汽车倒车防撞报警电路设计解剖.docx

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汽车倒车防撞报警电路设计解剖

南京工程学院继续教育学院

毕业设计说明书（论文）

作者：

袁强学号：

1434181436

辅导站：

徐州函授站

专业：

机电一体化技术

题目：

汽车倒车防撞报警电路设计

指导者：

王书满

2017年3月

摘要

目前我国经济飞速发展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒车所引发的事故也越来越多。

这些事故常常给驾驶员带来许多的麻烦，因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。

倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车俩时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。

本文介绍了以AT89S52单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统，该倒车雷达根据超声波测距原理研制，采用温度补偿技术、开机自检技术和优化的软硬件技术，将测得的结果送至数码管显示，同时进行三级声光报警。

驾驶员只需坐在驾驶室就能做到心里有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和效率。

关键词：

倒车雷达；超声波；单片机AT89S52。

第一章倒车雷达工作原理

1.1单片机的发展及其应用……………………………………1

1.2超声波测距…………………………………………1

1.3超声波测距原理………………………………………2

1.4超声波倒车雷达系统工作原理…………………………3

1.5超声波倒车雷达的芯片选择……………………………3

1.6超声波倒车雷达的工作原理…………………………5

第二章系统硬件设计与相应的软件设计

2.1倒车语音及报警电路及控制程序………………………6

2.2超声波发射电路与接收电路及其距离测算程序………7

2.3超声波检测接受电路…………………………………7

2.4超声波测距仪的算法设计……………………………8

2.5距离计算程序…………………………………………8

2.6倒车语音电路和报警电路及其控制程序……………………9

2.6.1倒车语音电路………………………………………14

2.6.2倒车语音及报警控制程序…………………………16

第三章主程序

3.1主程序…………………………………………………18

3.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序………………20

第四章安装调试及分析

4.1硬件部分………………………………………………23

4.2软件实现与操作……………………………………………25

第五章测距仪改进的设想………………………………………26

结论………………………………………………………………27

参考文献…………………………………………………………28

致谢………………………………………………………………29

第一章倒车雷达工作原理

1.1、单片机的发展及其应用

单片机又称微控制器，是在一块硅片上集成了各种部件化微型计算机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。

单片机体积小、重量轻、具有很强的灵活性而且价格不高，越来越得到广泛的应用。

8051在小中型应用场合很常见，已成为单片机领域的实际标准。

80年代中期，Intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售形式转给世界许多著名IC制造厂商，如PHILIPS、西门子、AMD、OKI、NEC、Atmel等，这样8051就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百个品种的大家族。

90年代，PHILIPS推出支持16位计算的X4系列。

XA系列是16位单片机，又可完全兼容8051的指令系统。

Intel推出的80C51也是与8051在机器代码级兼容，这样保证了8051用户到21世纪技术的领先性。

随着硬件的发展，8051软件工具已有C级编译器及实时多任务操作系统（RIOS），单片机的程序设计更简单、更可靠、实时性更强。

因而8051系列是单片机教学的首选机型。

而有内部可擦写RAM的89C51/52是目前我们常用的芯片。

1.2超声波测距

1.2.1超声波测距的基本原理

1、超声波发生器

为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。

总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：

一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。

电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。

它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。

目前较为常用的是压电式超声波发生器。

2、压电式超声波发生器原理

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。

超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带

动共振板振动，便产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

1.3超声波测距原理

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（s），即：

s=340t/2

1.3.1认识超声波

超声波是指振动频率大于20KHz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。

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，目前腹部超声成象所用的频率范围在2∽5MHz之间，常用为3∽3.5MHz（每秒振动1次为1Hz，1MHz=106Hz,即每秒振动100万次，可闻波的频率在16－20，000HZ之间）。

1.3.2利用超声波测距

超声波测距是单片机控制超声波传感器发射出超声波束，遇到障碍后返回，然后接收它的回波，利用发、收过程中产生的时间差，就可以计算出前方物体离超声波传感器的实际距离。

设计为了能测量汽车不同位置障碍物距离，设计成多传感器测距。

经分析可知：

频率为400KHZ左右的超声波在空气中传播的效率最佳，因此，为了方便处理，发射的超声波被调制成40KHZ左右、具有一定间隔的调制脉冲波信号，如图1所示。

1.4超声波倒车雷达系统工作原理

倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。

由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。

在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了这种方法。

1.4.1系统工作原理框图

如图A所示，驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，超声波发送模块向后发射40kHz的超声波信号，经障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机AT89C2051将此信号送入显示模块，同时触发语音电路，发出同步语音提示，当与障碍物距离小于1m、0.5m、0.25m时，发出不同的报警声，提醒驾驶员停车。

图A系统工作原理框图

1.5超声波倒车雷达的芯片选择

1单片机控制芯片

AT89C2051简介：

AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。

AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。

同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。

省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。

主要功能特性：

兼容MCS51指令系统

2k可反复擦写（>1000次）FlashROM

5个双向I/O口

6个中断源

两个16位可编程定时/计数器

2.7-6.V的宽工作电压范围

时钟频率0-24MHz

128x8bit内部RAM

两个外部中断源

两个串行中断

可直接驱动LED

两级加密位

低功耗睡眠功能

内置一个模拟比较放大器

可编程UARL通道

软件设置睡眠和唤醒功能

1.6超声波倒车雷达的工作原理

倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。

由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。

在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了这种方法。

图A系统工作原理框图

第二章系统硬件设计与相应的软件设计

2.1倒车语音及报警电路及控制程序

单片机采用89S51或其兼容系列。

采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。

单片机用P1.0端口输出超声波转化器所需的40KHz方波信号，利用外中断0口检测超声波接受电路输出的返回信号。

显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS245驱动，位码用PNP9012三极管驱动。

单片机系统及显示电路如下图所示：

2.2超声波发射电路与接收电路及其距离测算程序

发射电路主要由反向器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz方渡信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后进到超声波换能器的另一个电极。

用这种推挽形式将方渡信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。

输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。

上拉电阻R10、R11，一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。

压电超声波转换器的功能：

利用压电晶体谐振工作。

内部结构上图所示，它有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。

超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。

2.3超声波检测接受电路

参考红外转化接收期刊的电路采用集成电路CX20106J4，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。

考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距超声波频率40KHz较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。

实验证明其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。

适当改变C4的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。

2.4超声波测距仪的算法设计

下图示意了超声波测距的原理

即超声波发生器T在某一时刻发出一个超声渡信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。

这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。

距离的计算公式为：

d=s/2=（c×t）/2

其中d为被测物与测距器的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。

2.5距离计算程序：

***************************************************距离计算程序（=计数值*17/1000cm）***************************************************

work:

PUSHACC

PUSHPSW

PUSHB

MOVPSW,#18h

MOVR3,45H

MOVR2,44H

MOVR1,#00D

MOVR0,#17D

LCALLMUL2BY2

MOVR3,#03H

MOVR2,#0E8H

LCALLDIV4BY2

MOV40H,R4

MOVA,40H

JNZJJ0

MOV40H,#0AH;最高位为零，不点亮

JJ0:

MOVA,R0

MOVR4,A

MOVA,R1

MOVR5,A

MOVR3,#00D

MOVR2,#100D

LCALLDIV4BY2

MOV41H,R4

MOVA,41H

JNZJJ1

MOVA,40H;次高位为0，先看最高位是否为不亮

SUBBA,#0AH

JNZJJ1

MOV41H,#0AH;最高位不亮，次高位也不亮

JJ1:

MOVA,R0

MOVR4,A

MOVA,R1

MOVR5,A

MOVR3,#00D

MOVR2,#10D

LCALLDIV4BY2

MOV42H,R4

MOVA,42H

JNZJJ2

MOVA,41H;次次高位为0，先看次高位是否为不亮

SUBBA,#0AH

JNZJJ2

MOV42H,#0AH;次高位不亮，次次高位也不亮

JJ2:

MOV43H,R0

POPB

POPPSW

POPACC

RET

****************************************************

*两字节无符号数乘法程序*

****************************************************

R7R6R5R4<=R3R2*R1R0

MUL2BY2:

CLRA

MOVR7,A

MOVR6,A

MOVR5,A

MOVR4,A

MOV46H,#10H

MULLOOP1:

CLRC

MOVA,R4

RLCA

MOVR4,A

MOVA,R5

RLCA

MOVR5,A

MOVA,R6

RLCA

MOVR6,A

MOVA,R7

RLCA

MOVR7,A

MOVA,R0

RLCA

MOVR0,A

MOVA,R1

RLCA

MOVR1,A

JNCMULLOOP2

MOVA,R4

ADDA,R2

MOVR4,A

MOVA,R5

ADDCA,R3

MOVR5,A

MOVA,R6

ADDCA,#00H

MOVR6,A

MOVA,R7

ADDCA,#00H

MOVR7,A

MULLOOP2:

DJNZ46H,MULLOOP1

RET

****************************************************

*四字节/两字节无符号数除法程序*

****************************************************

R7R6R5R4/R3R2=R7R6R5R4（商）...R1R0（余数）

DIV4BY2:

MOV46H,#20H

MOVR0,#00H

MOVR1,#00H

DIVLOOP1:

MOVA,R4

RLCA

MOVR4,A

MOVA,R5

RLCA

MOVR5,A

MOVA,R6

RLCA

MOVR6,A

MOVA,R7

RLCA

MOVR7,A

MOVA,R0

RLCA

MOVR0,A

MOVA,R1

RLCA

MOVR1,A

CLRC

MOVA,R0

SUBBA,R2

MOVB,A

MOVA,R1

SUBBA,R3

JCDIVLOOP2

MOVR0,B

MOVR1,A

DIVLOOP2:

CPLC

DJNZ46H,DIVLOOP1

MOVA,R4

RLCA

MOVR4,A

MOVA,R5

RLCA

MOVR5,A

MOVA,R6

RLCA

MOVR6,A

MOVA,R7

RLCA

MOVR7,A

RET

delay_250:

pushpsw

push07h

movr7,#0ffh

delay_250_1:

nop

djnzr7,delay_250_1

pop07h

poppsw

ret

END

2.6倒车语音电路和报警电路及其控制程序

SC1060是本公司最新开发应用于倒车雷达等的新型语音芯片，外围元件少,电路简单,控制方便,成本低.

引脚功能

脚号

名称

功能

CNT

脉冲触发信号

RST

脉冲计数复位

BUSY

工作状态反馈

VSS

电源负

PWM2/DAC

DAC信号输出

VDD

电源正

PWM1

注:

NC脚悬空不接.

电路原理图

外接功放应用电路

2.6.2倒车语音及报警控制程序

报警设备是用单片机控制脉冲，在一定的距离让发光二极管发光，来作为报警信号，提示具体位置。

1.声光报警：

mm0:

MOVA,43h;

cjneA,#00h,nn1

mm1:

MOVA,42h;

cjneA,#00h,qq1

ajmpmm2

qq1:

cjnea,#05h,nn1

mm2:

MOVA,41h;

cjneA,#01h,qq2

lcallBJ1

qq2:

cjnea,#02h,nn1

lcallbj1

nn1:

setbet0

movth0,00h

movtl0,00h

SETBTR1;重新开启测距定时器

SETBEA

SJMPStart1

BJ1:

clrp1.6;40KHZ

lcallDELAY20MS

setbp1.6

RET

其他的硬件电路

复位开关电路

第三章主程序

主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器TO工作模式为16位定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给显示端口PO和P2清O。

然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声渡从发射器直接传送到接收器引起的直射渡触发，需要延时约0.lms（这也就是超声波测距器会有一个最小可测距离的原因）后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。

由于采用的是12MHz的晶振，计数器每计一个数就是1μs，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按式（4－2）计算，即可得被测物体与测距器之间的距离，设计时取20℃时的声速为344m／s（不同温度下超声波产波速率不同）则有：

D=（c×t）／2=172TO／10000cm（4－2）

其中TO为计数器T0的计数值。

测出距离后结果将以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。

为了有利于程序结构化和容易计算出距离，主程序采用c语言编写。

下图为主程序流程图。

主程序流程图

3.1主程序如下：

********************************************

*主程序*

********************************************

START:

MOVSP,#4FH

MOVR0,#40H;40H-43H为显示数据存放单元（40H为最高位）

MOVR7,#0BH

CLEARDISP:

MOV@R0,#00H

INCR0

DJNZR7,CLEARDISP

MOV20H,#00H

MOVTMOD,#11H;T1为T0为16位定时器

MOVTH0,#00H;65毫秒初值

MOVTL0,#00H

MOVTH1,#00H

MOVTL1,#00H

MOVP0,#0FFH

MOVP1,#0FFH

MOVP2,#0FFH

MOVP3,#0FFH

MOVR4,#04H;超声波肪冲个数控制（为赋值的一半）

SETBPX0

SETBET1

SETBEA

SETBTR1;开启测距定时器

start1:

LCALLDISPLAY

JNB00H,START1;收到反射信号时标志位为1

CLREA

LCALLWORK;计算距离子程序

clrEA

MOVR2,#32h;#64H;测量间隔控制（约4*100=400MS）

LOOP:

LCALLDISPLAY

DJNZR2,LOOP

CLR00H

setbet0

movth0,00h

movtl0,00h

SETBTR1;重新开启测距定时器

SETBEA

SJMPStart1

3．2超声波发生子程序和超声波接收中断程序

超声波发生子程序的作用是通过P1O端口发送2个左右超声波脉冲信号（频率约40kHz的方波），脉冲宽度为12μs左右，同时把计数器T0打开进行计时。

超声波发生子程序较简单，但要求程序运行时间准确，所以采用汇编语言编程。

下图所示流程图，

超声波测距器主程序利用外中断O检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（即INT0引脚出现低电平），立即进入中断程序。

进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。

如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志宇赋值2以表示本次测距不成功。

程序如下：

超声波测距器

;IC:

AT89C

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