基于微波监测汽车防撞系统设计 大学论文.docx

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基于微波监测汽车防撞系统设计大学论文

目录

中文摘要........................................................................................................................1英文摘要........................................................................................................................2

1引言3

2系统总体结构分析4

3系统主控部分介绍4

3.1STC89C52单片机介绍4

3.1.1STC89C52单片机主要功能、性能参数5

3.1.2STC89C52引脚分布5

3.1.3单片机的引脚功能说明及其电路设计6

4微波传感器模块分析9

4.1微波介绍9

4.2微波传感器介绍10

4.1.1微波传感器的组成10

4.1.2微波传感器的特点11

5语音报警模块的设计11

5.1报警电路11

5.2继电器驱动电路12

6串口通信下载电路13

7微波监测汽车防撞系统设计的软件设计14

7.1主程序设计14

7.1.1系统主程序流程图14

8结论16

谢辞16

参考文献17

附录A基于微波监测汽车防撞系统电路图..........................................................18

附录B基于微波监测汽车防撞系统PCB图.........................................................19

附录C基于微波监测汽车防撞系统设计实物图..................................................20

附录D基于微波监测汽车防撞系统设计主程序...................................................21

基于微波监测汽车防撞系统设计

摘要：

随着经济的发展汽车行业日益发达，但是随之而来的交通事故也越来越多，因此解决汽车碰撞问题刻不容缓。

本文设计一种微波监测汽车防撞技术能够很好的解决在汽车领域汽车碰撞带来的人身安全问题。

采用微波传感器作为信息的采集模块，通过微波对行驶车辆进行实时监测，实现以单片机STC89C52作为信息处理中心，对监测结果进行处理分析并及时的做出相应的判断。

当系统检测到当前汽车处于危险状态下时，单片机及其驱动报警电路向驾驶员及时的发出警报，提示驾驶员采取相应的危险规避措施以免交通事故的发生，这就组成了微波监测汽车防撞系统。

本系统具有精确度高、成本低、高效稳定的特点，在提高汽车的车辆安全性方面具有广泛的应用前景和经济前景。

关键词：

微波监测；报警；防撞；STC89C52

Theautomotiveanti-collisionsystembasedonmicrowavemonitoringdesign

Abstract：

Alongwiththeeconomicdevelopmentoftheautomobileindustryisbecomingmoreandmoredeveloped,buttheresultingtrafficaccidentsarealsomoreandmore,soitisveryurgenttosolvetheproblemofcarcollision.Thispaperdesignedakindofmicrowavemonitoringautomotiveanti-collisiontechnologycanwellsolveinthefieldofautocarcrashsafetyproblem.Usingmicrowavesensorasinformationcollectionmodule,throughthemicrowaveforreal-timemonitoringofvehicles,implementationtomicrocontrollerSTC89C52asinformationprocessingcenter,processinganalysisofmonitoringresultsandmakesthecorrespondingjudgementintime.Whenthesystemdetectsthecurrentwhenthecarunderastateofdangerous,single-chipmicrocomputeranditsdrivealarmcircuitalertthedrivertimely,promptdriverstotakecorrespondingriskaversionmeasuresinordertoavoidtheoccurrenceoftrafficaccidents,whichcomprisetheautomotiveanti-collisionsystem,microwavemonitorsoastorealizethepurposeoftheautomotiveanti-collisionintelligentcontrol.Thissystemhashighprecision,lowcost,highefficiencyandstablecharacteristics,inimprovingmotorvehiclesafetyhaswideapplicationprospectandeconomicoutlook.

Keywords：

Microwavemonitoring;Callthepolice;Collisionavoidance;STC89C52

基于微波监测汽车防撞系统设计

1引言

随着社会的发展，人民生活水平的提高，汽车行业欣欣向荣，汽车工业的发展日新月异，中国已经成为汽车生产消费大国，但是汽车在改善人民生活质量的同时我们同样不能轻视汽车的安全驾驶。

车辆的日益增多伴随着道路的拥挤已经成为交通状况日益严重的问题之一，因此设计汽车防撞系统也就变得很有必要。

目前汽车安全性方面比较普遍采取的是汽车前后安装保险杠，车内安全气囊等等，都是减轻汽车碰撞时带来的危害，但是这些安全措施都只是被动措施，我们要从经济和安全两方面着手汽车的主动安全研究。

在现阶段必需开展汽车防撞系统才能有效的降低碰撞事故发生的几率。

利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法的提高的主动安全性，是现今汽车控制与安全系统的主要研究内容。

早在20世纪60年代，德国、美国和日本等发达国家都已经致力于对汽车安全防撞系统的研究当中，我国汽车防撞系统的研究相对于其他发达国家来说差距较大，远远不能满足高速公路的微波检测，因此我国汽车微波检测防撞系统需进一步研究。

本文设计的一种微波监测汽车防撞技术，目前主要应用在测距领域，虽然在某种程度上能够实现距离监测功能，但是仍然存在一些测距精准性问题,面对复杂的实际情况难以做到切实预警，因此必须在成本、技术保证的前提下进行更加智能、节能的方向发展。

目前该技术实现的功能主要停留在近距离汽车危险距离自动报警程度，根据实际需求满足汽车行驶的同时并且保持安全车距。

微波探测器的工作原理：

发射装置发射出间歇型的微波，再接收返回的微波，根据时间差就可以求出物体的运动速度与距离本基地的位移，同时在微波探测的范围内可以产生动态三维影像效果。

根据特定区域的所有车型假定一个固定的车长，通过感应投影区域内的车辆的进入与离开经历的时间来计算车速。

本系统采用应用比较广泛的STC89C52单片机为主控模块，在微波传感器模块的硬件电路和软件设计方法的基础上设计了系统的总体方案，软硬件结合最终实现了各个功能模块。

设计实现的最终目的是，假如汽车处于危险状况下，报警系统可以及时有效的向驾驶员发出警报以便操控者采取危险规避措施，具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力，可在汽车安全领域很好的解决汽车安全车距问题。

2系统总体结构分析

本系统是利用单片机技术对传感器采集的数据进行存储和处理来实现对汽车安全状态的监测和报警。

监测模块会实时监测汽车与障碍物或者其他车辆距离的变化，并将数据传输到单片机，单片机及时进行数据分析处理能够了解当前车距是否处于安全环境之下。

当微波传感器监测到汽车与障碍物距离小于安全车距时，系统及时的进行报警。

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

3系统主控部分介绍

3.1STC89C52单片机介绍

本系统采用STC89C52作为主控芯片，它是STC公司生产的一种低功耗、高性能8位微控制器，拥有可编程Flash存储器。

在MCS-51内核的基础上做出了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52在众多嵌入式控制应用中得到广泛的应用。

实物图如图3-1所示。

图3-1STC89C52实物图

3.1.1STC89C52单片机主要功能、性能参数

1.内置4KBEEPROM和MAX810复位电路；

2.工作频率范围;0-40MHZ；

3.STC89C52对应Flash空间：

8KB;

4.内部存储器（RAM）:

512B;

5.定时器\计数器：

3个16位（T0、T1、T2）；

6.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；

7.中断源：

.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；

8.有ISP（在系统可编程）、IPA（在应用可编程），无需专用编程器\仿真器；

9.通用I\O口:

32个，复位后为：

P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；

10.工作电压：

5.5V-3.3V;

11.工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）；

12.外形封装：

40引脚PDIP封装；

3.1.2STC89C52引脚分布

单片机芯片引脚如图3-2所示。

图3-2STC89C52单片机芯片引脚

3.1.3单片机的引脚功能说明及其电路设计

（1）电源引脚

Vcc　40脚正电源脚，工作电压为5V；GND　20脚　接地端本系统设计采用的电源电路如图3-3所示。

图3-3电源电路

电源电路采用0.1uf电容和10uf电容并联，其原因是10uf电容对于滤除低频干扰有较好的作用，但是对于高频干扰，电容呈现感性，阻抗很大，因此需要并联一个0.1uf的电容滤除高频分量。

电源电路中的78L05是一个线性稳压电源芯片，给电路提供稳定的+5V电压。

（2）晶振电路引脚XTAL1和XTAL2

为了实现时钟信号，在STC89C52内部设置了一个反相放大器，XTAL1（19脚）是片内振荡电路输入端，XTAL2（18脚）是片内振荡电路的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。

8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，需在这两个引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10pf-30pf；另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。

本文采用XTAL1和XTAL2外接石英晶振振荡电容选取22pf，使内部振荡器按照石英晶振的频率振荡，就产生时钟信号。

本系统设计电路所产生的时钟信号晶振电路如图3-4所示。

图3-4晶振电路

（3）RST9号引脚

　　9号引脚为单片机的复位引脚，在振荡器运行时，9号引脚输入连续两个机器周期的高电平，单片机便循环复位。

复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。

当复位脚由高电平变为低电平时，复位后程序计数PC=0000H,即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令代码。

常用的两种复位方式如图3-5所示，本系统采用的复位电路如图3-6所示。

图3-5常用的两种复位方式

图3-6复位电路 

（4）输入输出（I/O）引脚

　　引脚P0.0-P0.7称为P0口（39脚-32脚），P1.0-P1.7称为P1口（1脚-8脚），P2.0-P2.7称为P2口（21脚-28脚），P3.0-P3.7称为P3口（10脚-17脚）。

P0口是一个双向8位I/O口，每个口可以独立控制，但是该口在使用时必须外接上拉电阻，一般选择10KΩ的电阻。

P1口是一个准双向8位I/O口，每个口可以独立控制，内部自带上拉电阻。

能驱动4个LSTTL负载。

P1口一般不用外接上拉电阻，直接就能驱动发光二极管。

P1口置1时，端口被拉到高电平，进行输入。

单片机上电时，通过用指令控制单片机的引脚输出高低电平，进行输出。

P2口与P1口相似，对存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。

访问外部程序和数据存储器时，P2口送出高8位地址。

而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。

P3口是准双向8位I/O口，每个口独立控制，内部自带上拉电阻。

当做普通I/O口时与P1口相似，做第二功能使用时各引脚定义如表3-1所示。

除此之外P3口的每一个引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。

表3-1P3口各引脚第二功能定义

P3引脚

第二功能

P3.0

串行通讯输入（RXD）

P3.1

串行通讯输出（TXD）

P3.2

外部中断0（INT0）

P3.3

外部中断1（INT1）

P3.4

定时器0输入（T0）

P3.5

定时器1输入（T1）

P3.6

外部数据存储器写选通WR

P3.7

外部数据存储器写选通RD

4微波传感器模块分析

4.1微波介绍

微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1毫米~1米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。

微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。

微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。

微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。

对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。

对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。

而对金属类东西，则会反射微波。

因此本系统采用微波作为监测手段进行信息的采集，能够对系统进行实时有效的监测。

4.2微波传感器介绍

微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件。

它是一种新型的非接触式传感器，由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。

微波传感器主要由微波振荡器和微波天线组成，微波振荡器是产生微波的装置。

构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体元件。

由微波振荡器产生的振荡信号需用波导管传输，并通过天线发射出去。

为了使发射的微波具有一致的方向性，天线应具有特殊的构造和形状。

根据微波传感器的原理，微波传感器可以分为反射式和遮断式。

1.反射式微波传感器

反射式微波传感器是通过检测被测物反射回来的微波功率或经过时间的间隔来测量被测量的。

通常它可以测量物体的位置、位移、厚度等参数。

2.遮断式微波传感器

遮断式微波传感器是通过检测接收天线受到的微波功率大小来判断发射天线与接收天线之间有无被测物体或被测物体的厚度、含水量等参数的。

4.1.1微波传感器的组成

微波传感器通常由微波发射器（即微波振荡器）、微波天线及微波检测器三部分组成。

实物图如图4-1所示。

图4-1微波传感器实物图

4.1.2微波传感器的特点

微波传感器作为一种新型的非接触传感器具有如下特点:

①有极宽的频谱（波长=1.0mm~1.0m）可供选择，可根据被测对象的特点来选择不同的测量频率；

②在烟雾、粉尘、水汽、化学气氛以及高、低温环境中对检测信号的传播影响极小，因此可以在恶劣环境下工作；

③时间常数小，反应速度快，可以进行动态检测与实时处理，便于自动控制；

④测量信号本身就是电信号，无需进行非电量的转换，从而简化来了创阿奇与微处理器建的接口，便于实现遥测和遥控；

⑤微波无显著辐射公害。

4.1.3主要技术参数

1.中心频率：

10.525GHz；

2.工作电压：

DC6V±20V；

3.静态电流：

6mA ；

4.高/低输出电平：

5V/0V；

5.3dB天线方向图-方位80°；

6.3dB天线方向图-俯仰40°；

7.感应距离：

0.3-10米16级可调；

8.触发方式：

4种选择；

9.环境温度：

-30-70度 ；

10.外形规格：

45*37*18mm；

5语音报警模块的设计

5.1报警电路

单片机通过给蜂鸣器不同频率来进行声音的输出。

因为蜂鸣器的工作电压比加大，因此需要用三极管来进行电流的放大。

在其两端加上合适的电压就能产生蜂鸣声，电路图如图5-1所示。

图5-1蜂鸣器驱动电路

5.2语音接口电路

语音接口电路采用STC89C52单片机自带的P03、P04和P05接口进行电路的设计，电路图如图5-2所示。

5-2语音接口电路

5.3继电器驱动电路

继电器串联RC电路：

这种形式主要应用于继电器的额定工作电压低于电源电压的电路当中。

当电路闭合时，继电器线圈由于自感现象会产生电动势阻碍线圈中电流的增大，从而延长了吸合时间，串联上RC电路后则可以缩短吸合时间。

原理是电路闭合的瞬间，电容两端的电压不能突变可视为短路，这样就将比继电器线圈额定工作电压高的电源加到线圈上，从而加快了线圈中电流增大的速度，使继电器迅速吸合。

电源稳定之后电容不起作用，电阻起限流作用。

基极和发射极的电阻的作用是：

在没有正向偏置电压的情况下，保证基极的电压为零，防止三极管受外部的干扰而误通，其目的就是为了保证可靠性。

本系统采用的继电器驱动电路如图5-3所示

5-3继电器驱动电路

6串口通信下载电路

MAX232芯片是MAXIM公司生产的，包含两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于各种EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。

MAX232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换为RS-232输出电平所需的+12V电源的场合，其适应性更强，加上其价格适中，硬件接口简单，所以被广泛采用。

内部结构基本可分三个部分：

　　第一部分是电荷泵电路。

由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。

功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。

　　第二部分是数据转换通道。

由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。

　　其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。

8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。

TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

  第三部分是供电。

15脚GND、16脚VCC（+5v）。

  电路图如图6-1所示。

图6-1MAX232通信电路

7微波监测汽车防撞系统设计的软件设计

7.1主程序设计

7.1.1系统主程序流程图

主程序通过系统初始化和各个子程序的调用来完成整个系统的程序运行，系统主程序流程图，如图7-1所示。

图7-1系统主程序流程图

主程序完成初始化后调用子程序，由单片机的端口发射脉冲，微波传感器发射出微波，外部中断关闭，T0计数器开始计时，一段时间的延时后打开中断，外部信号中断时，单片机停止T0计时，计算出时间差，并存储到单片机的EEPROM端口。

单片机调用计算子程序，计算出传感器到目标物体之间的距离，通过单片机对信息的处理来确认是否对系统进行报警，从而完成一次监测。

小结

本系统是基于微波监测汽车防撞的设计，设计的最终目的是让微波传感器模块能够产生微波，实现微波的发送与接收，STC89C52单片机将采集到的数据信号进行分析，并通过蜂鸣器、指示灯进行相应的报警，从而实现利用微波监测的方法预防汽车的碰撞。

微波监测汽车防撞报警系统硬件电路的设计主要包括单片机主控模块及报警模块、微波移动感应模块三部分。

微波测距原理为在某一时刻微波发生器发出一个微波信号，当微波遇到被测物体后反射回来，被微波接收器所接收到。

从发出微波信号到接收到返回信号之间会有个时间差，利用时间差就可算出微波发生器与反射物体的距离。

在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器计数功能记录微波发射的时间和收到反射波的时间。

在本次毕业设计的过程中，通过对该系统的不断摸索与完善使我在单片机软硬件方面认识了自己的不足，提高了自己的理论知识和动手能力，在两位老师的指导下，完成了基于微波监测汽车防撞系统的设计、调试与制作，把大学里所学的51单片机、电路设计、C语言等众多课程进行了一次系统的项目化学习，对专业课的知识有了更加深入的了解。

虽然本系统还有些不足之处比如测量精准度问题，但是从总体上来说还是能够很好的掌握了设计的思路，对我以后做其他的系统设计提供了宝贵的经验。

谢辞

经过很多天的不懈努力终于完成了我的毕业设计，首先非常感谢我的导师在毕业设计中对我的耐心指导和帮助，从论文的总体框架到开题报告，从硬件设计到软件设计，无论是格式还是内容，每一步都是经过老师的悉心指导，尤其是电路板的焊接与调试更是在一次次的失败中吸取教训最终才调试成功。

同时也感谢学校老师毕业设计期间对我的答疑解惑。

在我毕业论文写作期间，学校老师给我提供了各种各样的专业知识上的指导和日常生活上的关怀，借此机会，向你们表示由衷的感激。

同时也非常感谢学校给我们提供了优越的实验室条件，让我们能够很多人一起讨论研究，克服各种困难。

学校的图书馆也为我们的毕业设计提供了许多专业的资料。

毕业设计的这段时间里，虽然时间安排很紧但是师生之间的友谊得到了更好的体现，还有对于同学对我的各种帮助，也由衷的表达我的谢意。

这段时间安排的非常紧凑，有一种回到高中学习的紧张氛围，在即将毕业的时候还能感受到这样的学习难能可贵，因为它充实了我们的知识与能力，将大学四年的所学所会通过一个课题将它们综合起来，这不仅是对我们的一次考核，更多的是对我们自身的思考与感悟，这次毕业设计获益匪浅相信会对我们走上工作岗位有很好的促进作用。

参考文献

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