开题报告基于单片机的倒车预警系统.docx

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开题报告基于单片机的倒车预警系统

基于单片机的倒车雷达预警系统设计

一．题目来源

老师科研项目

二．研究目的和意义

汽车倒车防撞预警系统即俗称的倒车雷达，是汽车泊车时的辅助装置。

在汽车倒车时，倒车雷达采用超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物的距离，当汽车尾部离障碍物的距离达到探测范围时，倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。

当汽车尾部离障碍物的距离达到设定的安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车。

倒车雷达电路种类较多，本文介绍的倒车雷达系统，采用单片机作为控制电路，方便系统功能扩展。

系统电路主要采用集成器件构成，外围元件少，电路简洁、调试方便、成本低，利于商品化生产。

该系统能够在汽车以较低的速度进行倒车的过程中，识别出车后部的障碍物，并能够测量车与障碍物之间的距离，在车辆与障碍物发生碰撞前，发出声光报警。

在车辆上安装一个对障碍物进行监测预警的系统，就能用声音和数码管实时动态显示的距离告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车和启动车辆时前后、左右探视所引起的困扰。

同时帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷，驾驶员只需坐在驾驶室就能观察到车前车后的详细情况，做到心中有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和效率。

也能让驾驶员在危险时刻到来前及时采取有效措施，减少事故发生，保障人身和财产安全。

三．阅读的主要参考文献及资料名称

1）徐爱钧编著，单片机原理实用教程【M】第2版，电子工业出版社，2011.3

2）潘永雄，刘殊编著，单片机原理及应用【M】，西安电子科技大学出版社，2000

3）谭洪涛，张学平编著，单片机设计测距仪原理及其简单应用【J】，现代电子技术，2004，27（18）：

94—96

4）姜道连，宁延一，袁世良编著，用AT89C2051设计超声波测距【J】，国外电子元器件，2000（12）：

31—34

四．国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向

　现在，生产的中高档小轿车大多数都配置有倒车雷达，而出于节省成本等方面的考虑，经济型小轿车、大客车等其他车辆都没有配置倒车雷达。

国内外虽有部分车辆安装了超声波倒车防撞报警装置、基于DSP的智能车辆防撞系统、图像处理技术的汽车追尾预警系统等，但是用于像装载机这种广泛用于城建、矿山、公路等工程的工程机械障碍物监测预警系统却没有出现。

有市场需求的产品，必然会带动产品的开发设计。

随着全球汽车产业的高速发展，尤其是近两、三年我国开始进入私家车时代，汽车电子产业成了新的增长点，汽车电子产品的高利润和市场广阔性倍受商家关注，音响和防盗器就是明证。

近两年来，倒车雷达成了商家的电子新宠，众多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车雷达。

随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术获得广阔的发展空间，工业控制领域也进行着一场巨大的变革，以32位高端处理器为平台的实时嵌入式软硬件技术将应用在工业控制的各个角落。

嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。

五．主要研究内容、重点研究的关键问题及解题思路

当接通系统电源，系统上电复位，进入工作状态后，单片机编程产生一串矩形脉冲电压，经一模拟开关加到超声波发射与回波接收电路，经放大驱动超声波传感器发射出超声波，同时单片机开始计时。

发射出的超声波碰到障碍物后形成反射波，部分反射波返回作用于超声波传感器，经超声波传感器的声／电转换，变成微弱的电信号，该微弱的电信号经放大、整形产生负跳变电压，向单片机发出中断申请。

单片机收到中断申请的信号后，立即响应中断，执行外部中断服务程序，停止计时，得到超声波发送和返回的时间T，计算出发射点离障碍物的距离S，即：

S=（C·T）／2。

C是超声波在空气中的传播速度，在常温25℃时，C约为346m／s。

当最小距离值小于预先设定的报警距离时，单片机接通蜂鸣器的电源，蜂鸣器发出报警声。

若无回波中断申请，则显示“-.--”，表明在安全距离内没有障碍物。

主要研究内容：

1、超声波发射与回波接收电路

2、超声波电信号放大电路

3、单片机控制电路

4、LED数码管显示电路和报警电路

关键问题：

1、根据超声波测距原理设计超声波测距电路

2、结合设计目的进行声光报警电路的设计

3、软件模块化编程的实现

4、在单片机上编写程序

5、软硬结合，进行调试

解题思路：

超声波发射与回波接收电路的主要作用是提高驱动超声波传感器的脉冲电压幅值，有效地进行电／声转换，增大超声波的发射距离，并通过收发一体的超声波传感器将返回的超声波转变成微弱的电信号。

:

超声波电信号放大电路采用集成电路构成。

通过外部所接电阻，将其内部带通滤波电路的中心频率f0设置为指定值，就可以接收放大超声波电信号，并整形输出负脉冲电压。

系统硬件框图如下所示:

图1系统组成框图

系统软件采用模块化设计，方便扩展移植。

采用C语言编程。

主要有主程序、T0中断服务程序、外部中断0服务程序、超声波发生子程序。

1）主程序：

每一路发射超声波后的等待外部中断时间应大于超声波在最大有效探测距离内往返时间。

所以按最大有效探测距离可以估算出最短的循环间隔时间。

因为超声波在空气中传播能量会不断衰减，所以超声波测距存在最大有效探测距离。

这最大有效探测距离与多种因数有关：

与超声波传感器性能的好坏、与驱动超声波传感器的脉冲电压幅值（功率）的大小、障碍物大小和形状、障碍物吸波特性以及反射波与入射波之间的夹角、与超声波放大和整形电路的灵敏度等有关。

设定最大有效探测距离为8m（收发一体封闭型超声波传感器比较难达到，实际上也没有必要探测很远的障碍物，只是设计留有裕量。

由于显示位数有限，也必须对最大探测距离做限制），则循环工作的间隔时间Time=2S／C=2×8／346=46ms，加上避免接收超声波传感器余振的延时和程序执行时间，留足裕量，设定Tm=56ms。

流程图如图2所示:

N

Y

图2主程序

2）T0中断服务程序：

调用超声波发生子程序，送出超声波脉冲电压，定时器T1开始计时，定时器T0开始定时56ms，使每路工作56ms。

为了避免接收到超声波传感器余振的直射波产生的中断申请，延时一定时间（2．8ms）后，才允许外部中断0中断，等待接收返回的超声波信号。

所以，最小探测距离（盲区）Smin=Ct／2=346×0．0028／2=0．48m。

若在探测中有些路在有效探测范围内发射的超声波未遇障碍物，无返回波，外部中断0不产生中断申请信号，或者是进入探测盲区，外部中断0产生的中断申请不被受理，则定时器T1计时到定时器T0产生中断，在T0中断服务程序中，用三位BCD码999（三位十进制数最大值999cm）置位数据。

若显示缓冲区的数据是999时，则对应字形段码显示“---”。

倒车伊始，LED数码显示器就显示“-．--”，表明在安全距离内没有障碍物；若发出报警声后，又显示“-．--”，表明进入了探测盲区。

流程图如图3所示

图3T0中断服务

3）外部中断0服务程序：

单片机一旦接收到返回超声波信号，立即进入外部中断0服务程序。

首先停止定时器T1计时，禁止外部中断0中断。

然后将定时器T1中的数N，也即将超声波往返所用的时间N（单位：

μs），按式S=CT／2=（346*N/1000000）／2=173×N÷10000计算，即得被测物的距离（单位：

cm），将计算结果以百位、十位、个位BCD码方式送入显示缓冲区，以备显示使用。

然后等待定时器T0定时56ms中断的产生，继续下一路的探测处理。

流程图如图4所示

图4外部中断0服务子程序

4）超声波发生子程序：

发送周期矩形脉冲电压。

脉冲串个数在10～20个比较合适。

脉冲个数太少，发射强度小，探测距离短；脉冲个数太多，发射持续时间长，在离障碍物距离近时，脉冲串尚未发射完毕，先发射出去的脉冲产生的回波就到达接收端，影响测距结果，造成测距盲区增大

六．完成毕业设计（论文）所必须的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境等）及解决办法

工具：

1）单片机开发板一套，直流电机一个

2）微型计算机一台

3）图书馆及网络

4）参考资料

需上机200小时

解决办法：

利用好实验室资源，多动手实践，向老师和同学请教，多进图书馆借阅相关书籍学习，利用好图书馆网上中文数据库。

七．工作的主要阶段、进度与时间安排

第二周熟悉题目，弄懂要做的事情

第三周查阅相关论文和书籍，收集资料，准备开题答辩

第四周完成开题报告和开题答辩

第五周完成理论基础研究（测距、报警电路及中断程序的原理）

第六周完成硬件系统的测距电路的制作

第七周完成硬件设计中的报警电路部分的设计

第八周完成硬件系统综合设计

第九、十周熟悉单片机编程技术

第十一周软件部分设计，写出程序流程框图

第十二、十三周编程设计（主程序、T0中断服务程序、外部中断0服务程序、超声波发生子程序）

第十四周软硬件结合，进行调试

第十五、十六周结合自己做的结果与感受写毕业设计论文

八．指导教师审查意见

长江大学毕业论文（设计）指导教师评审意见

学生姓名

专业班级

毕业论文

（设计）题目

指导教师

职称

评审日期

评审参考内容：

毕业论文（设计）的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。

学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文（设计）是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。

评审意见：

指导教师签名：

评定成绩（百分制）：

_______分

（注：

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长江大学毕业论文（设计）评阅教师评语

学生姓名

专业班级

毕业论文

（设计）题目

评阅教师

职称

评阅日期

评阅参考内容：

毕业论文（设计）的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。

学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文（设计）是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。

评语：

评阅教师签名：

评定成绩（百分制）：

_______分

（注：

此页不够，请转反面）

长江大学毕业论文（设计）答辩会议记录

学生姓名

专业班级

毕业论文

（设计）题目

答辩时间

年月日～时

答辩地点

一、答辩小组组成

答辩小组组长：

成员：

二、答辩记录摘要

答辩小组提问（分条摘要列举）

学生回答情况评判

三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：

_______分

毕业论文（设计）最终成绩评定（依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文（设计）评分的相关规定）

等级（五级制）：

_______

答辩小组组长（签名）：

秘书（签名）：

年月日

院（系）答辩委员会主任（签名）：

院（系）（盖章）

（注：

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