1、汽车倒车防撞系统优秀课程设计审定成绩：_ 现代汽车电控系统课程设计设计题目: 汽车倒车防撞系统设计 _单 位（系别）：_自动化系_ _学 生 姓 名：_ _王555_专 业：_自动化专业_ _班 级：_05125555_ _学 号：_255555_ _指 导 教 师：_张 55_填表时间： 年 6 月摘 要汽车作为现代社会最关键交通工具，数量越来越多，不过交通事故发生频率逐年增加，其中因倒车发生事故占很大百分比。伴随科技发展，这类问题得到了处理，人类发明了智能交通系统，其中汽车智能倒车防撞技术关键在于智能实时测出汽车和障碍物距离。当汽车和障碍物之间距离小于设定安全距离时，防撞系统就自动报警并采
2、取制动方法。为提升汽车运行安全性和降低碰撞发生可能,本文讲述一个主动型汽车倒车防撞报警系统。本课程设计是以AT89C51单片机为关键倒车防撞系统增加汽车倒车时安全性倒车防撞系统，利用超声波进行无接触测距，系统关键包含超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示模块和声光报警模块等部分组成。汽车在行驶和倒车过程中自动检测到障碍物，然后经过超声波测距原理测量出汽车和障碍物之间距离，并经过数码显示模块将测得距离显示出来，当汽车和障碍物之间距离达成安全极限时，单片机控制声光报警模块发出报警信号，达成提醒司机预防撞车目标。本设计充足发挥了单片机性能，其硬件电路简单，软件功效完善，控制系统可靠，
3、含有一定使用和参考价值。【关键词】单片机 AT89C51 超声波 测距 汽车防撞预警前 言伴随社会经济发展,交通运输业日益兴旺，汽车数量在大副攀升。交通拥挤情况也日趋严重，撞车事件频频发生，造成了不可避免人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一个响应快，可靠性高且较为经济汽车防撞报警系统势在必行。超声波是指频率在20kHz以上声波，它属于机械波范围。多年来，伴随电子测量技术发展，利用超声波作出正确测量已成可能。伴随经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量正确高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波也遵照通常机械波在弹性介质中传输规律，如在介质分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介
4、质吸收而发生衰减等。正是因为含有这些性质，使得超声波能够用于距离测量中。超声波测距即是利用其反射特征，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物距离及位置通知驾驶人员，起到安全作用。 超声波测距法是最常见一个距离测距方法，应用于汽车停车前后左右防撞近距离，低速情况，和在汽车倒车防撞报警系统中。现在生产中高级小轿车大多数全部配置有倒车雷达，而出于节省成本等方面考虑，经济型小轿车、大客车等其它车辆全部没有配置倒车雷达。有市场需求产品，肯定会带动产品开发设计。倒车雷达电路种类较多，本文介绍基于单片机控制倒车雷达系统，该系统采取通用型单片机作为控
5、制电路，方便系统功效扩展。系统电路关键采取集成器件组成，外围元件少，电路简练、调试方便、成本低，利于商品化生产。第一章 汽车倒车防撞系统概述第一节 倒车防撞系统研究背景及意义伴随中国经济连续增加和汽车价格连续下降，越来越多家庭拥有自己汽车。在享受汽车给我们带来便利同时，因为倒车而产生问题也日益突出。首先汽车数量逐年增加，公路、街道、停车场和车库拥挤不堪，可转动空间越来越少；。其次，新司机及非专职司机越来越多，因倒车引发纠纷越来越多，车辆之间、车辆和人、车辆和墙壁等障碍物之间碰撞时有发生。据统计，危险境况时，假如能给驾驶员半秒钟预处理时间，则可分别降低追尾事故30，路面相关事故50，迎面撞车事故
6、60。改善倒车碰到窘境被越来越多人所关注，大家对汽车操纵便捷性提出了更高要求，期望有种装置能够处理汽车倒车给大家带来不便，消除驾驶中不安全原因，可将车快速正确地停放到指定位置，所以发明了汽车倒车防撞预警系统。本课题相对而言研究比较浅，就是利用超声波声波特征实现非接触式距离测量，进行距离预警。超声波在空气中测距或在特殊环境下全部有较广泛应用。利用超声波检测往往比较快速、方便、计算简单、易于实现实时控制，而且在测量精度方面能达成工业实用指标要求，所以在汽车倒车防撞系统研制方面也得到了广泛应用。第二节 倒车防撞系统介绍汽车防撞预警系统是指在汽车行驶过程中预防汽车发生碰撞障碍物一个智能报警装置。它能自
7、动发觉可能和汽车发生碰撞障碍物体，而且同时检测汽车和障碍物之间距离，抵达极限距离时发出报警信号以避免碰撞发生。依据题目要求，汽车防撞报警器功效关键有两个：判定汽车和障碍物之间距离和当汽车和障碍物之间距离抵达临界距离时发出报警信号。本课程设计是以AT89C51单片机为关键倒车防撞系统增加汽车倒车时安全性倒车防撞系统，利用超声波进行无接触测距，系统关键包含超声波发射电路，超声波接收电路，数码显示电路和报警电路。以超声波传感器为关键进行超声波发射和接收，利用数字传感器DS18B20进行测量，提升了测量精度，经过计算得出距离并经过LED显示，在超出一定距离时，电铃报警，驾驶员做出判定。第二章 倒车防撞
8、系统总体设计第一节 倒车防撞系统设计原理一、设计总体思绪概况汽车防撞预警系统原理是利用超声波发射和接收，用计时器计出超声波从发射 到接收到碰到障碍物后反射声波时间经过公式计算出汽车和障碍物之间距离。在实际生活中常见测距方法关键有两种，一个是在被测距离两端，一端设置发射装置，一端设置接收装置，利用公式S = vt得出测量距离。这种测量方法尤其适适用于测量身高；另一个是此次设计采取方法，利用超声波碰到障碍物后反射得出距离。 汽车防撞系统硬件电路设计关键包含单片机系统、超声波发射电路和超声波检测接收电路及显示电路三部分。单片机采取是AT89C51系列。为了取得较稳定时钟频率而采取了高精度晶振，这么极
9、大减小测量距离误差。用单片机P1.0端口输出超 声波发射器所需要40kHz方波信号，使用外中止 0 口检测接收超声波反射信号。显示电路装置用了结构简单价格廉价4位 LED 数码管来显示距离。 超声波发射装置关键是由反相器74LS04和发射传感器组成。AT89C51单片机P1.0引脚输出40k赫兹间断方波信号分成2路，一路信号经过一个反向器后抵达TCT40一个引脚，另一路经过两个反向器后到TCT40另一个引脚，用这种形式将 P1.0 发出单片机P1.0端口发出间断方波信号加到TCT40两端上，用这种推换形式将间断方波信号连接到超声波传感器两个引脚上，这么能够增强超声波发射强度。在加载反波信号时使
10、用两个74LS04并联，是它驱动能力得到了很大提升。而电阻R8、R9增大超声波传感器阻尼效果，缩短了震荡时间，使超声波传感器输出高电平能力大大增加。超声波接收采取CX6A集成电路模块，依据电路图能够看出，集成芯片CX6在接收装置电路中作用很大。CX6是一款红外线检波接收芯片，它常见于现实生活中，而且价格廉价。因为红外线波频率为38 kHz，和测距使用超声波频率靠近。而且CX6芯片内部设置比很好，因为设计中芯片f5角连接了一个外接电阻， 此电阻使她滤波器中心频率能够调整，当R15阻值越大滤波器中心频率就越低，改变范围在3060 kHz之间。此次设计证实用CX6A接收超声波信号含有优异灵敏特征和较
11、强抗干扰能力。超声波测距预警系统关键包含主程序、发射子程序、温度采集子程序、外部中止子程序和数码显示子程序等。超声波测距估计能够系统主程序第一步是对系统进行初始化，初始化定时器T0为16位定时计数器工作模式。全局中止打开并给显示端口清0。在调用超声波发生子程序发出一个超声波脉冲，在发射过程中延时约0.1 ms，避免声波信号从发射器发出后直接传送到接收器而引发直射波触发，然后在使用外中止接收遇 到物体后返回声波信号。我采取了12 MHz 晶振，计数器每次计数间隔是1s，当主程序接收到成功信号后，将计数器 T0中数计算，即得出和障碍物之间距离，测出距离后将结果送往LED显示，这就是超声波测距过程。
12、 在系统调试方面，因为设计电路由很多集成电路组成。外围元件极少，所以调试不太难。只要焊接电路没有错误，简单调试一下就能够正常使用了。电路设计中除了集成电路，对其它电子元件也没专业要求。能够依据测量距离差异，调整和接收换能 器滤波电容就能得到适合灵敏度和超声波抗干扰能力。二、超声波测距原理超声波测距是经过检测超声波发射后碰到障碍物所反射回往返波，图2-1所表示。从而测出超声波发射和接收时间差T，然后依据公式：S = CT / 2 即可算出汽车和被测物体距离。S为汽车和障碍物之间距离，C为超声波在空气中传输速度。声速c和温度相关，如温度改变不大，则可认为声速是基础不变。假如测距精度要求很高，则应经
13、过温度赔偿方法加以校正。本设计中设定温度为常温20。图2-1 超声波传输图利用超声波测距原理图如框图 2-2 所表示，单片机发出40kHZ信号，经放大后经过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，开启单片机中止程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数。图2-2 超声波测距原理图三、控制系统框图超声波防撞控制系统图如框图2-3所表示。该系统全部全部由单片机进行控制，单盘机 发出40Hz方波脉冲，经过超声波发射电路发射出超声波。超声波在碰到障碍物以后反射射回来再由接收电路接收反射声波信号送入单片机进行分析，计算出汽车和障碍物之间距离，
14、将处理后结果送入显示电路经过数码显示管显示出距离，假如距离达成安全极限距离着由报警电路经过蜂鸣器发车报警，提醒司机躲避障碍物。图 2-3 超声波测距报警系统图第三章 倒车防撞系统硬件设计硬件电路设计关键包含三部分：单片机系统、显示电路、超声波发射和检测接收电路。在此次设计中单片机采取AT89C51。还采取了12MHz高精度晶振，以减小测量误差。用AT89C51P1.0端口输出所需40kHz方波信号，采取AT89C51实现对TCT40 超声波转换模块和CX6A芯片控制。第一节 倒车防撞系统使用元器件一、AT89C51功效特点AT89C51 单片机关键由中央处理器、存放器、输入输出接口等组成。中央
15、处理器是单片机关键部分，它关键作用是完成运算和控制功效。程序存放器含有存放功效，使应用程序在开发调试后永久性存放在程序存放器中。AT89C51 控制着超声波发送和接收，串行口发送数据。LED显示是共阴极接法动态循环显示。接收电路接收超声波碰到物体后反射回往返波信号。该芯片包含了限幅放大、前置放大、整形和输出数据信号，这么方便了检测判定回波数据是否正确，而且能够经过计算得出距离值。AT89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除存放器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压， 8 位高性能CMOS 微处理器，叫做单片机。
16、该单片机采取制造技术是ATMEL高密度非易失存放器制造成，它能够和达成工业标准输出管脚和MCS-51指令集相兼容。因为它将8位多功效CPU处理器和闪烁存放器组合在单个芯片中，AT89C51是一个高效微控制器外形及引脚排列图 3-1 所表示。图 3-1 AT89C51 控制器AT89C51 有两种可用软件来选择省电方法：空闲工作方法和掉电工作方法。当处于空闲方法时CPU处于睡眠状态，但片内其它部件仍然继续工作，而且片内RAM内容和全部专用寄存器内容在空闲方法期间全部被保留起来。当处于掉电方法时保留了 RAM 内容，振荡器停止震荡，严禁芯片其它功效直到下一次硬件复位才能使用。AT89C51 为很多
17、器材制造提供了十分灵活和低成本处理措施。充足利用了单 片机片内资源，使我们能够在较少使用外围电路情况下完成超声波测距。二、CX6 功效特点CX6对收到信号有放大和滤波作用。图3-2所表示，CX6芯片接口图。 CX6有8个引脚，管脚1是超声波信号输入端；管脚2电阻和电容决定接收换能器 总增益，经过增大或减小电阻电容，确定放大倍数，改变放大器频率。管脚3和GND 之间连接电容起到检波作用；管脚5上连接一个电阻，这个电阻用来设置滤波器 中心频率；管脚6和GND之间接入一个电容，该电容确定探测距离；管脚7是集电极开路 输出端：管脚8接电源正极。图3-2 CX6 芯片接口图三、LED数码管在生活中最常见
18、到LED数码管是八段和七段，八段式原理图图3-4 所表示。此次设计中采取是八段式数码管。八段式和七段式相比，她们各部分结构大致相同，八段只比七段式多了一个小数点。数码管里全部是由LED发光二极管发光单片机控制LED灭亮显示出不一样形状从而显示出数字，八段式数码管和七段式关键区分就在于八段式数码管中有八个发光二极管，而七段式数码管中有七个发光二极管，两种之间只差一个点。数码管又分为两种类型，共阳极型和共阴极型。原理图图3-3共阳极型和共阴极型原理图所表示。共阳极型就是将数码管中发光二极管阳极全部接在一起而且接到电源上，连接好以后把其中任何哪个发光二极管阴极接到地线上，它就会发光。共阴极型则是将数
19、码管中发光二极管阴极全部接在一起而且接到地线上，连接好以后把其中任何哪个发光二极管阳极接到电源上，它就会发光。图 3-3 共阴极型和共阳极型原理图图 3-4数码显示管引脚图图3-4数码显示管引脚图所表示，把两个COM引脚连接起来，作为数码管公共端，数码管共阳端要接地，共阴端接电源。一个二极管是一位，八个管子即 a，b，c，d，e，f，g 还有 dp， 拼成个8字列在一起就组成了一个8位数码显示管。一个八段式数码显示管每个显示管连在一起，每个二极管公共端称为位选线。在数码管显示数字是，一个二极管对应一条直线，a 对应是首位，dp对应最终位。比如，当数码管显示管显示数字0时，那么共阴极数码显示管编
20、码就为00111111，十六进制数为0x3f，而共阳极数码显示管编码就是11000000，十六进制数为0xc0。经过这个例子能够看出来共阴极数码显示管和共阳极数码显示管编码各个位是相反。第二节 倒车防撞系统电路设计一、超声波发射装置设计超声波发射器包含两个部分：超声波产生电路部分和超声波发射控制电路部分。超声波探头采取TCT40。单片机P1.0端口输出40KHz超声波信号，此时定时器开始计时。经过输出引脚输入，经驱动后推进发射探头产生超声波，此方法充足利用了软件控制，灵活性好。超声波发射电路设计图图3-5所表示。图 3-5 超声波发射装置设计图超声波发射电路关键由反相器74LS04和发射换能器
21、组成。AT89C51单片机P1.0口输出40kHz间断方波信号分成2路，一路经一级反向器后抵达 TCT40一个电极，另一路经过两级反向器后到TCT40另一个电极，用这种形式将P1.0发出方波信号加到TCT40两端上，这么能够增强超声波发射强度。在加载反波信号时使用两个74LS04并联，能够提升驱动能力。而电阻R8、R9能够增加超声波换能器阻尼效果，缩短了震荡时间，还能够提升换能器输出高电平驱动能力。二、超声波接收装置设计超声波接收器包含接收、发射探头、信号放大电路和波形变换电路三个部分。超声波探头采取RCT40。 根据超声波原理，微处理器需要只是第一个回波时刻。接收装置设计可用CX6A来完成。
22、在空气中传输超声波其能量衰减和距离是成正比，距离越小、衰减越少，距离越大、衰减越多，通常全部在1V之内。图 3-6 超声波接收装置设计图 超声波接收装置图3-6超声波接收装置图所表示。超声波接收采取CX6A集成电路模块，依据电路图能够看出，集成芯片CX6在接收装置电路中作用很大。CX6是一款红外线检波接收芯片，她常见于现实生活中，而且价格廉价。因为红外线波频率为38 kHz，和测距使用超声波频率靠近。而且CX6芯片内部设置比很好，因为设计中芯片f5角连接了一个外接电阻，此电阻使她滤波器中心频率能够调整，当R15阻值越大滤波器中心频率就越低，改变范围在3060 kHz之间。CX6对收到信号进行放
23、大、滤波作用。当接收到声波信号经由放大器，调整信号频率，然后滤波消除干扰信号，最终再经过整形，输出到CX67脚输出。当接收到声波信号和CX6中心频率相符时，它7脚就会低电平输出，而7脚接到INT0引脚上，这么就会中止。若频率和CX6中心频率不一样时，即可调整R15，使滤波器中心频率和超声波测距频率相符。三、显示电路设计显示电路中显示测量距离使用是4位共阴LED数码管，它简单实用而且价格廉价。位码使用四个PNP三极管来驱动，显示电路设计图图 3-7显示电路设计图所表示。图3-7显示电路设计图四、报警装置设计报警部分采取一个蜂鸣器进行报警，LED发光，利用单片机控制输出一个一定频率信号。信号经过一
24、个三极管，把信号放大，以增强驱动能力。然后将放大以后信号连接到蜂鸣器上，报警部分装置设计图图 3-8 所表示。 图 3-8 报警装置设计图蜂鸣器是使用直流电源进行供电，它广泛应用于当今生活中，尤其在计算机、报警器、复印机、打印机、电子玩具、汽车电子设备、电话机等电子设备制造中作为发声器件而广泛应用。蜂鸣器是一个一体化结构电子发声器，它分为两种类型，一个是压电式蜂鸣器另一个是电磁式蜂鸣器。压电式蜂鸣器关键由压电蜂鸣片、多谐振荡器、共鸣箱阻及抗匹配器还有外壳等部分组成。压电蜂鸣片是由铌镁酸铅或锆钛酸铅压电陶瓷材料制造而成。而多谐振荡器由集成电路或晶体管结构而成。当电极两端接通电源以后,多谐振荡器开
25、始振动,输出音频信号，然后阻抗匹配器便能推进压电蜂鸣片发出声音。电磁式蜂鸣器关键由振荡器、磁铁、振动膜片、电磁线圈和外壳等部分组成。在两 极接通电源以后，振荡器能够产生音频信号，信号经过电磁线圈，便会使电磁线圈生成磁场。这么振动膜片便会在磁铁和电磁线圈作用下，周期性反复地振动从而发出声音。五、系统电源设计在本系统中，AT89C51单片机是5V供电，电源电压范围从3.35V，在电路系统需要一个变压芯片，我选择7805芯片，引脚图以下：图3-9 7805芯片引脚图这是一个输出正5V直流电压稳压电源电路。IC采取集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，R16为负载电阻。电路图如3
26、-10所表示：图3-10 稳压电源第三节 硬件电路总设计超声波测距预警系统硬件部分由超声波接收电路、显示电路、超声波发射电路 和单片机外围电路等各部分组成。 使用单片机P1.0口输出40KHZ方波信号，经反相器来控制超声波发送，以达成超声波换能器所需震荡条件。利用中止口INT0检测超声波接收电路接收到返回信号，当单片机INT0引脚由高电平变为低电平时超声波就已经返回。计数器计出超声波传输所用时间，然后算就能够得到和障碍物之间距离大小。显示电路采取结构简单4位LED数码管把测量距离显示出来，位码用4个PNP三极管来驱动。超声波测距预警系统是利用单片机控制超声波发射接，并自动计时得出超声波往返时间
27、，单片机采取是AT89C51，这种单片机经济实用，结构简单。而且单片机内有4KROM，方便于编程。这时就能够使用单片机把各部分设计好电路图连接起来进行仿真了。超声波预警系统电路设计图3-11汽车预警系统原理图所表示。图3-11汽车预警系统原理图第四节 系统使用元器件清单在此次设计中使用元器件关键有单片机AT89C51， CX6A，超声波探头，蜂鸣器，数码显示管等，所用元器件具体清单如表 3-7所表示。表3-7元器件清单第四章 倒车防撞系统程序设计超声波测距预警系统关键包含主程序、发射子程序、温度采集子程序、外部中止子程序和数码显示子程序等。第一节 防撞系统工作过程一、软件工作过程按下控制系统开
28、关，进行系统初始化，当主程序完成初始化后调用发射子程序，由P1.0口发射出1个脉冲，驱动超声波换能器发射超声波，而且计数器开始计时。利用定时器计数功效统计到超声波发射到接收所用时间当超声波接收器接收到超声波后，接收电路输出端输出一个跳变信号，在INT0端产生一个中止信号，得到超声波时间差。温度假设不变，知道了时间和超声波声波速度后，经过单片机计算得出距离，显示出来，抵达距离极限时，启用报警模块。二、算法软件设计超声波测距是经过检测超声波发射后碰到障碍物所反射回往返波，从而测出从发出超声波信号到接收到返回信号时间间隔，然后求出距离由S=CT/2即可算出汽车和被测物体距离。其中，S为测量距离，C
29、为超声波在空气中传输速度。T 从发出超声波信号到接收到返回信号时间间隔。在开启发射电路发射超声波同时开启单片机 AT89C51内定时器T0，经过定时器计数器计数功效统计下来超声波发射时间和接收到超声波时间。当接收电路收到超声波时，接收电路输出端会产生一个负跳变，在INT0端能够产生一个中止信号，单片机响应中止请求后实施外部中止子程序，读取出来时间间隔，算出距离。第二节 防撞系统程序设计一、主程序主程序首先对系统环境初始化，设置定时器T0工作模式为16位定时计数器模式，置位总中止许可位EA并给显示端P0和P2清0。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引
30、发直接波触发，需延迟0.1ms(这也就是测距器会有一个最小可测距离原因)后，才打开外中止0接收返回超声波信号。因为采取12MHz晶振，机器周期为1us,当主程序检测到接收成功标志位后，将计数器T0中数（即超声波往返所用时间）按下式计算即可测得被测物体和测距仪之间距离,依据公式d=(C*T0)/2 （其中T0为计数器T0计数值），测出距离后结果将以十进制BCD码方法显示在LED上,然后再发超声波脉冲反复测量过程。主程序框图图4-1所表示：图4-1 主程序框图二、超声波发射子程序，超声波接收子程序超声波发生子程序作用是经过P1.0端口发送2个左右超声波信号频率40KHz方波，脉冲宽度为12us左右
31、，同时把计数器T0打开进行计时。超声波测距器主程序利用外中止0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0引脚出现低电平)，立即进入中止程序。进入该中止后就立即关闭计时器T0停止计时。假如当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中止将外中止INT0关闭。本系统采取12M晶振，即机器周期是1 us。下图4-3是超声波发射和接收子程序步骤图。超声波发射和接收其实就是中止表现，我们关键使用外部中止源和定时器T0中止。下图4-2是中止程序步骤图。图4-2 中止程序步骤图图4-3 超声波发射和接收子程序步骤图三、测距子程序当主程序检测到接收成功标志位以后将计数器T0中数（即超声
32、波往返所用时间）按公式计算，即可得到被测物体和测距仪之间距离，设计时取20时声速为344m/s则有：S = CT / 2=172T0/10000cm其中，T0为计数器T0计算值。测出距离后结果将以十进制BCD码方法送往LED显示约0.5s，然后再发超声波脉冲反复测量过程。图4-4 测距程序步骤图四、距离显示，判定和报警子程序显示模块功效是利用定时器将得到最短距离在显示器上进行显示。测试距离数值经过串行口传送到显示模块。经过调用距离计算子程序，设定安全距离为2m，设定蜂鸣器工作方法，工作设为1，不工作设为0，若在安全距离之内，蜂鸣器打开报警，不然，蜂鸣器不工作。下图4-5是距离显示判定和报警步骤图。
