最新版基于超声测距的汽车防撞系统本科毕业设计.docx

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最新版基于超声测距的汽车防撞系统本科毕业设计

本科毕业论文（设计、创作）

题目：

基于超声测距的汽车防撞系统

学生：

学号：

所在院系：

专业

入学时间：

年月

导师：

职称学位：

导师所在单位：

完成时间：

年月

基于超声测距的汽车防撞系统

摘要近年来，我国高速公路追尾碰撞事故频频发生，而汽车追尾碰撞预警系统在道路行车安全中具有良好的发展前景。

为了减少周围障碍物对驾驶员的干扰，帮助驾驶员感知障碍物的位置能够提前有效的避开。

因此本次设计采用超声波测距系统，作为汽车的安全行驶辅助装置，该系统能够通过语言报警和更为直观的LED显示功能提醒驾驶员注意安全，提高了停车的安全。

本设计的硬件部分主要由主控制电路和超声波发射电路、接收电路电路构成，以及辅助的显示电路、电源电路和语音报警电路等，软件部分则由超声波收发子程序、计时子程序、显示子程序及语音报警子程序等部分组成。

由于超声波在空气中传播速度是固定的，因此本设计由STC89C51单片机来计算超声波从发射到被接收的往返时间，从而计算出传输距离实现实时测量距离的目的。

该设计的电路设计部分合理简单、操作稳定、性能优越、测距速度快、计算方法简单迅速、容易达到实时监控的目的，并且达到了工业实用上的测量误差要求。

关键词：

STC89C51、超声波、数码管、语音报警

Theautomotiveanti-collisionsystem

basedonultrasonicdistancemeasurement

AbstractInrecentyears,accidentoccurredfrequentlyinourcountry,theautomobilerear-endcollisionwarningsystemroadsafety.Aroundinordertoreduceobstaclestothedriver'sinterference,ofthedriver'sperceivedbarrierscaneffectivelyavoidaheadoftime.Thereforethedesignofultrasonicrangingsystem,asacar'ssafetydrivingassistdevice,thesystemcanalarmthroughlanguageandmoreintuitiveLEDdisplaytoremindthedriverpayattentiontosafety,toimprovethesafetyofparking.

Hardwarepartofthisdesignismainlycomposedofmaincontrolcircuitandultrasonictransmittingcircuit,receivingcircuitcircuitcomposition,aswellastheauxiliarydisplaycircuit,voicealarmcircuitandpowercircuit,softwarepartbyultrasonictransceiversubprogram,timersubroutineanddisplaysubroutineandvoicealarmsubroutineandotherparts.Duetothepropagationvelocityofultrasonicwaveinairisfixed,thereforethisdesignbySTC89C51singlechipmicrocomputertocalculatetheround-triptimeofultrasoundfromlaunchtobeaccepted,andtransmissiondistanceiscalculatedtoachievethepurposeofreal-timemeasuringdistance.Circuitdesignpartofthedesignissimpleandreasonable,superiorperformance,stableoperationrangefastcomputingmethodissimple,andeasytoachievethepurposeofreal-timemonitoring,andreachedtheindustrialmeasurementerroronthepracticalrequirements.

Keywords:

STC89C51,ultrasonic,digitaltube,voicealarm

第一章绪论

1.1课题研究的现状和发展历史及意义

随着社会的进步和科技的发展，生活水平和生活质量也日益提高，家庭小汽车拥有量也在随之增加，城市道路汽车拥堵的现状已经成为不可回避的问题。

而在现今汽车拥挤的情况下，城市道路拥堵所引起的交通事故屡见不鲜，对人民生命财产的威胁与日俱增，影响人民的正常生活。

道路交通事故死亡率居高不下俨然已经成为世界性的社会问题。

当现代人在享受科技发展所带来便捷和愉悦的同时，也面临巨大风险为此付出了惨痛的代价。

我国道路交通事故频繁发生，其中大部分都为碰撞事故。

面临当今交通安全现状，设计了一个响应速度快，稳定性好，经济实用的车辆碰撞预警系统迫在眉睫。

技术的发展以及社会的需求催生了防撞预警自动测量技术的诞生。

通常情况下，如果现实要求或者技术发展达不到可以直接测量的地步，我们就不得不采用非接触式设备来测量不能接触到的障碍物。

随着物理学的发展超声波测距被发现并广泛应用到测量领域，在汽车防撞系统的测量上十分常用。

超声波在传播介质的分辨力高，能量小，传输距离长等，利用声波测距可以实现实时控制，也使得计算更加便捷。

由于测量精度高，因此超声测距在工业设计和日常生活上被广泛应用。

设计是基于声波反射原理，根据声波在空气中固定的传输速度来实现测距功能。

通过计算声波由发射到接收的时间差以确定测距距离，同时由于超声测距受外界色彩效果、阳光强度和电磁场干扰的影响较小，具有性能稳定可靠性、结构简单、价格低廉、易于拆装等优点。

在阴暗、能见度低、地形复杂和强烈电磁干扰的情况下，依然可以正常工作，实现测距功能并能保持稳定性和可靠性。

相对于红外和无线电测距而言，采用超声波距离不仅能节约成本，而且可靠性和稳定性更高，后期维护更加简单。

由于声波在空气中速度较慢，但输距离更远，反射的回波信号更容易被系统检测到，使得声波测距在生活中应用广泛。

超声波测距是简单快速，容易实现一点的实时控制，满足了日益发展的工业和人类生活活动的要求。

所以超声测距被广泛应用于车载倒车雷达方面，在空气测距中应用广泛。

超声波测距可以做到在避免与介质直接接触的情况下对物体进行测距，是一种非接触测量方法。

超声波测距在测距距离越短的情况下受外界光线和磁场影响越小，因此该系统只适合短距离测距。

由于超声波测距的精度受环境的影响，使得很难在测量精度要求很高的领域应用。

1.2汽车防撞系统的发展现状

在二十世纪六十年代初期，欧洲和美国为首的发达国家掀起了一股对汽车防撞系统研究的热潮。

在科研机构和制造厂家合作下，在理论研究和实际制造方面取得很大进展。

然而，这一时期模拟器件仍然占主导地位，电子器件的集成度还很低，这导致硬件系统体积大成本高。

由于没有统一的国际标准，这使得各国的汽车防撞系统在功能上良莠不齐。

到了80年代中期，随着超声波理论及微处理器性能的不断提升，汽车防撞系统研究性能不断提升而价格逐渐降低。

德国奔驰公司发起并集中欧洲各国的力量共同研制汽车防撞系统，并首次提出将传感器和人工智能技术融于汽车防撞系统中，以用于改善了汽车的安全性，加强驾驶员对汽车的有效控制，帮助驾驶员避免了交通事故的发生。

在之后的二十世纪九十年代里，欧洲一些汽车制造企业开始研究新型的汽车防撞雷达。

并制作出一款可以计算出与车前障碍物距离，并根据后车的车速提醒驾驶员留出必要的安全距离。

若驾驶员驾驶失误超出安全距离时，车载防撞系统会发出灯光和语音报警信号以提醒驾驶员合理驾驶。

与此同时美国也开始着力研究防撞技术，虽然起步晚于欧洲各国，但目前汽车防撞技术却是美国领先于世界。

国内汽车防撞系统才刚刚起步，许多大学和研究机构联合对汽车防撞系统进行深入研究，但大多数都处于理论向实践过度的阶段。

防撞系统的性能与国外还有很大差距，距离实现专业化和实现实际应用还要一段时间发展。

1.3本课题的主要研究内容

本论文章节内容安排如下：

第一章绪论部分主要分析国内和国际的研究现状及超声防撞系统发展阶段，充分理解对其进行研究的价值和意义。

第二章主要介绍超声波基础理论以及其测距功能的原理，给出详尽的系统框图。

第三章主要介绍单片机主机系统以及辅助电路系统，了解整个系统的整体构架。

第四章主要介绍系统硬件设计，分析各种超声波发射和接收电路的优缺点，最终确定使用方案。

第五章主要介绍系统软件组成，着重讲解语音模块在系统中的应用。

第六章介绍系统的软件设计的结构与流程，并给出声波发射和接收中断子程序。

第二章超声波测距的原理

2.1超声波的基本理论

超声波是一门通用于各行各业的技术，在电子技术、机械应用、以及材料科学方面都有着广泛应用。

该技术在工业和生活中，对方便人们生活、提高生产效率、保障生产安全有很大潜力。

超声技术从产生声波再通过发射电路发送最后被接收器接收来完成这个物理过程。

在介质中传播的超声波具有透、反射介质及能够聚束和定向等传输特性。

按振动和辐射不同的可将声波种类分为功率超声和检测超声。

2.1.1超声波的传播速度

超声波的传播速度是表示声波在介质中传播快慢的物理量，超声波在介质中传播可以根据其传播方向的不同，分为三种不同的振荡波：

横波、纵波、表面波。

三种波由于性质不同所能传播的介质也不同，横波在固体介质中才能传播，纵波在固液气三态中都可以有效的传播，表面波传播会因为传播深度的增加，而导致速度慢慢减小。

超声波具有一般声波的固有特性，其在不同密度的介质中传播速度也会有所差异。

2.1.2超声波对声场产生的作用

（1）机械作用

超声波在介质内部传播运动会引起介质紧缩与扩张，导致介质内部压力的骤变引起机械效应。

超声波在介质中传播会引起其内部颗粒的运动，尽管运动幅度和速率很小，但由于超声波振动的频率与质点加速度的平方成正比关系，这导致很小的振动频率也会有很大的加速度。

有时足以达到破坏介质的程度。

（2）空化作用

根据流体动力学可知，存在于液体中的微气泡会由于声场的变化而发生振动。

当声场压强到达必需额值时，气泡会发生扩张、合拢的运动，在气泡合拢运动的同时时会发生冲击波。

这一系列动力学运动过程被称为空化。

（3）热学作用

超声波在介质内部传输会导致介质产生热量，在介质吸收超声波的同时也会将热量吸收，这事实上也就是介质的能量吸收过程。

从根本上讲，是由于超声波在介质内部发生强烈振动，导致介质内部的粒子互相摩擦产生热量。

这一热量的产生过程被称为热学作用。

2.2超声波传感器

超声波传感器是根据超声波发射接收特性而制成的一种传感器，其主要由发送和接收部分、供电和控制电路部分共同组成。

其最主要的超声波探头则是用压电晶片制作而成，能够控制超声波的发射与接收。

一个好的探头是超声波传感器必不可少的。

超声波传感器大部分是由压电晶体或者镍铁铝合金制作而成，由于两种制