基于单片机倒车防撞报警系统设计论文.docx

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基于单片机倒车防撞报警系统设计论文

基于单片机原理的倒车防撞控制系统

【摘要】本文介绍了AT89S51单片机的性能及特点，设计了以其为核心的一种低成本、高精度、微型化、数字显示的汽车防撞报警器。

该防撞报警器将单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，可检测汽车运行中后方障碍物与汽车的距离，通过数显装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出警告声。

对防范汽车倒车事故的发生具有重要的意义。

【关键词】单片机;超声波;防撞;报警

【Abstract】ThispaperintroducesthepropertiesandthecharacteristicsofAT89S51,designsaimpact-proofalarmwithlowcost,highprecision,miniaturization,digitaldisplaytakingitasthecore.Theimpact-proofalarmtakesSCM’sreal-timecontrolanddataprocessingfunctionscombinewiththeUltrasonicrangingtechnology,thesensortechnologies.Itisabletodetectethedistanceofrearobstacleandtheautomobile,throughdigitaldisplaydeviceshowsbysoundcircuitdistance,andaccordingtothedistancesituationwarned.Ithasthevitalsignificancetopreventautomobilereverseaccident.

【keywords】Microcontroller;Ultrasonic;Impact-proof;Alarm

2.4超声波测距原理……...................................................

2.5超声波测距误差分析…

2.5.1温度误差....................................................

2.5.2时间误差……..................................................

2.6影响超声波探测的因素…….............................................

2.7如何提醒车主.........................................................

3.1倒车雷达的工作原理图……...........................................................................................

引言

随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避免的交通问题瞬时成为人们关注的问题。

其中由于倒车事故发生的频率高，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，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，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更是不堪设想，所以倒车雷达应运而生，倒车雷达的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了倒车事故的频率。

由于存在视觉盲区，无法看清车后状况，司机在倒车时很容易发生事故。

为了减少带来的损失，需要有一种专门帮助司机安全倒车的装置。

因此，设计一个小车防撞系统也就变得很有必要。

目前测量距离一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。

常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种。

超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点，因此经常用于距离的测量。

超声波测距主要用于建筑工地以及一些工业现场和移动机器人研制上，可在潮湿，多尘等环境下工作。

相对于其他技术而言，超声波定位技术成本低、工作稳定、精度高、操作简单等优点，非常适用于距离测量定位。

AT89S51为小车防撞控制系统提供了稳定、可靠的解决办法，充分利用它的片内资源，实现了超声波测距和报警。

1系统设计的目标和任务

1.1系统设计的基本要求

本次设计的主要内容是设计一种基于单片机汽车防撞报警系统的硬件电路，主要利用单片机对超声波传感器采集的模拟数据的处理及存储。

设计的基本要求：

1.快速自动报警功能：

当超声波传感器检测到汽车后方障碍物与汽车的距离小于安全值时，系统能快速进行声光报警。

2.准确地向终端报警：

能够及时并准确地向司机进行报警，快速地实现安全检测。

3.实时检测功能：

监测模块能实时采集汽车与后方障碍物距离的变化，将这些数据定时传送给单片机，有利于及时了解当前所处情况是否处于安全环境之下。

1.2系统设计的思路

该系统分为监测部分与终端接收部分。

监测部分，通过超声波系统对碰到的障碍物进行检测，再通过单片机系统对接收到的数据进行处理，保证在终端能准确地接收信息，蜂鸣器同时工作；终端接收部分，终端通过单片机分析接收的相关信息，在LED上显示与障碍物的距离。

1.3方案论证

1.3.1发送模块

方案1：

采用压电式超声波换能器。

压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。

方案2：

采用反向器74LS04和超声波发射换能器T构成震荡器。

这种电路可以提高超声波发射强度，且电路简单，稳定性高。

方案3：

单电源乙类互补对称功率放大电路和UCM—40T发射器。

利用单电源乙类互补对称功率放大大路驱动发射器[5]。

经论证比较，三种方案差距不大，但鉴于用74LS04电路简单。

故选择方案2。

1.3.2接收模块

方案1：

采用集成电路CX20106A。

它是一款红外线检波接收的专用芯片，考虑到红外常用的载波频率38KHZ与测距的超声波40KHZ较为接近，可以利用它制作超声波检测接受电路，且电路简单，灵敏度高，还有较强的抗干扰能力。

方案2：

采用uA741构成两级放大电路，这是专用运算放大器，高增益，增益带宽积大，抗干扰能力强，可测距离远，精度高[6]。

经论证比较，虽然方案2相对方案1可测的更远，但方案1已可满足项目功能的要求，且方案1电路结构简单，方便调试，故采用方案1。

2AT89S51单片机与超声波简介

AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89S51单片机的引脚结构如图1所示。

图1AT89S51单片机引脚图

2.2AT89S51单片机的特点

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器[8]。

　　此外，AT89S51设计配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

　　主要特性：

·8031CPU与MCS-51兼容

　　·4K字节可编程FLASH存储器（寿命：

1000写/擦循环）

　　·全静态工作：

0Hz-33MHz

　　·三级程序存储器保密锁定

　　·128*8位内部RAM

　　·32条可编程I/O线

　　·两个16位定时器/计数器

　　·6个中断源

　　·可编程串行通道

　　·低功耗的闲置和掉电模式

　　·片内振荡器和时钟电路

.

2.3超声波简介

我们知道，当物体振动时会发出声音。

科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。

人类耳朵能听到的声波频率为20～20，000HZ。

当声波的振动频率大于20000HZ或小于20HZ时，我们便听不见了。

因此，我们把频率高于20000HZ的声波称为“超声波”。

超声波广泛地应用在多种技术中。

超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播。

由于超声波也是一种声波，超声波在媒质中传播的速度和媒质的特性有关。

声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。

所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。

超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。

超声波具有以下的特点：

1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。

2）超声波可传递很强的能量。

3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。

4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。

2．4超声波测距原理

在超声波探测电路中,发射端输出一系列脉冲方波,其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔,被测物距越远,脉冲宽度越大,输出脉冲个数与被测距离成正比。

超声波测距的方法有多种,如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。

相位检测法虽然精度高,但检测范围有限可检测到汽车倒车中,其障碍物与汽车的距离；声波幅值检测法易受反射波的影响。

本文硬件设计采用超声波往返时间检测法,其测量原理图如图2所示。

图2超声波测距原理图

其原理为:

在超声波发射器两端输入40KHZ脉冲串,脉冲信号经过超声波内部振子,振荡产生机械波,并通过空气介质传播到被测面,由被测面反射到超声波接收器接收,在超声波接收器两端,信号是毫伏级的正弦波信号,超声波经气体介质的传播到接收器的时间,即为往返时间。

超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法,其中常用脉冲回波法测距。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法,其原理是超声传感器发射超声波,超声波在空气中传播至障碍物,经反射后由超声传感器接收反射脉冲,测量出超声脉冲从发射到接收的时间,再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离,即：

L=c·t/2

（1）

式

（1）中,L为超声传感器与被测障碍物之间的距离,c为超声波在介质（空气）中的传输速率,t为超声波从发射到接收的时间。

超声波在空气中的传