基于单片机的倒车防撞报警系统的设计 - 图文

南京工程学院 本科毕业论文（设计）

题目：基于单片机的倒车防撞系统的设计

学院：自动化学院 班级：T101 年级专业：数控技术 学生姓名：蔡金利 学号：018810400017 指导老师：宋丽蓉

起止日期：2014.3.4至2014.4.31

目录

1 绪论 ............................................................................................................................... 3 2 系统组成及工作原理 ................................................................................................... 4

2.1 2.2 2.3

超声波测距原理 ................................................................................................. 5 测速原理 ............................................................................................................. 6 报警器工作原理 ................................................................................................. 6

3 系统硬件电路的设计 ................................................................................................... 7

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

系统总体电路构成 ............................................................................................. 7 AT89C2051单片机的性能及特点 .................................................................... 9 超声波传感器 ................................................................................................... 10 超声波谐振频率发生与调理电路设计 ............................................................11 超声波回波接收与处理电路设计 ....................................................................11 显示电路和报警电路设计 ................................................................................11

4 系统软件的设计 ......................................................................................................... 13

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

主程序设计 ....................................................................................................... 13 T0 中断服务程序设计 .................................................................................... 15 外部中断0程序设计 ....................................................................................... 16 超声波测距子程序设计 ................................................................................... 16 显示程序设计 ................................................................................................... 18 报警程序设计 ................................................................................................... 18

5 结论与展望 ................................................................................................................. 20

5.1 5.2

结论 ................................................................................................................... 20 展望 ................................................................................................................... 21

参考文献 ............................................................................................................................ 22 致谢 .................................................................................................................................... 23

1 绪论

随着国民经济的高速发展，我国汽车的拥有量在大幅增加，造成道路拥堵，交通事故频发，给人们的生命和财产安全带来了巨大的损失。安全驾驶成为大家关注的焦点，其中汽车防撞系统(Collision Avoidance Sys-tem CAS)的设计和需求显得非常重要和迫切。针对这种情况，设计一种响应快、可靠性高且较为经济的汽车防撞报警系统势在必行。

所谓的汽车倒车防撞预警系统即是俗称的倒车雷达，是汽车泊车辅助装置。在汽车倒车时，倒车雷达采用超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物的距离，当汽车尾部离障碍物的距离达到探测范围时，倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。当汽车尾部离障碍物的距离达到设定的安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车，为驾驶员的倒车安全提供保证和方便。

因此有市场需求的产品，必然会带动产品的开发设计，现在市场上的的倒车雷达种类较多。几乎道路上的所有的中高档小轿车都配置有各种倒车雷达。需求的提高必然会迫使产品的技术不断更新。

本文主要设计是一种新型的基于单片机控制的倒车雷达系统，该系统采用通用型单片机作为控制电路，方便系统功能扩展。系统电路主要采用集成器件构成，外围元件少，电路简洁、调试方便、成本低，利于商品化生产。

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2 系统组成及工作原理

本文设计的倒车防撞预警系统是由四路收发一体封闭(防水) 型超声波传感器及其超声波发射与回波接收电路、超声波电信号放大电路、单片机控制电路、LED 数码管显示电路和蜂鸣器声音报警电路组成。系统组成框图如图2-1所示。

双 收发一体超声波传感器 超声波发射与回波接受电路 四 选 一 开 关 回波信号 激励脉冲 通道选择 单片机控制电路 超声波放大与整形电路 中断申请信号 声音报警电路 LED数码管显示电路 图2-1 倒车雷达系统组成框图

当汽车倒车时由倒车换挡装置自动接通系统电源，系统上电复位，进入工作状态。单片机编程产生一串40 kHz的矩形脉冲电压，经四选一模拟开关加到超声波发射与回波接收电路，经放大驱动超声波传感器发射出超声波，同时单片机开始计时。发射出的超声波碰到障碍物后形成反射波，部分反射波返回作用于超声波传感器，经超声波传感器的声/电转换，变成微弱的电信号，该微弱的电信号经放大、整形产生负跳变电压，向单片机发出中断申请。单片机收到中断申请的信号后，立即响应中断，执行外部中断服务程序，停止计时，得到超声波发送和返回的时间T，计算出发射点离障碍物的距离S ，即： S = ( C ·T) / 2 。C 是超声波在空气中的传播速度，在常温25 ℃时，C 约为346 m/s。若发射出的超声波在测距范围内未遇到障碍物，直到单片机定时中断产生，执行定时中断服务程序，选择下一路，依次按后左路、后左中路、后右中路、后右路的顺序继续发射和接收超声波，并经过计算处理。四路探测处理完毕，选择四路中测出的最小距离值通过LED数码管显示出来。当最小距离值小于预先设定的报警距离时，单片机接通蜂鸣器的电源，蜂鸣器发出报警声。若四路探测无回波中断申请，则显示“ —. — —”，表明在安全距离内没有障碍物，再继续下一轮循环探测处理[1]。

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2.1 超声波测距原理

超声波测距原理有两种方式：共振式和脉冲反射式。因为共振式的应用要求复杂，因此使用脉冲反射式，而本系统选用的是压电式超声波传感器。其超声波测距原理如图2-2所示。

图2-2 超声波测距原理图

图2-2中被测距离为H，两探头中心距离的一半用M表示，超声波单程所走过的距离用L表示，由图中关系可得：

H=Lcosθ (2-1) θ=arctan(M/H) (2-2)

将式(2-2)代入式(2-1)可得：

H=Lcos[arctan(M/H)] (2-3)

在整个传播过程中，超声波所走过的距离为：

2L=vt (2-4)

式中：v为超声波的传播速度；t为传播时间，即为超声波从发射到接收的时间。将式(2-4)代入式(2-3)可得：

H=12vtcos[arctan(M/H)] (2-5)

当被测距离H远远大于M时，cos[arc tan(M/H)]=1，于是式(2-5)变为：

H=12vt (2-6)

由此可见，要想测得距离H，只要测得超声波的传播时间即可[2,3]。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/i20t.html