汽车倒车报警系统论文.docx

1、汽车倒车报警系统论文 课程论文题 目：汽车倒车报警系统分析*学 院：能源与动力工程学院班 级：交通运输10-2班指导教师：陈永艳 副教授 2014年 1 月 3 日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称： 汽车电子控制技术 学院： 能源与动力工程学院 班级： 交运10-2 学生姓名： 李长春_ 学号： * _ 指导教师： 陈永艳 一、题目汽车倒车报警系统分析二、目的与意义根据汽车电子控制技术课程学习的知识，系统分析汽车倒车报警系统结构组成及基本的工作原理，掌握汽车电子控制系统的基本结构与原理。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 根据参考文献，系统学习并分

2、析汽车倒车报警系统结构组成及基本的工作原理；按照内蒙古工业大学课程设计说明书（论文）书写规范撰写课程论文。四、工作内容、进度安排 18周周末 ：根据任务书要求，查阅、学习相关参考文献；19周周一 ：提交论文提纲；19周周二周四：根据指导教师修改后的论文提纲撰写论文初稿；19周周四周五：根据指导教师对论文的修改意见修改论文；19周周五 ：提交论文。五、主要参考文献1 刘修文. 实用电子电路设计制作M. 北京：中国电力出版社，20112 胡萍. 超声波测距仪的研制J. 计算机与现代化，2010(10):54-56.3 陈有卿, 谢刚,新颖电子模块应用手册M. 北京：机械工业出版社，2010 4 电

3、子报社电子报2010年合订本下J 成都：四川科学技术出版社20105 刘福太，梁发麦，魏书田，林红文.黄版电子电路M.北京：科学出版社，2011审核意见 同 意。系（教研室）主任（签字） 赵明智 指导教师下达时间 2013 年 12 月 27 日指导教师签字：_摘 要本文介绍了汽车倒车报警系统,文章采用分模块方式，对整个系统的硬件与软件设计进行分析，其中硬件部分着重介绍了超声波探测器、单片机AT89C51控制芯片、外围电路和报警电路等。设计中采用了性能比较好的超声波传感器CSB40，从发射头发射的信号通过障碍物反射所得的信号接收，信号放大，再通过单片机直接处理，然后把处理后的信号通过驱动器驱动

4、扬声器播放出声音，同时通过显示电路显示倒车距离。整个系统采用单片机通讯方式，介绍了单片机接口与控制器之间的通讯，以及该系统的程序流程。除此之外，还说明了PCB板的制作、电路的安装与调试的有关内容。关键字：超声波 倒车报警 AT89C51一、引言为了巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决问题的能力，提高组成系统、调试的动手能力，开展了本次毕业设计。毕业设计课题为汽车倒车报警系统的设计与制作。随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较

5、为经济的汽车防撞预警系统势在必行。超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离，低速状况，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性折射、反射、干涉、衍射、散射。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用。二、汽车倒车报警系统的思路2.1系统总体方案 从倒车防撞报警器的使用场合来讲，必须是采用反射型传感器才能满足实际使用中的要求，从目前的无线电技术出发，主要可采用超声波传感器和红外反射型传感器

6、。本设计选择超声波型。基于超声波型：利用超声波传感器CSB40，它是一种性能优良的发射与接收配对的传感器。该系统主要用电磁式输出与输入振荡电路，所输入的信号经过放大，直接发送到单片机AT89C51单片机进行处理，通过编程可以进行自动控制。具体系统框图如图1-1所示。图 1-1 汽车倒车报警系统框图2.2超声波测距原理超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。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

7、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。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，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，

8、往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为ts，超声波传播速度为vm/s表示，则有关系式(1) s=vt/2 (1)在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。 v=3314+0607T (2)式中，T为实际温度单位为，v为超声波在介质中的传播速度单位为ms。表1 一些温度下的声速 温度TC-30-20-100102030声速m/s313319322331337344350三、汽车倒车报警系统的电路组成及原理分析3.1主控部分本次设计采用了常见的AT89S51单

9、片机为核心处理器。AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，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80S51引脚结构， AT89C51具有40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 Bytes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。AT89C51单片机共有40个引脚，其引脚图如图所示。 图3-1 单片机引脚图3.2复位部分单片机AT89C51作为主控芯片，控制整个电路

10、的运行。单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。该设计采用含有电阻的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位。当人按下按钮S1时，直接连接电源，待S1弹起后，C再次充电，实现手动复

11、位。复位电路的设计图如图3-2所示。 图3-2 复位电路图3.3显示部分及驱动部分四段数码显示管有两种，一种是共阳极数码管，其内部是由八个阳极相连接的发光二极管组成；另一种是共阳极数码管，其内部是由四个阳极相连接的发光二极管组成。二者原理不同但功能相同。本设计的数据显示选用四个共阴极四段数码管，其外形和内部结构如图3-3所示。 图3-3 四位数码管结构图而LED显示电路就像单片机系统的眼睛，实时地向人们传递着系统工作的各种状态信息和处理结果。因此，高效、方便的LED显示驱动电路是构成完善的单片机系统必不可少的元素。其驱动电路如图3-4所示。 图3-4 数码管驱动电路图3.4超声波发射接收部分3

12、.4.1超声波发射部分超声波发射部分是为了让超声波发射换能器CSB40T能向外界发出40 kHz左右的方波脉冲信号。40 kHz左右的方波脉冲信号的产生通常有两种方法：采用硬件如由555振荡产生或软件如单片机软件编程输出，本系统采用后者。编程由单片机P1.0端口输出40 kHz左右的方波脉冲信号，由于单片机端口输出功率不够，40 kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器以声波形式发射到空气中。发射部分的电路如图5所示。图中输出端上拉电阻一方面可以提高反向器74HC04输出高电平的驱动能力，另一

13、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。图3-5 超声波发射电路图 从图中可知，当输入的信号为高电平时，上面经过两级反向CSB40T的1引脚为高电平，下面经过一级反向后为低电平；当输入信号为低电平时，正好相反，实现了振荡的信号驱动CSB40T，只要控制信号接近40kHz，就能产生超声波。74HC04芯片介绍：该74HC04是高速的硅栅CMOS器件，并兼容低功耗肖特基的TTL。74HC04提供的6个颠倒缓冲器。其管脚图如图3-6所示。图3-6 74HC04管脚图74HC04是内含6组相同的反相器。即1A输入高电平，1Y输出低电平。3.4.2超声波接收部分超声波接收包括接收探头，信

14、号放大以及波形变换电路三部分，超声波接收探头必须与发送探头相同的型号，否则可能导致接收效果甚至不能接收。由于超声波接收探头的信号非常弱，所以必须用放大器放大，放大后的正弦波不能被微处理器处理，所以必须经过波形变换。本次设计为了降低调试难度，减少成本，提供系统可靠性，所以我们采用了一种用在彩色电视机上面的一种红外接收检波芯片CX20106，由于红外遥控的中心频率在38kHz，和超声波的40kHz很接近，所以可以用来做接收电路。CX20106是日本索尼公司的产品，采用单列8引脚的直插式封装，内部包含自动偏置控制电路、前置放大电路、带通滤波、峰值检波、积分比较器、斯密特整形输出电路，配合少量外接元件

15、就可以对38kHz左右的信号的接收与处理，该芯片内部如图3-7所示。 图3-7 CX20106内部结构图 图3-8 CX20106构成本次设计接收电路图使用CX20106A集成电路对接收探头收到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db。以下是CX20106A的引脚注释。 1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40k。 2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R4或减小C4,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C4的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R4=4.

16、7，C4=1F。 3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3 4脚：接地端。 5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200k时，f042kHz，若取R=220k，则中心频率f038kHz。 6脚： 该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22k，没有接受信号是该端

17、输出为高电平，有信号时则产生下降。 8脚：电源正极，4.55V。3.5报警部分采用一个蜂鸣器，输出一定频率的信号，在连接到蜂鸣器之前，经过一个三极管9012的放大。报警部分的连线，如图3-9所示。 图3-9 报警电路图 通过单片机软件产生3KHz的信号从P3.7口送到三极管9013的基极，控制着电压加到蜂鸣器上，驱动蜂鸣器发出声音。四、汽车倒车报警系统的主程序流程图 软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图4-1，4-2，4-3所示。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。 定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成距离计算、结果的输出等工作。 图

18、4-1 主流程图 图4-2 定时中断服务子程序图 图4-3 外部中断服务子系统图五、汽车倒车报警系统的装配与调试5.1基本电路板检查根据前面的研究完成各个电路模块的原理设计并生成PCB图，制作电路板，进行实验调试。1.检查印制板的印制线是否有断路，是否有毛刺，是否与其它线或是焊盘粘连，焊盘是否有脱落，过孔是否有未金属化现象等等；2.先用万用表复核目测中认为可疑的连接或是接点，检查它们的通短状态是否与设计规定相符。再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象，如有再仔细检查出并排除。短路现象一定要在器件安装及加电前检查出；3.路接通电源后，用手摸一下芯片是否发热，如果发热，立即关掉电源，稍后再进行再

19、次检测；如果没有发热，再测试芯片的VCC端电压是否达到设计要求，接地端是否都接地。5.2主控模块调试在本次设计中，主控模块是非常重要的部分，它不仅是本次设计的核心，在本次硬件调试中也遇到了问题，接上电源的时候，数码管不亮，没有任何显示，于是我做了如下的工作：1.检查电源是否通电，发现指示灯亮着；2.编程使P1为低电平，检查到P1输出为低；3.检查P0口未接上拉电阻，接上数码管发亮了。5.3软件调试当硬件制作完成后，软件制作也是不可轻视的部分，是实现电路的功能的关键部分，通过本次毕业设计，总结经验如下：1.先进行人工检查。写好程序后，不要立刻烧入单片机，先对纸面上的程序进行人工检查。由于采用C语

20、言编程，所以要特别小心地检查语法错误，如括号不配对，漏写分号等，通过仔细的检查，发现并排除这些错误；2.人工检查无误后，上机调试。在编译时给出的语法错误的信息，根据提示的信息具体找出程序中错误之处并改之，从上至下逐一改正。应当注意的是：有的提示出错行并不是真正出错的行，如果在提示出错的行上找不到错误的话，则应该到上行再找；3.当确认程序无语法错误和逻辑错误时，通过直接下载到单片机来调试。采用的是自下到上的调试方法，即单独调好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统调试；4.程序烧入单片机后，观察各个部件的工作是否正常，功能是否实现。如不能正常工作，则继续检查程序中的相应模块，必要时从上到下重新检查程序；注意：电路焊接完成，仔细检查无误后，才可通电调试。 参考文献1 刘修文. 实用电子电路设计制作M. 北京：中国电力出版社，20112 胡萍. 超声波测距仪的研制J. 计算机与现代化，2010(10):54-56.3 陈有卿, 谢刚,新颖电子模块应用手册M. 北京：机械工业出版社，2010 4 电子报社电子报2010年合订本下J 成都：四川科学技术出版社20105 刘福太，梁发麦，魏书田，林红文.黄版电子电路M.北京：科学出版社，2011