基于单片机的测速和倒车提示装置的设计开题报告.docx

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基于单片机的测速和倒车提示装置的设计开题报告

信息与控制工程学院

毕业设计开题报告

基于单片机的测速和倒车提示装置的设计

DesignofSpeedandReversingHintDeviceBasedonSingleChipMicrocomputer

学生学号：

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

职称：

起止日期：

2017.02.27～2017.03.19

1．课题来源及选题的目的和意义

课题的来源：

自拟课题

选题的目的及意义：

随着现代生活水平的提高，汽车使用量逐年增加，交通事故的发生也与日俱增，汽车测速与倒车提示装置也就应运而出，尤其是非接触式测量技术卓越发展。

在大多情况下，测量与障碍物之间的距离是不能够接触到障碍物的，在这种时候就会用到非接触式测量设备。

在物理学中人们发现了电子学技术产生的超声波后，从此超声波技术在测量领域得到了广泛的运用，尤其是在超声波测距方面，结合了其他技术，用超声波测距变得十分常用。

超声波在介质中传播的距离较远，分辨力较高，且能量消耗小，利用超声波测距比较方便而且速度快计算简单，容易做到实时控制，并且测量精度好，都能够达到工业测量的要求。

因此超声测距广泛应用于当今生活中。

超声波测距利用的是声波反射原理，声波在空气中传播避免了与介质接触。

与其它测距方式相比，超声测距不受颜色、光线和电磁场的影响，大幅度减少了它被干扰的可能性。

超声波还具有可靠性能高、结构简单、价格便宜、安装方便等优点。

同时，还能够测量处于黑暗、烟雾、电磁干扰等恶劣环境中的障碍物。

2．本课题所涉及的内容国内外研究现状综述

随着人们生活水平的改善，汽车已经成为生活中主流的交通工具，汽车产业蓬勃发展。

为保障汽车驾驶时的舒适性和安全性，世界各国对汽车防撞技术的研究和发展投入了大量的人力、物力和财力。

在汽车泊车或倒车时，超声波测距是一种相对安全辅助技术，它通过声音或者更为直观的显示方式，来告知驾驶员周围障碍物的信息，提高了停靠车时的安全性。

通过超声波测距来发现障碍物，计算简单,方便迅速,易于做到实时控制，距离信号的准确度可以达到工业实用的要求。

超声波测速雷达在测距上应用时，首先发射出超声波信号，在遇到障碍物后反射回信号波，倒车雷达接收到次信号波，通过测量出的超声波在介质中的传播时间与速度，就可以计算出雷达与障碍物之间的距离。

国际上对汽车防撞的研究，开始于二十世纪六十年代。

以美、日、德为代表的国家最开始进行研究，他们与众多汽车制造厂商合作，制造出了世界上第一批汽车防撞报警器。

但局限于当时器件的发展水平和单片机成本，导致报警器难以做到体积轻巧、结构简单、经济实惠。

此外，报警器的干扰因素也很多，在实验室制造的样机，对许多干扰因素考虑得并不全面，使在实际的应用中，防撞效果并不能使得众多研究者满意。

二十世纪末，奔驰公司组织，计划将组合通信、传感器、智能技术结合于于一个系统中，改进了汽车的经济性、安全性和有效性，在这次研究中研制出了性能优良的汽车防撞报警器，能够帮助驾驶员避免发生交通事故。

使得制造出低成主本、高性能的汽车防撞雷达成为可能。

欧盟RadarNet研究项目整合己有新的研究成果，即研制新型多功能汽车防撞雷达。

其中，德国的汽车生产厂商奔驰公司和英国的电子生产厂商劳伦斯电子公司强强联合，成功研制出了超声波频率为35G赫兹可报警距离为150米的汽车防撞报警雷达，系统能够智能地计算出汽车与障碍物之间的距离和相对运行速度，并且根据汽车的运行速度，计算出汽车和障碍物两者之间的安全距离，当汽车与障碍物之间的距离小于计算出的安全距离时，报警系统便会发出报警信号，提醒司机及时躲避障碍物或者紧急停车。

这种预警雷达适合于在轿车、客车上使用，应用了汽车防撞预警系统能够对于恶性交通事故的发生起到了较好的预防作用。

国内最早使用的是倒车雷达，倒车雷达的发展经过了红外倒车雷达、电磁感应倒车雷达和超声波倒车雷达三个阶段。

红外倒车雷达容易被灰尘、泥土等附着物影响，电磁感应倒车雷达只适用于车子行进过程中工作，因此都很少再使用了，现在市场上大多数倒车雷达都属于超声波倒车雷达。

现在国内外越来越多的高级轿车在车身后方安装上了摄像头，让驾驶员可以清楚地看到车身后方的影像。

蜂鸣器提示是倒车测距、测速仪系统的初始。

蜂鸣器蜂鸣得越急，代表车辆距障碍物之间的距离越小。

虽然能够提醒司机有障碍物，但是不能够确定障碍物与车之间的距离，所以对司机的帮助并不是很大。

在此之后，液晶显示的出现达到了一个质的飞跃，尤其是在液晶显示出现动态显示功能之后，当发动汽车时，显示器上会出现汽车的轮廓以及车辆周围的信息。

不过液晶显示虽然灵敏度高，但抗干扰能力并不强，因此经常会产生的误报、假报的现象。

近年来由于电子技术的飞跃发展，使得相关技术日新月异，尤其是汽车电子产业的迅速发展，使得高度信息化、电子化的车辆研制有了基础。

目前主流的汽车倒车测距测速仪都是以单片机为核心的智能测距测速传感系统。

这种测距测速仪能够连续测距测速和显示障碍物距离，并采用间歇不同的鸣叫声进行报警和提示距离，以尽量不占用驾驶员的视觉。

3．本课题有待解决的主要关键技术问题

本设计重点研究问题有：

（1）如何对速度信号进行检测；

（2）如何对距离信号进行检测

（3）如何消除单片机的按键抖动。

4．课题研究的内容和实施方案

本课题研究的内容：

本设计是以STC89C51RC为控制核心，基于超声波传感器与光电传感器的汽车测速与倒车提示装置，该装置可以在日常生活的汽车驾驶中实现对汽车速度的实时采集和倒车时距离的实时测量的功能。

该装置通过超声波传感器实现距离与速度的采集之后，会对所采集到的信号进行滤波、放大、比较处理后，传送至单片机进行信号的实时处理，单片机将信号进行处理之后送至显示单元进行显示，从而使监测人员可以非常及时、非常准确的掌握所测量的汽车的速度与距离等基本信息。

系统硬件框图如下图1所示：

图1测速与倒车提示装置的系统组成框图

实施方案的选择：

1.常用的单片机及选型

方案一：

AT89C5151单片机

51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。

该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。

51单片机是应用比较广泛的基础入门的单片机。

AT89C51提供以下标准功能：

4000字节RAM，128字节内部随机存取存储器，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种用软件可选的节电工作模式。

空闲方式时，停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器、串行通信口以及中断系统继续工作。

掉电方式时，保存RAM中的内容，但振荡器停止工作，并且禁止其它所有部件的工作，直到下一个硬件复位。

需要注意的是AT89系列的单片机一般不具备自编程能力。

方案二：

STC89C51RC单片机

STC89C51RC是采用8051核的ISP（InSystemProgramming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8000字节的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统以及89C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器以及ISPFlash存储单元，具有在系统可编程特性，配合PC端的控制程序，即可将用户的程序下载到单片机内部，省去了购买通用编程器的麻烦，而且速度较大多数单片机更快。

STC89C51RC系列单片机是单时钟/机器周期的兼容8051内核单片机，是高速、低功耗的新一代8051单片机。

该系列单片机功能强大，可以实现单片机开发的多种需求，且常用模块丰富，初学者或开发者可以根据需要进行选配。

所以综合比较以上两种方案，考虑到单片机的各部分资源和使用者的需求，本次设计选用STC89C51RC单片机。

2.传感器的选型

方案一：

超声波传感器

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。

超声波是振动频率高于20KHz的机械波。

它具有频率高、波长短、绕射现象小，方向性好等特点。

超声波对液体、固体的穿透能力很大，尤其是在不透光的固体中。

超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射，反射会形成回波，碰到活动物体还能产生多普勒效应。

向行进中的车辆发射频率已知的超声波同时测量接收到反射波的时间，根据反射波的时间以及超声波的传播速度的多少就能知道车辆的距离。

用超声波传感器对车辆的速度与距离进行测量，对环境、材料等要求较低，操作简便，性能稳定。

方案二：

光电传感器

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。

光电传感器一般由处理通路和处理元件两部分组成。

其基本原理是以光电效应为基础，把被测的量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件，进一步将非电信号转换成电信号。

光电式传感器的优点是对测量微小的位移变化有显著的效果，缺点是光电式传感器对材料、电路控制和光电管属性等部分的要求比较高。

由于环境因素总有不确定性，这种多变的情况要求我们选择更加稳定的传感器。

综上所述，从传感器的制作工艺、材料的选取、受外界的干扰信号的干扰程度和制作过程中前级电路的处理难易程度上考虑，就选用超声波传感器实现对距离信号的采集,选用光电传感器实现对速度信号的采集。

3.常用的显示模块的选型

方案一：

液晶显示

液晶单元是容性负载，液晶的电阻在大多数情况下可以忽略不计，是无极性的，即正压和负压的作用效果是一样的。

因为液晶显示器件在直流电压作用下会发生电解作用，所以液晶显示器件必须用交流驱动，并且限定交流成分中的直流分量不大于几十毫伏；由于液晶在电场作用下光学性能的改变是依靠液晶作为弹性连续体的弹性变形，响应时间长，所以交变驱动电压的作用效果不取决于其峰值，在频率小于1000Hz情况下，液晶透光率的改变只与外电压的有效值相关。

液晶显示具有信息量大、寿命长、低压驱动、微功耗、无辐射无污染等优点。

方案二：

LED动态显示

LED数码管由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个段以及公共电极。

数码管实际上是由七个发光管组成的8字形加上小数点总共八个发光管组成的。

这些段分别由字母a、b、c、d、e、f、g、dp来表示。

数码管具有价格便宜、使用简单等优点，缺点是与液晶显示相比功耗较大，线路连接繁琐。

根据以上两种方案的比较，液晶显示具有一定的优越性，显示效果明显，方便易读，控制简单电路连接方便等优点。

所以选择液晶显示来实现显示功能。

5．完成本课题的工作计划及进度安排

设计总共16周。

具体安排如下：

2017.02.27～2017.03.12：

英文资料翻译

2017.03.13～2017.03.19：

开题报告

2017.03.20～2017.04.09：

系统总体设计和硬件电路设计

2017.04.10～2017.04.30：

部分硬件电路设计、软件程序编写

2017.05.01～2017.05.14：

程序调试

2017.05.15～2017.05.21：

系统功能测试

2017.05.22～2017.06.04：

毕业论文写作

6．参考文献

[1]陈文礼.便携式多气体检测仪设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2013,13（10）:

54-56.

[2]徐大诏,李正明,刘军.基于STM32的便携式矿用多气体检测仪的设计[J].仪表技术与传感器,2014（3）:

14-16.

[3]林喆.红外气体浓度检测仪的研究与开发[D].沈阳：

沈阳理工大学，2009.

[4]赵祺智能便携式可燃气体检测仪的开发与研制[D].长春：

吉林大学,2007.

[5]艾学忠.单片机原理及接口技术[M].北京:

机械工业出版社,2012.

[6]李劲松,刘希胜,郭宇航.基于AVR的便携式多气体检测仪的设计[J].传感器世界,2008,14（12）:

19-22.

[7]HOta.Acousticsensorandelectricstethoscopedeviceincorporatingthesametherein[J].JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica,2002,111（4）:

1518-1519.

[8]MWang.InternetofThingsSmartHomeControlSystembasedonSIM900A.JournalofHenanMechanical&ElectricalEngineeringCollege.2014.

7．指导教师审阅意见

指导教师（签字）：

年月日

8．系主任或指导小组意见

系主任或指导小组组长（签字）：

年月日

说明：

1.本报告前6项内容由承担毕业论文（设计）课题任务的学生独立撰写；

2.本报告必须在第八学期开学三周内交指导教师审阅并提出修改意见；

3.学生须在小组内进行报告，并讨论；

4.本报告作为指导教师、专业系或毕业论文（设计）指导小组审查学生能否承担该毕业设计（论文）

课题和是否按时完成进度的检查依据，并接受学校和教学院的抽查。