毕业论文汽车倒车报警系统的设计含外文翻译.docx
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毕业论文汽车倒车报警系统的设计含外文翻译
学士学位论文
汽车倒车报警系统的设计
摘要·········································································································
1前言·····································································································1
1.1论文设计的目的及意义···········································································1
1.2国内外的发展概况及存在的问题·······························································1
1.3论文的主导思想····················································································2
1.4系统设计中要解决的问题·······································································2
2设计方案······························································································3
2.1方案设计与论证····················································································3
2.1.1控制芯片的选择·················································································3
2.1.2测距传感器选择·················································································3
2.1.3距离显示系统的设计···········································································4
2.1.4声音报警设计····················································································4
2.2系统的总体结构·················································································4
3硬件电路设计·······················································································5
3.1主控单元设计·················································································5
3.1.1主控芯片介绍················································································5
3.1.2最小系统························································································7
3.1.2.1复位电路·············································································7
3.1.2.2晶振电路····················································································8
3.2超声波测距单元设计·············································································9
3.2.1超声波测距原理················································································9
3.2.2超声波发射电路················································································10
3.2.3超声波接收电路··············································································11
3.3LED距离显示器··········································································12
3.4声光报警电路···············································································14
3.5性能优化及改进···············································································15
4软件程序设计·················································································17
4.1主程序的设计····················································································17
4.2中断处理程序设计程序····································································17
4.2.1定时中断程序··········································································17
4.2.2外部中断程序···················································································19
5结论····································································································21
5.1设计成果···························································································21
5.2展望······················································································21
参考文献································································································22
致谢·····································································································23
附录······································································································24
汽车倒车报警系统的设计
摘要：
论文的内容是基于AT89C51单片机倒车防撞系统的设计，主要是利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体，设计出一种基于AT89C51单片机的倒车防撞报警系统。
该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。
论文概述了超声波检测的基本原理，阐述了超声波传感器的原理及特性。
对于系统的一些主要参数进行了讨论，并且在介绍超声波测距系统功能的基础上，提出了系统的总体构成。
通过多种发射接收电路设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。
对组成各系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了它们的工作原理。
论文介绍了系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。
关键词：
AT89C51单片机；超声波
Thedesignofcarreversingalarmsystem
Abstract:
ThepaperisbasedonthecontentsoftheAT89C51monolithicintegratedcircuitreversecollisionavoidancesystemdesign,mainlyusingultrasoundfeaturesandadvantages,ultrasoundrangingsystemandtheintegrationwiththeintegrationAT89C51monolithicintegratedcircuit,AT89C51monolithicintegratedcircuitbasedonthedesignofareversecollisionavoidancewarningsystems.Thesystemusedsoftwareandhardwareintegratedapproachofamodularandmulti-usecharacteristics.
Thepaperoutlinesthebasicprinciplesofultrasoundtestsontheprinciplesandcharacteristicsofultrasoundsensors.Someofthemainparametersforthesystemwerediscussed,andintroducingultrasonicrangingsystemfunctionsbasis,theoverallcompositionofthesystem.Throughmultiplelaunchreceptioncircuitdesigncomparison,thebestdesignedprogrammedrawn,andvarioussystemdesignmodulesprinciplesintroduced.Onthecompositionofthesystemcircuitchipintroducedandelaboratedtheprinciplesoftheirwork.Papersintroducedsystemsoftwarearchitecture,throughprogrammingtoachievesystemfunction.
Keywords:
AT89C51monolithicintegratedcircuit;ultrasonicwave
1前言
近年来，随着科学技术的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，我国交通运输车辆及私家用车的数量与日俱增，汽车给我们的生活带来便利的同时，也使的停车场、街道、公路等越来越拥挤，造成交通事故频发，交通安全问题已经成为我国亟待解决的重大难题，尤其是非职业驾驶员在倒车时，由于技术有限不能准确的把握汽车与障碍物之间的距离，导致操作不及时甚至发生误操作，使得汽车倒车时发生的事故率远大于汽车前进时发生的事故率，倒车事故发生的频率之高，已经引起了交通部门和社会的高度重视。
经研究表明，驾驶员只要在有碰撞危险的前1秒得到报警信号，就可以避免90%的交通事故[1]。
1.1论文设计的目的及意义
为减少倒车事故的发生，专为汽车倒车设置的响应快，可靠性高且较为经济的高科技产品“倒车报警系统”应运而生。
这种系统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起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，增加了司机倒车驾驶的安全性。
1.2国内外的发展概况及存在的问题
目前，日本、美国和欧洲等发达国家的大汽车公司都投入了相当大的人力、物力、财力，采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级汽车上。
例如，戴姆勒一克莱斯勒公司已成功的研发出可供卡车使用的电子刹车系统，它与其它电子刹车系统不同之处在于，它在卡车上安置了雷达感应器，此感应器可以将收集的周围信息送至控制器进行处理，进而形成虚拟景象，再借助演算法的辅助判断当前发生状况是否应该提醒驾驶员采取刹车措施。
在不久的将来，这种新型的刹车系统就可以批量上市，可惜的是它的成本过高，限制了它使用的普遍性。
还有最近在欧美出现的一种电磁感应倒车报警器，在一线路套上一环型的感应圈，以感应车后物体的有无。
此种装置价格中等，并且完全隐密，但缺点是安装困难，而且只能探测动态物品，当车在倒车过程中时，可以探测到周围的障碍物，但车一旦停止后退，则任何物体都不被认可[2]。
换言之，如有任何物品贴在后保险杠，当车一旦停下再启动后，此装置并不会告知驾驶者后方有物品贴在保险杠，此车不能再后退等。
毫米波雷达测距方式和激光雷达测距方式是汽车避撞应用最广泛的测距方式，但超声波测距传感器可以全天候工作，而且价格低廉、便于安装使用，是一种较为理想测距传感器。
德国大众公司已经将超声波测距技术应用在倒车报警器上，并且具有前视和后视功能，采用自举升压的方式驱动8路超声波传感器[3]，目前国内引进车型对这一技术尚不能国产化，仍需引进德国原厂成品安装，故此，它的适用范围也受到了限制。
1.3论文的主导思想
本论文的主导思想是在超声波测距原理的理论基础上，利用AT89C51单片机作为核心器件，同时利用外围辅助电路结合相应的软件程序，进行调试和试运行，最终完成超声波信号的发射和接收、显示距离，以此实现非接触方式的距离测量，再加上报警电路形成汽车倒车防撞报警系统。
1.4系统设计中要解决的问题
本系统是基于单片机AT89C51及一些基本电路之上建立起来的，本课题应主要解决的重点、难点问题如下：
（1）如何把这系统的软件与硬件严密的结合起来是关键，只有这样才能让系统的各个功能实现其作用，要实现软硬结合。
（2）如何用软件程序正确的模拟控制过程是关键，如何利用汇编语言设计各个模块是难点，并且要通过主程序将各个模块有机的结合起来。
（3）电路的正确性也十分重要，硬件的质量制约了软件的使用。
在制作过程中，如何和伙伴沟通，如何将硬件和软件紧密的配合起来是关键。
（4）软件的设计和调试是一个十分复杂而精细的工程，要通过不断的时间和不断的修正才能够达成目标。
2
设计方案
2.1方案设计与论证
本设计实现汽车倒车防撞报警，为了实现这功能，需要多方面的内容相结合，主要需要解决的有核心控制芯片、距离测量、距离显示等等。
从技术手段来看，本设计中最主要的是距离测量，其他都是围绕着距离测量展开，距离测量最主要的设备当属传感器，选择了好的传感器再经由合适的核心芯片处理即能达到所需精度，下面就对控制器、传感器、显示方案以及语音提示方案的选择做以下论述。
2.1.1控制芯片的选择
ATB9C51单片机具有功能强、抗干扰能力强、软硬件资源都比较丰富等特点，其外围接口电路简单，具有很高的性价比，成本低，而且它经过多年的发展，技术也相当成熟。
它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微控制器，它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。
总而言之，AT89C51有设计简单，体积小，安装简易，成本低等特点，此外考虑到自己对于单片机的掌握程度，故我选择AT89C51作为系统控制器。
2.1.2测距传感器选择
测距按照工作方式不同，主要分为激光、超声波、红外、毫米波等一些测量方法[4]，虽然它们的工作原理不尽相同，但它们的最终作用都是根据各自的探测方法，来测量汽车与障碍物之间的距离，并根据程序预先设定好了的报警范围，及时的给驾驶员报警提示。
下面，根据它们不同的工作方式和特点，做一下简单介绍:
（1）激光方式：
激光波束能量集中，方向性好，传输距离较远。
但对气候的适应能力有限，受恶劣天气、汽车激烈震动、污染等因素影响，探测距离和精度明显降低，且激光传播速度快，不适合近距离测量，所以在汽车倒车雷达领域没能得到很好发展。
（2）红外线方式：
虽然红外线测距系统成本低，但易受天气和周围物体干扰的影响，在恶劣的天气和环境下探测距离仍然不能达到要求，限制了在汽车倒车雷达领域的应用。
（3）毫米波方式：
毫米波电子系统特性如下：
天线具有较高的增益且孔径较小；不易受电子干扰；高跟踪精度和制导精度；地杂波干扰小和低角跟踪时多径效应；雷达分辨率高；多目标鉴别性能好；大气衰减“谐振点”可作保密传输。
但其复杂结构，昂贵价格，限制了它在倒车雷达领域的普遍应用。
（4）超声波方式：
超声波是一种只有少数生物（如蝙蝠、海豚）才能感觉的机械波，其频率在20kHz以上，波长短，绕射小、能定向传播，超声波为直线传播方式，频率越高，其绕射力越弱，但反射能力越强[5]。
超声波测距是一种传统而实用的非接触测量，和激光、涡流、无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素影响的优点，在比较恶劣的环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用[6]。
因为它是非接触式的，所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用，可测范围广，也可使用于无损检测[7]。
比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。
根据以上四种方式性能的比较，本设计中最终选用超声波传感器作为此方案的技术扩展。
2.1.3距离显示系统的设计
显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。
最简单的显示器可以用LED发光二极管，设计简单，易于安装，成本只要几元，但给出只是一个简单的开关信息，而复杂的较完整的显示器应该是CRT监视器或者屏幕较大的LCD液晶屏，其成本在几十元到百元不等。
从能够实现显示功能以及个人设计简单方便方面考虑，本设计中采用LED实现显示功能。
2.1.4声光报警设计
由于在该设计中只涉及到简单的报警声音和发光，可以直接用单片机的某一引脚控制。
我拟定采用简单的蜂鸣器和发光二级管来实现该功能。
2.2系统的总体结构
按照系统所需功能，系统硬件结构可以划分为超声波发射模块、超声波接收模块、LED距离显示模块和语音报警模块。
系统总体结构框图如图2-1所示。
图2-1系统总体结构框图
Fig.2-1Systemstructure
控制部分以AT85C51单片机为核心，其P1.0口输出低电平控制超声波发射电路产生40KHz的超声波，利用外部中断监测超声波接收电路输出的返回信号；显示系统采用简单实用的4位共阳8段LED数码管。
3
硬件电路设计
3.1主控单元设计
3.1.1主控芯片介绍
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS的8位单片机，带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。
片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中[8]。
AT89C51单片机是40个引脚的双列直插式的封装形式，如图3-1所示。
图3-1AT89C51单片机的引脚
Fig.3-1ThepinsofAT89C51
（1）电源引脚
VCC：
电源电压,接+5V
VSS：
即GND，接地
（2）时钟电路引脚
XTAL1：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2：
振荡器反相放大器的输出端。
（3）控制信号引脚
/VPP：
外部程序存储器地址允许输入端
为使中央处理器CPU能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，
必须接低电平。
为了执行内部程序指令，
应该接高电平。
闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。
RST：
复位信号输入端
高电平有效。
当振荡器工作时，RET引脚出现2个机器周期以上的高电平将使单片机复位。
ALE/
：
地址锁存允许信号端
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。
如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。
这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。
此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。
：
程序存储器允许输出信号端
低电平有效。
这是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次
有效，即输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的
信号不出现。
（4）输入/输出端口
P0口：
P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。
作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。
当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。
P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。
P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。
P1口：
P1口一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。
对P1端口写“1”时，内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。
因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。
闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。
P2口：
P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O端口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。
对P2端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到
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