单片机在汽车倒车测距仪中的应用设计_精品文档.doc

1、目 录第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容及论文构成2第二章 系统总体设计32.1 方案设计与论证32.1.1 控制器的选择32.1.2 测距传感器选择32.1.3 显示子系统设计42.1.4 声音报警设计42.2 系统总体结构4第三章 系统硬件设计53.1 单片机控制电路设计53.2 超声波发射及接收电路设计63.2.1 超声波发射电路的设计63.2.2 超声波接收器73.3 LED显示及报警电路设计83.4 本章小节10第四章 系统软件设计114.1 主程序的设计114.2中断处理程序124.3 测距模块设计134.4 显示及报警模块设计14第五章

2、 结论及展望15参考文献16第一章 绪论1.1 研究背景及意义 随着现代生活节奏的加快，交通事故发生的频率也在增加，汽车倒车提示系统也就应运而生。经过调查，绝大部分非职业汽车驾驶员都希望有一种能发现汽车尾部障碍物的“后视眼”。因此我们需设计一种经济实惠的汽车倒车测距仪，以解决驾驶员的“后顾之忧”。 一个由单片机控制的汽车倒车测距仪就能满足这种需求。该测距仪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，能测量并显示车辆后部障碍物离车辆的距离，同时用间歇“嘟嘟”声发出警报，“嘟嘟”声间隙随障碍物距离缩小而缩短，驾驶员不但可以直接观察到显示的距离，还可以凭听觉判断车后障碍物

3、离车辆的远近，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，并可以帮助驾驶员扫除视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。 1.2 国内外研究现状 汽车倒车测距仪应该包含有总控制器、测距传感器、语音提示及图像显示部件等。各部件有机地结合起来，实现测距及提示功能。轰鸣器提示是倒车测距仪系统的真正开始。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。之后液晶荧屏显示的出现是一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒挡，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以

4、直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。 现在比较先进的倒车测距仪应该算是魔幻镜倒车测距仪了，它结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。因为其外形就是一块倒车镜 ，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。而且它颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。近年来由于电子技术的飞跃发展，使得相关技术日新

5、月异，尤其是汽车电子产业的迅速发展，使得高度信息化、电子化的车辆研制有了基础。目前主流的汽车倒车测距仪都是以单片机为核心的智能测距传感系统。这种测距仪能够连续测距和显示障碍物距离，并采用间歇不同的鸣叫声进行报警和提示距离，以尽量不占用驾驶员的视觉。此外，汽车电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的测距仪具有通信功能，能够把数据发送到汽车总线上去。 此外，从成品来讲，目前的汽车倒车测距仪主要是以数码管或者液晶屏的精确显示和精确的语音播报为主。这个时期主要是采用以单片机为核心的智能测距传感系统，能够使得汽车驾驶辅助系统更加简便易用，而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求。 1.3 研究内容

6、及论文构成 本文设计的汽车倒车测距仪要能够连续测距，经过单片机综合处理后，采用间歇不同的鸣叫声进行语音报警和显示距离。它包括了超声波测距部件、控制单元89S51、语音模块和显示部件等。 论文构成主要由以下部分组成： 第1章包括研究背景、意义以及相关技术在国内外的研究现状。 第2章为系统总体方案设计。首先介绍汽车倒车测距仪的设计要求，详细介绍测距系统传感器的选择、显示报警系统的方案设计，然后提出本系统总的方案设计。为其后的硬件设计奠定了基础。 第3章为系统硬件设计。首先分析超声波传感器的工作原理，然后具体讨论测距模块中的超声波发射电路和超声波接收电路以及测距模式电路的硬件设计。最后介绍了系统显示

7、报警模块电路的设计。 第4章为系统软件设计。在软件设计中采用模块化设计思想，分别对系统的主程序模块、测距模块、中断检测模块、语音模块和显示模块的程序进行了软件设计。 第5章为总结与展望。对全文进行总结，指出不足之处，对倒车雷达预警系统的发展前景进行展望。第二章 系统总体设计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

8、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 控制器的选择 51系统单片机具有功能强、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。 总而主之，89S51有设计简单，体积小，安装简易，成本低等特点，此外考虑到我自己对于单片机的掌握程度，我选择89S51作为系统控制器。 2.1.2 测距传感器选择 关于测距传感器，现在主要有以下几种： （1）红外传感器。其原理是传感器的红外发

9、光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号强弱判断物体的距离。 （2）激光传感器。它是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点，以实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距和连续波相位式激光测距。脉冲式激光测距原理与雷达测距相似，测距仪向目标发射激光信号，碰到目标就要被反射回来，由于光的传播速度是已知的，所以只要记录下光信号的往返时间，用光速（30万千米/秒）乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离。 （3）超声波传感器是经常采用的传感器之一。超声波就是空气

10、中传播的超过人类听觉频率极限的声波。其原理犹如蝙蝠，它嘴里发出超声波，当超声波遇到小昆虫的时候，它的耳朵能够接收反射回波，从而判断昆虫的位置并予以捕杀。超声波传感器的工作方式是通过发送器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接收来判断是否检测到物体。 根据以上性能的比较，我们能看出来激光传感器是比较理想的选择，但是其价格较高，不易为大众接受。考虑到车辆行驶过程中测距应当有较强的抗干扰和较短的响应时间，最终选用超声波传感器作为此方案的技术扩展。 2.1.3 显示子系统设计 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。

11、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 声音报警设计 由于在该设计中只涉及到简单的报警声音，可以直接用单片机的某一引脚产生一方波控制。我拟定采用简单的蜂鸣器来实现该功能。 2.2 系统总体结构 按照系统所需功能，系统硬件结构可以划分为三大主要模块：测距系统、控制系统以及显示和语音报警系统。系统总体结构框图如2.1所示。 图2.1 系统总体结构图其中

12、测距系统有超声波发射、接收子系统构成；控制部分以85S51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；显示报警部分由显示系统及语音系统构成，其中显示系统采用简单实用的4位共阳8段LED数码管。第三章 系统硬件设计倒车测距仪由超声波传感器(俗称探头)、控制器和显示器、蜂鸣器等部分组成。倒车测距仪采用超声波测距方法，在控制器的控制下由传感器发射超声波信号，当遇到障碍时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，从而达到安全泊车的目地。 3.1 单片机控

13、制电路设计 本设计采用AT89S51作为系统控制器。它是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程，也可用传统方法进行编程。AT89S51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗，2个数据指针，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，单片机振荡器及时钟电路。 同时AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RA

14、M，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 单片机最小系统是指能让单片机工作的最简单的电路，包括电源电路、振荡电路、复位电路，如图3.1图3.1 单片机最小系统 对于其P0口，这组引脚共有8条，P0.7为最高位，P0.0为最低位。这8条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同情况。第一种情况是8051不带片外存储器，P0口可以作为通用I /O口使用，P0.7P0.0用于传送CPU的输入/输出数据。这时，输出数据可以得到锁存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性。第二种情况是

15、8051带片外存储器，P0.7P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。 与此类似，P1.7P1.0口作为I /O口使用时，P1.7P1.0的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入/输出数据。同理，P2口也有相似的功能。 89S51有INT0和INT1两条外部中断请求输入线，用于输入两个外部中断的中断请求信号，并允许外部中断源以低电平或负边沿两种中断触发方式输入中断请求信号。89S51究竟工作于哪种工作中断触发方式，可由用户通过对定时器控制寄存器TCON中IT0和IT1位状态的设定来选取。89S51在每个机器周期的S5P2时对INT0/INT1线上的中断请求信号进行一次检测，检测方式和中断触发方式的选取有关。若89S51设定为电平触发方式（IT0=0或IT1=0），则CPU检测到INT0/INT1上低电平时就可认定其中断请求有效；若设定为边沿触发方式（IT0=1或IT1=1），则CPU需要两次检测INT0/INT1线上的电平方能确定其中断请求是否有效，即前一次检测为高电平且后一次检测为低电平时INT0/INT1上的中断请求才有效。因此，89S51检