汽车倒车防撞报警电路设计.docx

1、汽车倒车防撞报警电路设计汽车倒车防撞报警电路设计 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 2021 年 3 月 摘 要目前我国经济飞速进展，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苦恼，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形，解除了驾驶员泊车和启动车俩时前后左右探视所引起

2、的困扰，并关心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，该倒车雷达依照超声波测距原理研制，采纳温度补偿技术、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内心有数，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 单片机的进展及其应用1 1.2 超声波测距11.3超声波测距原理21.4超声波倒车雷达系统工作原理31.5超声波倒车雷达的芯片选择31.6 超声波倒

3、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操纵程序62.2 超声波发射电路与接收电路及其距离测算程序72.3超声波检测同意电路72.4 超声波测距仪的算法设计82.5距离运算程序82.6倒车语音电路和报警电路及其操纵程序92.6.1倒车语音电路142.6.2倒车语音及报警操纵程序16第三章 主程序 3.1主程序183.2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234.2 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、单片机的进展及其应用单片机又称微操纵器，是在

4、一块硅片上集成了各种部件化微型运算机，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、具有专门强的灵活性而且价格不高，越来越得到广泛的应用。8051在小中型应用场合专门常见，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闻名IC制造厂商，如PHILIPS、西门子、AMD、OKI、NEC、Atmel等，如此8051就变成有众多制造厂商支持的、进展出上百个品种的大伙儿族。90年代，PHILIPS推出支持16位运算的X4系列。XA系列是16位单片机，又可完全兼容8

5、051的指令系统。Intel推出的80C51也是与8051在机器代码级兼容，如此保证了8051用户到21世纪技术的领先性。随着硬件的进展，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 超声波测距的差不多原理1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们差不多设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器能够分为两大类：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

6、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，假如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

7、时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就赶忙返回来，超声波接收器收到反射波就赶忙停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，依照计时器记录的时刻t，就能够运算动身射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/21.3.1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，它们的共同点差不多上一种机械振动，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

8、率范畴在 25MHz之间，常用为33.5MHz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1620，000HZ 之间。1.3.2 利用超声波测距超声波测距是单片机操纵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、收过程中产生的时刻差，就能够运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正确，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

9、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，和声速相比能够认为汽车是静止的，因此在系统中能够忽略多普勒效应的阻碍。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刻，实现简单，因此本系统采纳了这种方法。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

10、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单片机操纵芯片AT89C2051简介：AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序储备器和128 bytes的随机存取数据储备器RAM，器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性储备技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash储备单元，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

11、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的时钟频率能够为零，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，系统唤醒后即进入连续工作状态。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连续运行。要紧功能特性：兼容MCS51指令系统2k可反复擦写(1000次Flash ROM5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的宽工作电压范畴时钟频率0-24MHz128x8bit内部RAM两个外部中断源两个串行中断可直截了当驱动LED两级

12、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，和声速相比能够认为汽车是静止的，因此在系统中能够忽略多普勒效应的阻碍。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刻，实现简单，因此本系统采纳了这种方法。 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

13、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操纵程序单片机采纳89S51 或其兼容系列。采纳12MHz 高精度的晶振，以获得较稳固的时钟频率，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 口检测超声波同意电路输出的返回信号。显示电路采纳简单有用的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以下图所示： 2.2 超声波发射电路与接收电路及其距离测算

14、程序发射电路要紧由反向器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1. 0端口输出的40 kHz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，能够提精湛声波的发射强度。输出端采纳两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R10、R11，一方面能够提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面能够增加超声换能器的阻尼成效，缩短其自由振荡的时刻。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

15、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，这时它确实是一超声波发生器;如没加电压，当共振板同意到超声波时，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同意转换器。超声波发射转换器与同意转换器其结构稍有不同。2.3超声波检测同意电路参考红外转化接收期刊的电路采纳集成电路CX20206 J4，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，能够利用它作为超声波检测电路。实验证明其具有专门高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变C4 的大小，可改变同意电路的灵敏度和抗干扰

16、能力。2.4 超声波测距仪的算法设计以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，当那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。如此只要运算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时刻，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的运算公式为：d=s/2=(ct)/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刻。2.5距离运算程序：* 距离运算程序 (=计数值*17/1000cm) *work: PUSH ACC PUSH PSW PUSH B MOV PSW, #18h MOV R3, 45H MOV R2,

17、 44H MOV R1, #00D MOV R0, #17D LCALL MUL2BY2 MOV R3, #03H MOV R2, #0E8H LCALL DIV4BY2 LCALL DIV4BY2 MOV 40H, R4 MOV A,40H JNZ JJ0 MOV 40H,#0AH ;最高位为零，不点亮JJ0: MOV A, R0 MOV R4, A MOV A, R1 MOV R5, A MOV R3, #00D MOV R2, #100D LCALL DIV4BY2 MOV 41H, R4 MOV A,41H JNZ JJ1 MOV A,40H ;次高位为0，先看最高位是否为不亮 SUB

18、B A,#0AH JNZ JJ1 MOV 41H,#0AH ;最高位不亮，次高位也不亮JJ1: MOV A, R0 MOV R4, A MOV A, R1 MOV R5, A MOV R3, #00D MOV R2, #10D LCALL DIV4BY2 MOV 42H, R4 MOV A,42H JNZ JJ2 MOV A,41H;次次高位为0，先看次高位是否为不亮 SUBB A,#0AH JNZ JJ2 MOV 42H,#0AH ;次高位不亮，次次高位也不亮JJ2: MOV 43H, R0 POP B POP PSW POP ACC RET* 两字节无符号数乘法程序 * R7R6R5R4

19、= R3R2 * R1R0MUL2BY2: CLR A MOV R7, A MOV R6, A MOV R5, A MOV R4, A MOV 46H, #10HMULLOOP1: CLR C MOV A, R4 RLC A MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 RLC A MOV R6, A MOV A, R7 RLC A MOV R7, A MOV A, R0 RLC A MOV R0, A MOV A, R1 RLC A MOV R1, A JNC MULLOOP2 MOV A, R4 ADD A, R2 MOV R4, A MOV

20、A, R5 ADDC A, R3 MOV R5, A MOV A, R6 ADDC A, #00H MOV R6, A MOV A, R7 ADDC A, #00H MOV R7, AMULLOOP2: DJNZ 46H, MULLOOP1 RET* 四字节/两字节无符号数除法程序 *R7R6R5R4/R3R2=R7R6R5R4(商).R1R0(余数)DIV4BY2: MOV 46H, #20H MOV R0, #00H MOV R1, #00HDIVLOOP1: MOV A, R4 RLC A MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 RLC

21、 A MOV R6, A MOV A, R7 RLC A MOV R7, A MOV A, R0 RLC A MOV R0, A MOV A, R1 RLC A MOV R1, A CLR C MOV A, R0 SUBB A, R2 MOV B, A MOV A, R1 SUBB A, R3 JC DIVLOOP2 MOV R0, B MOV R1, ADIVLOOP2: CPL C DJNZ 46H, DIVLOOP1 MOV A, R4 RLC A MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 RLC A MOV R6, A MOV A, R

22、7 RLC A MOV R7, A RETdelay_250: push psw push 07h mov r7,#0ffhdelay_250_1: nop nop nop nop djnz r7,delay_250_1 pop 07h pop psw ret END2.6倒车语音电路和报警电路及其操纵程序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,操纵方便,成本低.引脚功能脚号名称功能1CNT脉冲触发信号2RST脉冲计数复位3BUSY工作状态反馈4IONC5VSS电源负6PWM2/DACDAC信号输出7VDD电源正8PWM1NC注:NC脚悬空不接.电路原

23、理图外接功放应用电路2.6.2倒车语音及报警操纵程序报警设备是用单片机操纵脉冲，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: MOV A,43h; cjne A,#00h,nn1 mm1: MOV A,42h; cjne A,#00h,qq1 ajmp mm2 qq1:cjne a,#05h,nn1 mm2: MOV A,41h; cjne A,#01h,qq2 lcall BJ1 qq2:cjne a,#02h,nn1 lcall bj1 nn1: setb et0 mov th0,00h mov tl0,00h SETB TR1 ;重新开启测距定时器

24、 SETB EA SJMP Start1BJ1: clr p1.6 ;40KHZ lcall DELAY20MS lcall DELAY20MS lcall DELAY20MS lcall DELAY20MS lcall DELAY20MS setb p1.6 RET 其他的硬件电路 复位开关电路第三章 主程序主程序第一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，置位总中断承诺位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，为了幸免超声渡从发射器直截了当传送到接收器引起的直射渡触发，需要延时约0. l ms(这也确实是超声波测距器会有一个最小

25、可测距离的缘故)后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采纳的是12MHz的晶振，计数器每计一个数确实是1s，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刻)按式(42)运算，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344ms不同温度下超声波产波速率不同那么有： D=(ct)2=172TO10 000 cm (42)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0.5 s，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运算出距离，主程序采纳c语言编写。以下图为主程序流程图。 主程序流程图3.1主程

26、序如下：* 主 程 序 *START: MOV SP,#4FHMOV R0,#40H ;40H-43H为显示数据存放单元40H为最高位MOV R7,#0BHCLEARDISP: MOV R0,#00HINC R0DJNZ R7,CLEARDISPMOV 20H,#00HMOV TMOD,#11H ;T1为 T0为16位定时器MOV TH0,#00H ;65毫秒初值MOV TL0,#00HMOV TH1,#00HMOV TL1,#00HMOV P0,#0FFHMOV P1,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV P3,#0FFHMOV R4,#04H ;超声波肪冲个数操纵为赋值的一半SETB

27、PX0SETB ET1SETB EASETB TR1 ;开启测距定时器start1: LCALL DISPLAYJNB 00H,START1 ;收到反射信号时标志位为1CLR EALCALL WORK ;运算距离子程序clr EAMOV R2,#32h;#64H ;测量间隔操纵约4*100=400MSLOOP: LCALL DISPLAYDJNZ R2,LOOPCLR 00Hsetb et0mov th0,00hmov tl0,00hSETB TR1 ;重新开启测距定时器SETB EASJMP Start132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P1 O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12s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，但要求程序运行时刻准确，因此采纳汇编语言编程。以下图所示流程图，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引脚显现低电平)，赶忙进入中断程序。进入该中断后就赶忙关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。 假如当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，那么定时器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 :AT8