基于89c51单片机的汽车倒车报警系统.docx
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基于89c51单片机的汽车倒车报警系统
2015－2016学年第二学期
毕业设计（论文）
课题汽车倒车测距报警系统的设计
姓名何帅
系部电子与信息工程学院专业应用电子技术
班级13电子
（1）班学号**********
指导教师何晓鸿
武汉交通职业学院教学工作部制
摘要
超声波测距在倒车雷达、液面高度测量等场合有着广泛的应用。
本文根据超声波测距离原理，设计了一个简易的汽车倒车测距报警系统的设计。
系统主要由单片机控制器模块、超声波收发模块、距离显示模块、报警提示模块、电源模块构成。
控制器通过定时器产生周期的脉冲方波信号，经电声转换电路后发出超声波，同时打开定时器计时。
声电转换电路将超声波的回波信号转换为电平送单片机中断，根据定时器计得的收发时间差计算障碍物的距离。
本设计分析了超声波测距原理，给出了系统的总体设计方案，完成了具体硬件电路图设计以及软件程序设计，最后对系统进行了测试。
测试数据表明系统具有较高的精度，较低成本的优点，因此具有一定的实际应用价值。
本设计可用作汽车泊车安全辅助装置，使驾驶员在泊车时能够更加安全，减少事故的发生。
关键词：
单片机超声波测距报警
1绪论
1.1设计背景
随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。
其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。
倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。
而倒车事故给车主带来许多麻烦，例如撞上别人的车、消防水笼头，如果伤及儿童更是不堪设想，有鉴于此，汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生，倒车雷达的加装可以解决驾驶人员的后顾之忧，大大降低倒车事故的发生。
1.2发展前景
目前，在国际和国内上，在超声测距方面的研究方向的不同和研究水平的高低，主要体现在测距原理上。
随着电子技术的发展，出现了微波雷达测距、CCD测距、激光测距和超声波测距等多种形式的测距方法，前几种测距法由于技术难度大、成本高等因素，主要用于军事工业方面。
而超声波测距则由于其技术难度较低，成本低廉等特点，在一般测量领域应用广泛。
如汽车倒车雷达，目前的汽车倒车雷达主要是具有蜂鸣器的语音报警以及距离显示为主的汽车安全系统。
这些系统主要采用的是以单片机为控制核心的智能超声波测距传感器和蜂鸣器报警系统，这种汽车安全辅助系统便宜耐用，而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求。
无庸置疑，未来的超声波测距报警系统，将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
1.3本次设计任务
本次设计是基于单片机控制的超声波测距报警系统设计，采用以STC89C5160S2单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。
整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。
各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。
在此基础上设计了系统的总体方案，最通过硬件和软件实现了各个功能模块。
2.系统论证与设计
2.1方案的讨论
2.1.1控制模块的选择
本课题主要任务是设计一款简易的汽车倒车测距报警系统的设计，应用于汽车倒车位置监控与报警。
该报警器主要包括控制模块、测距模块、声音模块、距离显示模块、电源模块五个部分，我们选择了几个方向来设计讨论。
（1）可编程逻辑控制器（PLC）
PLC发展初期主要用于开关量的逻辑控制，随着PLC技术的进步，它的应用领域在扩大，不仅可以用于开关量控制，还可用于模拟量及数字量的而控制，可采集与存储数据，并进行联网、通讯等，如今，PLC已成为工业控制中核心元器件之一。
其主要优点是功能完善，稳定性高抗干扰能力强，扩展性好，硬件维护方便，编程简单。
缺点是价格较高，体积较大。
（2）单片机
单片机与PLC本质是相同的，它们的发展都是基于微处理技术，而PLC实际上是建立在单片机之上的一种产品，而单片机实际上是一个集成电路，体积相对较小，成本低，经济实惠，但利用单片机实现的主控板受软件布局、环境温度、制板工艺等影响，稳定性和抗干扰性相对较弱。
对比这两种核心控制元件，两者各有优缺点，根据本课题设计任务，汽车倒车报警装置体积要小，这样便于携带、安装、不占用汽车空间，显然由于PLC体积大的特点而不符合设计要求，因此本设计采用AT89C51单片机作为核心控制元件。
2.2.1测距模块的选择
（1）红外线测距
红外线测距原理是红外光遇到障碍物会反射回来，而反射回来红光的强弱由距离而定，距离越远，红光强度越弱，根据这个特点能够进行障碍物距离远近的测量。
其优点是成本低廉，使用安全，制作简单，缺点就是测量精度低，方向性也差，测量距离近。
（2）超声波测距
超声波是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于16kHz的机械波。
超声波测距就是将电压和超声波之间的互相转换，发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去，当接收超声波时，超声波接收探头将超声波转化的电压回送到控制芯片。
超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，在中、长距离测量时，超声波测量的精度和方向性都要大大优于红外线测量。
从安全性，成本、方向性等方面综合考虑，超声波传感器更适合设计要求。
根据对以上测距方法的比较，超声波测距具有较强的抗干扰能力和较短的响应时间，在精度和方向性上都优于红外测距，因此本方案的距离测量部件选用超声波测距模块。
2.2方案的设计
2.2.1设计流程框图
图2-1流程框图
2.2.2电路原理图的设计
图2-2电路原理图的设计
3．硬件模块
根据系统总体设计方案，系统以单片机AT89C5160s2为控制模块SR04超声波模块，报警模块，液晶显示模块组成。
3.1单片机最小系统
单片机最小系统由芯片，时钟电路、复位电路以及电源电路构成。
图3-1单片机最小系统的电路图及实物图
3.1.1单片机简介
AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
AT89C51具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
而且，它还具有一个看门狗（WDT）定时/计数器，如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护外围硬件电路。
AT89C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片上Flash允许
程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
3.1.2时电路钟
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：
内部振荡方式和外部振荡方式。
本系统采用内部振荡方式，在AT89C51引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。
由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
图3-2时钟电路
3.1.3复位电路
复位电路有上电复位和手动复位两种。
本系统采用手动复位方式，具体电路如图3-3所示。
系统上电时，RC电路开始充电，因为电容电压不能突变，使RST端的电位接近Vcc，以后RST端的电位将随电容充电而逐渐下降。
只要RST端出现的正脉冲时间保持在10ms以上，就能使单片机有效地复位。
工作过程中，需要手动复位时，按下按钮时，电容瞬间完成放电，Vcc的+5V电平就会直接加到RST端，完成系统复位。
图3-3复位电路图
3.2超声波模块
3.2.1什么是超声波特点
它是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。
超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。
1超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。
2超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。
3超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息诊或对传声媒质产生效用及治疗。
4超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
5超声波可传递很强的能量。
6超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
超声波为探测与负载信息的载体或媒介如B超等用作诊断；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构用作治疗
3.2.2sro4超声波传感器
SR04是最常见的超声波传感器之一，在arduino开发中超声波传感器SR04主要用来测距，相比其他测距传感器有着简单易用、灵敏度高等特点。
对于超声波传感器各种特性，超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
模块参数：
1.尺寸：
长×宽×高45*20*15
2.工作电压：
5V
3.感应角度：
不大于15度
4.探测距离：
3cm-450cm
5.精度：
可达0.2cm
3.2.3测距原理
3-4超声波时序图
初始化时将trig和echo端口都置低，首先向给trig发送至少10us的高电平脉冲（模块自动向外发送8个40K的方波），然后等待，捕捉echo端输出上升沿，捕捉到上升沿的同时，打开定时器开始计时，再次等待捕捉echo的下降沿，当捕捉到下降沿，读出计时器的时间，这就是超声波在空气中运行的时间，按照测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2就可以算出超声波到障碍物的距离。
3.3报警模块
在单片机应用系统中，最常见的发声器件就是蜂鸣器。
蜂鸣器一般用于一些要求不高的声音报警及发出按键操作提示音等。
有源蜂鸣器最重要的特点是只要按照极性要求加上合适的直流电压就可以发出固有频率的声音，使用起来比扬声器简单。
蜂鸣器是感性负载，一般不建议用单片机的I/O口直接对其进行操作，需要加一只驱动三极管.如图。
图3-5报警模块电路图
3.4显示模块
带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。
由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
4软件模块
本系统硬件电路设计以单片机AT89C51为核心。
程序设计采用模块化设计方法，整个软件程序设计由主程序、超声波发射子程序、定时器中断服务子程序、显示子程序等模块组成。
该系统的主程序处于键控循环工作方式，当按下电源按键时，主程序开始调用发射子程序、查询接收子程序、定时器中断服务子程序，并把测量结果用显示子程序在数码管上显示出来。
虽然用一个单独计时器电路也可以测量超声波的传输时间，但利用AT89C51单片机可以简化设计，便于操作和直观读数。
1．流程图：
发射超声波--------接收信号----------计算距离---------------显示距离----------
------------报警或不报警-----------再次发射信号
2．程序详见附录1.
5实际操作及实物图
屏幕上可显示当前距离，预置值，步进值。
可以通过按钮调节步进值，并且设置预制值。
当前距离达到预置值后，会触发蜂鸣器报警。
图5-1实物图
6总结
汽车倒车防撞报警器的设计大大增加了汽车倒车的安全性，更为有效的保护了汽车用户的人身和财产安全,如果没有这种报警器，那么驾驶员在倒车时就得时刻关注着车后的情况，这样很容易出事故。
有了防撞报警器，倒车方便，安全许多。
本次设计比较全面的完成了对汽车倒车防撞报警器的任务与目标。
本次设计遇到了很多困难，在解决这些困难的过程中，我不仅对以前学习过的知识进行了很好的回顾，特别是对单片机有了更深刻的了解与掌握，而且也学习了很多新的知识，很好的开拓了自己的视野，给我以后的工作学习打下基础，使我在以后的工作学习中都会受益匪浅。
也是对我自己三年来所学知识的一次综合考核，使我更清楚地认识自己，知道自己还有很多知识没有掌握，不能放松自己，只有不断的学习积累，不断地更新自己所学的知识，才能与时俱进，不被社会所淘汰.
7致谢
时光的流逝也许是客观的，然而时间流逝的快慢却纯粹是一种主观感受，不知不觉我已经到了毕业的季节，在我大学生活的最后一项任务——毕业设计即将完成之际，我深深的发现自己还有很多不足之处，还有很多知识没有掌握，同时也深深感谢老师和我的同学们，在设计之中遇到了很多困难，都是经过老师的指导和同学们的帮助，才克服的，这不仅使我学到了许多自己以前没掌握的知识，也使得我的设计得以进行下去，所以我非常感谢老师还有我的同学们，因为有他们才有了我毕业设计的顺利完成。
在此，谢谢你们。
8参考文献
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北京邮电大学出版,2013.
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北京邮电大学出版社，2013.
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电子工业出版社，2009.
[4]郭天祥.十天学会单片机和C语言编程.网络教程，2010.
[5]万隆.单片机原理与实列应用.北京:
清华大学出版社，2011
[6]赵晓安..MCS-51单片机原理及应用．天津:
天津大学出版社，2001.
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[14].谭浩强.编著《C程序设计》。
北京:
清华大学出版社.,1999年
[15].华中理工大学电子学教研室编《电子技术基础数字部分（第四版）》高等教育出版社.2000.6
附录1
程序设计：
#include
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitbeep_bj=P2^2;
ucharnum;
uintm1=0,m2=0,m3=0,p=0,bujin;
voidbeep_baojin（uintn,uintt）
{
uinti;
for（i=0;i{
beep_bj=0;
delay（t）;
beep_bj=1;
delay（t）;
}
}
voidmain（）
{
LCD12864_Init（）;
init_timer0（）;
LCD12864_SetWindow（0,0）;
print（"当前距离:
"）;
LCD12864_SetWindow（1,0）;
print（"预置值:
"）;
LCD12864_SetWindow（3,0）;
print（"步进值:
"）;
while
（1）
{
sendsignal0（）;
Count0（）;
LCD12864_SetWindow（0,5）;//显示当前距离
LCD12864_WriteData（k/100+0x30）;
LCD12864_WriteData（k%100/10+0x30）;
LCD12864_WriteData（k%10+0x30）;
num=keyscan（）;
switch（num）
{
case1:
m1=m1+bujin;
num=0;
break;//预置值1
case2:
m2=m2+bujin;
num=0;
break;//预置值2
case3:
m3=m3+bujin;
num=0;
break;//预置值3
case4:
num=0;
p++;//步值进
if（p>4）
p=0;
break;
case5:
//归零
num=0;
m1=0;
m2=0;
m3=0;
break;
}
switch（p）
{
case0:
bujin=1;
break;
case1:
bujin=5;
break;
case2:
bujin=10;
break;
default:
bujin=50;
break;
}
if（k{
beep_baojin（10,20）;
}
elseif（m1{
beep_baojin（15,10）;
}
elseif（m2{
beep_baojin（20,5）;
}
LCD12864_SetWindow（2,1）;//显示预置值1
LCD12864_WriteData（m1/100+0x30）;
LCD12864_WriteData（m1%100/10+0x30）;
LCD12864_WriteData（m1%10+0x30）;
LCD12864_SetWindow（2,3）;//显示预置值1
LCD12864_WriteData（m2/100+0x30）;
LCD12864_WriteData（m2%100/10+0x30）;
LCD12864_WriteData（m2%10+0x30）;
LCD12864_SetWindow（2,5）;//显示预置值1
LCD12864_WriteData（m3/100+0x30）;
LCD12864_WriteData（m3%100/10+0x30）;
LCD12864_WriteData（m3%10+0x30）;
LCD12864_SetWindow（3,4）;//显示步进值
LCD12864_WriteData（bujin/100+0x30）;
LCD12864_WriteData（bujin%100/10+0x30）;
LCD12864_WriteData（bujin%10+0x30）;
}
}
voidtime0_int（）interrupt1
{
TH0=0;
TL0=0;
}
指导教师意见
指导教师（签名及时间）：
答辩意见
答辩小组组长（签名及时间）：
成绩评定
毕业设计（论文）成绩
答辩成绩
总评成绩
升级会员 