掉電模式。工作電壓范圍4.25V~5.5V，工作頻率取12MHz。 AT89C2051中的兩個(gè)16位定時(shí).計(jì)數(shù)器寄存器T0和T1，作定時(shí)器時(shí)，可計(jì)數(shù)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12；作計(jì)數(shù)器時(shí)，可對(duì)外部輸入引腳P3.4/T0和P3.5/T1上出現(xiàn)從1至0的變化時(shí)增1，計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 從功能上劃分可以分成方波信號(hào)產(chǎn)生部分，開關(guān)部分，信號(hào)放

16、大部分，檢波整流及穩(wěn)壓部分，人機(jī)交換部分。 超聲波發(fā)射部分：由信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生方波信號(hào)，利用三極管的開關(guān)管特性，信號(hào)經(jīng)過放大處理后，通過發(fā)射端子發(fā)射。 超聲波接收部分：通過接收端子接收反射回來的信號(hào)，經(jīng)過放大電路處理后，利用整流檢波電路將交流信號(hào)變換為直流電壓信號(hào)，再經(jīng)過穩(wěn)壓處理后送往單片機(jī)，通過C語言編程進(jìn)行測(cè)距，人機(jī)交換部分是由LED（液晶）顯示及一些功能按鍵組成。 3.1 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 該報(bào)警器由控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、接受電路、測(cè)速電路、報(bào)警電路、LED顯示電路組成，電路原理框圖如下。 。 圖3-1 系統(tǒng)原理圖 超聲波發(fā)射電路由CC7555時(shí)基電路和超聲波發(fā)

17、射探頭組成。單片機(jī)AT89C2051的P1.7引腳控制CC7555時(shí)基電路產(chǎn)生40KHz的頻率信號(hào)給超聲波發(fā)生器，由超聲波探頭發(fā)射的超聲波射向障礙物。利用超聲波測(cè)距具有以下特點(diǎn)：測(cè)量靈敏度高，穿透力強(qiáng)，測(cè)量速度快，測(cè)量角度大，可對(duì)較大范圍內(nèi)的物體進(jìn)行檢測(cè)。 超聲波接收電路由超聲波接收探頭、放大器和整形器組成。由障礙物反射回來的超聲波經(jīng)接收探頭，變換成電脈沖信號(hào)，再由放大器、整形器放大和整形后送入到單片機(jī)AT89C2051的P3.2引腳。放大器宜選擁有足夠增益和較低噪聲的寬帶放大器，以保持脈沖信號(hào)尤其是前沿不發(fā)生畸變，提高測(cè)距的精度。 測(cè)速電路由傳感器、脈沖放大器、整形器、CC7555時(shí)基信

18、號(hào)電路。選通門組成?；魻柤蓚鞲衅鲗④囕嗈D(zhuǎn)速信號(hào)變成脈沖信號(hào)輸出，經(jīng)放大、整形電路后送入選通門，由CC7555時(shí)基電路產(chǎn)生的單位時(shí)基信號(hào)控制選通門的開與閉，以控制轉(zhuǎn)速信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)通過選通門，送入單片機(jī)AT89C2051的P3.5引腳，控制T1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)。 報(bào)警電路由CC7555電路和揚(yáng)聲器組成。AT89C2051的P1.6控制CC7555電路根據(jù)測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲時(shí)，時(shí)基電路CC7555處于暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電源向電容充電，從而使CC7555結(jié)束暫穩(wěn)狀態(tài)，輸出低電平，使揚(yáng)聲器停止發(fā)出報(bào)警聲，直到下一次測(cè)距結(jié)束產(chǎn)生新的報(bào)

19、警聲。 LED顯示電路由數(shù)碼管和驅(qū)動(dòng)電路組成。用兩個(gè)數(shù)碼管顯示距離，數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示，由芯片MCS14495驅(qū)動(dòng)顯示，P1.4、P1.5分別作為驅(qū)動(dòng)芯片MCS14495的鎖存信號(hào)，用于控制產(chǎn)生的BCD（BinaryCode Dencimal，二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)）碼是顯示高位還是低位。 控制器AT89C2051主要完成程序的執(zhí)行、數(shù)據(jù)的處理和對(duì)外部電路的實(shí)時(shí)控制。內(nèi)部定期T0工作在定時(shí)方式，T0在超聲波發(fā)射時(shí)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)P3.2引腳收到回波后，停止計(jì)數(shù)，T0所計(jì)時(shí)間即為超聲波往返傳輸時(shí)間，單片機(jī)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可測(cè)出距離。內(nèi)部定時(shí)器T1工作在計(jì)數(shù)方式，由P3.5引腳輸入的脈沖信號(hào)

20、控制T1計(jì)數(shù)，由T1所計(jì)數(shù)值確定汽車的轉(zhuǎn)速。 單片機(jī)根據(jù)所測(cè)距離和車速進(jìn)行比較，判斷是否驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警，如設(shè)定：當(dāng)車速小于等于30Km/S時(shí)，安全距離應(yīng)大于等于1m；當(dāng)車速小于等于80Km/s時(shí)，安全距離應(yīng)大于等于2m；當(dāng)車速大于80Km/s時(shí)，安全距離應(yīng)大于等于5m。 3.2 遙控器控制框圖 遙控器原理參數(shù)： 1） 測(cè)量障礙物距離：0～5米； 2） 顯示方式：靜態(tài)連續(xù)顯示； 3） 檢測(cè)人體：采用紅外線傳感器，如有盜竊，能及時(shí)將信號(hào)傳到單片機(jī)； 4） 報(bào)警處理：對(duì)所測(cè)的參數(shù)進(jìn)行超限判斷，如超限，給出聲光報(bào)警； 5） 發(fā)射和接收功能：通過防盜發(fā)射器和接收器實(shí)現(xiàn)，由單片機(jī)控

21、制。另有遙控器對(duì)防盜信號(hào)進(jìn)行遙控。 3-2 遙控器控制框圖 3.3 工作原理剖析 3.3.1傳感器的選擇 汽車防撞系統(tǒng)涉及到距離的檢測(cè)，根據(jù)測(cè)量的環(huán)境和要求，利用超聲波測(cè)距具有測(cè)量靈敏度高，穿透力強(qiáng)，測(cè)量速度快，測(cè)量角度大的特點(diǎn)，可對(duì)較大范圍內(nèi)的物體進(jìn)行檢測(cè)。本系統(tǒng)選用MA40EIS型超聲波發(fā)射傳感器和MA40EIR接收傳感器。 3.3.2超聲波的發(fā)射與接收電路 超聲波測(cè)距的原理是，通過不斷檢測(cè)超聲波后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射超聲波和接收到回波的時(shí)間差T，然后求出距離S=CXT/2,其中，C為超聲波波速，常溫下取為344m/s。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返

22、的時(shí)間，即可求得距離。 超聲發(fā)射電路：由555時(shí)基電路和超聲波發(fā)射探頭組成，單片機(jī)AT89C51的P1.5端反相后接4腳，控制555時(shí)基電路產(chǎn)生40kHz的頻率信號(hào)(此時(shí)超聲波振幅最大)給超聲波發(fā)生器，由超聲波探頭發(fā)射的超聲波射向障礙物。 圖3-3 超聲波的發(fā)射原理圖 圖3-4 超聲波的接收原理圖 3.3.3測(cè)速原理 汽車車速的測(cè)量是通過霍爾集成傳感器來實(shí)現(xiàn)的。即，將裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)盤的輸入軸與車輪的轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，轉(zhuǎn)盤上的永久磁鐵會(huì)經(jīng)過霍爾集成傳感器，從而在霍爾集成傳感器的輸入端得到一個(gè)磁信號(hào)，如果轉(zhuǎn)盤不停轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾集成傳感器便會(huì)輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)

23、。可以說，對(duì)汽車車速的測(cè)量實(shí)質(zhì)上是對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率的測(cè)量。 3.4 實(shí)物設(shè)計(jì)所能達(dá)到的功能及操作說明 采用51系列單片機(jī)中的簡(jiǎn)易型產(chǎn)品AT89C2051作為中央處理器，選用專用配對(duì)的超聲波組件，進(jìn)行超聲波信號(hào)與電信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，利用超聲波傳感器的選頻特性，對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行幅值判斷，從而達(dá)到不同距離的選擇與報(bào)警的目的。 操作說明： 1） 接上電源，紅色電源指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)數(shù)碼管顯示"0"，此時(shí)系統(tǒng)不發(fā)送超聲波信號(hào)； 2） 按動(dòng)距離選擇按鍵，蜂鳴器鳴叫，同時(shí)數(shù)碼管顯示0到3這幾個(gè)數(shù)字，當(dāng)顯示1、2、3檔時(shí)，設(shè)計(jì)與調(diào)試時(shí)設(shè)定的距離分別表示60厘米、50厘米、40厘米，只要有物體靠

24、近探測(cè)器，就會(huì)發(fā)出"嘟、嘟、嘟"的報(bào)警聲。 第四章 系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距的軟件部分主要由40kHz方波產(chǎn)生程序和距離顯示程序組成。采用C51語言來實(shí)現(xiàn)，該語言具有可移植性好、表達(dá)能力強(qiáng)。方式靈活。可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、可以直接控制計(jì)算機(jī)硬件、生成代碼質(zhì)量高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)具有完善的調(diào)試功能。 4.1 主程序 為了達(dá)到前述儀器的主要功能，程序采用C51的功能模塊逐一實(shí)現(xiàn)。程序分為主程序(chret．c)和另外三個(gè)模塊文件，即display．c，eraseint．a(chǎn)51，transplant．c。 本設(shè)計(jì)裝置的控制軟件要完成系統(tǒng)的初始化，控制觸發(fā)脈沖信號(hào)的發(fā)射與接受，

25、根據(jù)時(shí)間計(jì)算障礙物的距離，根據(jù)計(jì)數(shù)頻率計(jì)算汽車車速，判斷所測(cè)距離是否在車速所對(duì)應(yīng)的安全范圍內(nèi)，并根據(jù)計(jì)算和判斷結(jié)果產(chǎn)生BCD碼和相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)顯示電路和發(fā)生電路實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的主流程圖。 圖4-1 主流程圖 本程序?qū)ぷ鬟^程分了8個(gè)狀態(tài)：準(zhǔn)備狀態(tài)(t0～t1)、發(fā)射超聲波(t1～t2)、不接收信號(hào)時(shí)間(t2～t3)、等待聲波反射時(shí)間(t3～t4)、測(cè)反射的個(gè)數(shù)(t4～t5)、不計(jì)反射波個(gè)數(shù)，間歇一段時(shí)間(t5～t6)、再測(cè)波的個(gè)數(shù)(t6～t7)、間歇時(shí)間(t7～t0)。為測(cè)得超聲波收發(fā)時(shí)間差t，換算成距離s和判斷是否報(bào)警，程序中使用了兩個(gè)函數(shù)： 一個(gè)是void t0I

26、nterrupt(void)interTupt：1 using 1，它是t0計(jì)時(shí)中斷函數(shù)，通過switch語句處理由工作過程分成的8種狀態(tài)。 另外一個(gè)是函數(shù)void intInterrupt(void)interrupt2 using 2，它處理反射回來的輸入信號(hào)，發(fā)生在t3～r4階段，主要是由int1外部中斷來得出時(shí)間distanceIn-time，并啟動(dòng)T1計(jì)數(shù)器，它用來計(jì)算反射波個(gè)數(shù)。 通過以上兩個(gè)函數(shù)可獲得t，后面轉(zhuǎn)換成s和判斷是否報(bào)警便迎刃而解。Chret．c的函數(shù)組成： void enterT0-T1(void) ；進(jìn)狀態(tài)t0

27、～T1 void entercheck(void) ；開始的一輪測(cè)距 void t0Interrupt(void) interrupt 1 using 1 void intLInterrupt(void) interrupt 2 using 2 void initMech(void) ；初始化各中斷寄存器 void start(void) ；開始測(cè)速 void calc(void)

28、 ；計(jì)算距離 void displayDis(void) ；顯示距離 void main(void) ；主函數(shù) 主程序?qū)垢蓴_采取了3個(gè)措施(防止誤報(bào)警)： 1） t4～t5狀態(tài)，給反射回來的波定個(gè)窗口，對(duì)于高于33．3 Hz或小于11．1 Hz的波不計(jì)數(shù)； 2） t6～t7狀態(tài)，通過測(cè)10 ms來判斷：若是干擾在此時(shí)能測(cè)到；若是正常反射，此時(shí)應(yīng)根本測(cè)不到波； 3） 對(duì)報(bào)警判斷兩次(1．3 s會(huì)自動(dòng)清0一次)。 4.2 串

29、口通信模塊——transplant．C 主要將主AT89C52的程序中chDis準(zhǔn)確無誤傳給顯示部分(位于駕駛室)，設(shè)計(jì)一個(gè)通信協(xié)議，以保證不收亂碼，即在chDis這個(gè)數(shù)據(jù)前面添加一個(gè)報(bào)頭數(shù)據(jù)Head，而后面添加一個(gè)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)check，這樣顯示部分就只在Head出現(xiàn)時(shí)才接收，且檢驗(yàn)正確才顯示。由于測(cè)t時(shí)，程序的時(shí)序已經(jīng)固定，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行串口通信，就只能夠采用中斷方式，而不能采用查詢方式，否則將出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象。 對(duì)于display．c，eraseint．a(chǎn)51這兩個(gè)模塊，在主程序中調(diào)用即可，功能單一：一個(gè)用來顯示數(shù)據(jù)；一個(gè)用來執(zhí)行iret指令。 4.3 程序編寫 AJMP MA

30、IN ；主程序入口 ORG 0003H AJMP INT0 ；轉(zhuǎn)外部中斷0服務(wù)程序 ORG 000BH AJMP ITOP ；轉(zhuǎn)T0中斷服務(wù)程序 ORG 001BH AJMP ITOP ；轉(zhuǎn)T1中斷服務(wù)程序 ORG 0100H MAIN： MOV SP，#60H ；堆棧初始化 ACALL PTOM2 ；對(duì)T0，T1初始化 RESET： AJMP MAIN

31、 ；復(fù)位入口轉(zhuǎn)主程序 ORG 0003H AJMP INT0 ；轉(zhuǎn)INT0中斷服務(wù)程序 PTOM2： MOV TMOD，#16H ；T0初始化程序 MOV TL0，#FFH ；T0初始化 MOV TH0，#FFH； SETB TR0 ；啟動(dòng)T0 SETB ET0 ；允許T0中斷 MOV TL1，#0E3H ；T1置初值 MOV TH1；#FEH

32、CLR P1.0 SETB EA ；CPU開放中斷 RET TOINT： CLR TR0 ；停止T0計(jì)數(shù) SETB P1.1 ；建立標(biāo)志 RET ITOP： MOV TL1，#0E3H MOV TH1，#0FEH CPL P1.0 ；P1.0取反 RETI LOOP： MOV C，P1.1 ；T0產(chǎn)生過中斷否？ JNC LOOP SETB TR1 SETB

33、 TR1 ；啟動(dòng)中斷 第5章 調(diào)試與測(cè)試 本汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)選用單片機(jī)AT89C51為信號(hào)控制器。具體工作過程如下：防撞開關(guān)與AT89C51的P2.1引腳相連，開關(guān)合上時(shí)，AT89C51的P1.5端置0發(fā)射超聲波，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。超聲波接收電路接收到信號(hào)將信號(hào)輸入到中斷1(為邊沿觸發(fā))，接收到信號(hào)的同時(shí)計(jì)數(shù)器關(guān)閉，讀出計(jì)數(shù)值，進(jìn)行距離計(jì)算；此距離與報(bào)警距離比較，當(dāng)小于報(bào)警距離時(shí)，顯示距離，并且AT89C51P1.6置0進(jìn)行聲光報(bào)警，當(dāng)大于報(bào)警距離時(shí)，不報(bào)警。 遙控器工作過程如圖3-2：遙控器內(nèi)置單片機(jī)AT89C51，當(dāng)中斷0接收到邊沿觸發(fā)信號(hào)時(shí)

34、進(jìn)入報(bào)警程序，單片機(jī)的P1.3端置0，進(jìn)行聲光報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)到關(guān)閉開關(guān)合上時(shí)，關(guān)閉聲光報(bào)警；單片機(jī)的P1.1輸出脈沖信號(hào)，發(fā)射器發(fā)射頻率信號(hào)，由汽車?yán)锏膱?bào)警裝置接收(此控制是防止汽車?yán)锏穆暪鈭?bào)警誤報(bào)警)，同時(shí)遙控器自身的中斷0關(guān)閉，以防誤報(bào)警。 對(duì)于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其難點(diǎn)在于40KHz信號(hào)的產(chǎn)生。由于超聲波傳感器的中心工作頻率為40KHz，當(dāng)偏離這個(gè)頻率時(shí)，其接收器的靈敏度將明顯降低，具體可以從超聲波傳器的特性曲線中得知。當(dāng)發(fā)送40KHz的頻率時(shí)，接收到的信號(hào)最強(qiáng)，因此距離也就最大，而當(dāng)偏離時(shí)，探測(cè)距離也將縮短，這一點(diǎn)是本設(shè)計(jì)總的設(shè)計(jì)思路。對(duì)于產(chǎn)生40KHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，方法有多種，可以選用電感、

35、電容振蕩元件來完成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的發(fā)生器，但是其頻率穩(wěn)定性較差，不容易調(diào)準(zhǔn)，因此制作成功的可能性相對(duì)較小。本設(shè)計(jì)中，選用了單片機(jī)作為信號(hào)的發(fā)生電路，由于采用了頻率穩(wěn)定性好的晶振作為系統(tǒng)的時(shí)鐘，因此有極高的穩(wěn)定性，由此產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也較為穩(wěn)定，當(dāng)編制不同的程序時(shí)，可以得到不同的頻率輸出。 電路中以接收到的信號(hào)強(qiáng)度值作為障礙物的判斷依據(jù)，因此對(duì)起控點(diǎn)的選擇也是本設(shè)計(jì)制作成功非常關(guān)鍵性的一部分。由于反射回來的超聲波信號(hào)的強(qiáng)弱與環(huán)境因素有關(guān)，因此在調(diào)試時(shí)必須非常細(xì)心，注意收集在改變距離時(shí)，實(shí)際的直流控制電壓的大小，合理地選擇好電壓比較環(huán)節(jié)的起控點(diǎn)，從而達(dá)到距離小于設(shè)定值時(shí)的報(bào)警。 本設(shè)計(jì)的原理圖中所標(biāo)為

36、我們實(shí)際調(diào)試好的參數(shù)，但由于電子元件都有一定的誤差值，同時(shí)由于三極管的直流放大倍數(shù)也存在差異，因此實(shí)物制作中的調(diào)試非常重要 總 結(jié) 隨著現(xiàn)代社會(huì)交通突飛猛進(jìn)的發(fā)展，車輛的數(shù)量急劇增多，這就不可避免的要出現(xiàn)一些問題。一方面汽車的數(shù)量逐年增加，公路、街道、停車場(chǎng)和車庫擁擠不堪，可轉(zhuǎn)動(dòng)的空間越來越少；另一方面，新司機(jī)及非專職司機(jī)越來越多，因碰撞引起的糾紛越來越多，車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時(shí)有發(fā)生。據(jù)美國相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，因各種原因造成的車輛碰撞追尾事故占交通事故總量的90%左右。全世界死于車禍的人，要比第二次世界大戰(zhàn)的死亡人數(shù)還要多。因此，要降低公路交通事故，必

37、須大力降低車輛的碰撞事故，而汽車防撞系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用則有助于減少汽車碰撞事故的發(fā)生，因此研究汽車防撞系統(tǒng)的意義是不言而喻的。 汽車防撞系統(tǒng)是一種高科技的產(chǎn)物，它將伴隨著光機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步而得到新的發(fā)展。汽車防撞系統(tǒng)的核心在于快速準(zhǔn)確地測(cè)量出汽車前方障礙物之間的距離，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)以及自動(dòng)剎車等應(yīng)急措施，從而實(shí)現(xiàn)防撞。奔馳公司和沃爾沃公司在汽車防撞器方面走在世界前列。美國的《大眾機(jī)械師》雜志介紹了戴姆勒-克萊斯勒公司汽車防撞器的研究情況。該防撞器結(jié)構(gòu)主要是兩個(gè)測(cè)距儀和一個(gè)影像系統(tǒng)，能夠測(cè)出安全距離，如果發(fā)現(xiàn)車前有障礙物，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)引發(fā)剎車裝置。戴姆勒-克萊斯勒公司的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，汽

38、車以每小時(shí)20英里（32.18公里／小時(shí)）的速度行駛，在距離障礙物40英尺（12.19米）時(shí)，若司機(jī)仍在加速，自動(dòng)防撞器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會(huì)自動(dòng)剎車，在距離障礙物1英寸（2.04厘米）的地方使車停下來，從而避免了撞車。 通過此次對(duì)汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步鞏固了我的單片機(jī)知識(shí)和計(jì)算機(jī)C語言能力。同時(shí)，也讓我深深感受到單片機(jī)技朮對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的不可或缺?？梢哉f﹕單片機(jī)的出現(xiàn)是人類步入科技時(shí)代的里程碑。所以，作為電子信息工程技朮專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)好單片機(jī)技朮是我們首先且必須做到的。然后漸漸深入，成為科技時(shí)代里信息技朮的發(fā)揚(yáng)者和傳承人。這雖是大道理，可我們必須從現(xiàn)在開始做起。 而縱觀此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也

39、是下了不少功夫，查閱了不少資料。清楚的認(rèn)識(shí)到自己專業(yè)知識(shí)的缺乏，同時(shí)也加深了我對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的理解，增強(qiáng)了自己的實(shí)際操作以及編寫能力。不管此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是否得到老師的認(rèn)可，可我不得不說這在我的學(xué)習(xí)生涯帶給了我很大的正面影響。它讓我明白，團(tuán)結(jié)就是力量，要不是老師和同學(xué)的幫助，我根本不會(huì)如此順利的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。還有，理論與實(shí)際相結(jié)合就是我從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中所領(lǐng)悟到的真諦。而我也似乎明白了，為什么每次實(shí)習(xí)之后，老師都讓我們學(xué)寫實(shí)習(xí)報(bào)告。因?yàn)槊恳淮蔚膱?bào)告就是理論與實(shí)際相結(jié)合的最高體現(xiàn)。 本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會(huì)了獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。用自己所學(xué)的東西去創(chuàng)造每一次奇跡，進(jìn)一步鞏固了自己所學(xué)的知識(shí)，不斷

40、的提高自己。正所謂活到老、學(xué)到老，就是這個(gè)道理。而在這期間，李佳老師和同組同學(xué)們都給了我很大的幫助。如果不是他們耐心輔導(dǎo)，我也不會(huì)如此順利的完成。特此，我要在這里對(duì)他們表示由衷的感謝。 參考文獻(xiàn) 1.羅慶生、韓寶玲 《一種基于超聲波與紅外線探測(cè)技術(shù)的測(cè)距定位系統(tǒng)[J]》、《計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制》2005年04期 2.趙海鳴、卜英勇、王紀(jì)嬋、周知進(jìn) 《一種高精度超聲波測(cè)距方法的研究[J]》、《湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》2006年03期 3.牛余朋、成曙 《基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)[J]》、《兵工自動(dòng)化》2005年04期 4.姜忠寶、高俊國 末制導(dǎo)炮彈中的目標(biāo)探測(cè)傳感器技術(shù)[J]；

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42、]》、《傳感器技術(shù)》2004年01期 11.王翔、王欽若、謝晨陽 《一種汽車制動(dòng)性能檢測(cè)儀的研制[J]》、《傳感器技術(shù)》2004年02期 12.侯崇升 《光電編碼器在剪切鋼板長度測(cè)量中的應(yīng)用[J]》、《傳感器技術(shù)》2005年07期 13.凌振寶、王君、張瑞鵬、馬心璐 《集成溫度傳感器原理及應(yīng)用[J]》、《傳感器世界》2002年09期 附錄1 附錄2 部分程序編寫： 程序初始化： RAM定義 BCOUNT DATA 07FH TIMER DATA 07EH TIMER1 DATA 07DH TIMER2 DATA 07CH HOURS DA

43、TA 07BH HOURG DATA 07AH MINUS DATA 079H MINUG DATA 078H SECOS DATA 077H SECOG DATA 076H SECO DATA 075H MINU DATA 074H HOUR DATA 073H TEN DATA 072H FLAG DATA 071H DIN DATA 020H DOUT DATA 021H SLA DATA 070H SUBA DATA 00H ACK BIT

44、 00H I/O定義 KEY BIT P3.2 CS BIT P1.2 CLK BIT P1.3 DAT BIT P1.4 SCL BIT P1.0 SDA BIT P1.1 MTD EQU 04AH MRD EQU 058H MRD1 EQU 063H ORG 0000H AJMP START ORG 0003H ;外部中斷0中斷服務(wù)子程序入口地址 AJMP INTL ORG 0013H ;外部中斷1中斷服務(wù)子程序入口地址 AJMP INTY ORG 0

45、100H START: MOV SP,#30H MOV P1,#11110011B ;initial I/O MOV SLA,#0A0H ;FM24C16器件從地址 MOV SUBA,#00H ;器件子地址 CLR P2.1 MOV TMOD,#20H ;串行口初始化 MOV TH1,#0FDH MOV TL1,#0FDH MOV PCON,#00H MOV SCON,#40H SETB TR1 SETB IT0 ;INT0為1,邊沿觸發(fā)方式 SETB IT

46、1 ;INT1為1,邊沿觸發(fā)方式 SETB EX0 SETB EX1 SETB PX1 ;INT1為高優(yōu)先級(jí) SETB EA ;開總中斷 MAIN: … AJMP MAIN ;主程序 INTL: … RETI ;外部中斷0中斷服務(wù)子程序 INTY: … RETI ;外部中斷1中斷服務(wù)子程序 END 致 謝 在大學(xué)學(xué)業(yè)即將結(jié)束之際，本人設(shè)計(jì)了基于AT89C2051的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中閱讀了大量的有關(guān)GSM網(wǎng)絡(luò)、SMS技術(shù)，單片機(jī)方面的書籍

47、及論文，掌握了一定的理論知識(shí)，而且在設(shè)計(jì)過程中鍛煉了自己分析問題、解決問題的能力，從而為今后更好地工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 在本人的畢業(yè)論文即將完成之際，謹(jǐn)向所有在三年的學(xué)習(xí)過程中給予本人指導(dǎo)和幫助的老師、同學(xué)表示深深的謝意。 首先要感謝本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師陳義老師，畢業(yè)論文從開始選題到最后定稿，始終得到了陳老師的精心指導(dǎo)和幫助。使我的抽象思維能力和語言表達(dá)能力大大提高。陳老師務(wù)實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的治學(xué)態(tài)度和工作作風(fēng)是本人學(xué)習(xí)的榜樣，使本人受益無窮。 感謝本人的家人！家人始終在默默地支持著本人，關(guān)心著本人！沒有家人對(duì)本人的鼓勵(lì)和支持，本人很難完成這篇論文。 另外，在本論文編寫的過程中，參閱了大量的論文和圖書資料，再次對(duì)上述文獻(xiàn)的原作者表示感謝。 28