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1、基于51的超声波测距汽车防撞系统【摘要】 基于51的超声波测距汽车防撞系统，介绍了超声波测距的基本原理和系统框图，给出了超声波发射和接收电路，通过盲区的消除，提高了测距的精确度。利用超声波传输中距离与时间的关系，采用51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波液位检测系统。系统主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、按键电路及显示电路构成。利用所设计出的超声波测距汽车防撞系统，对行驶中的车距进行了测试，采集当时两车距离过近系统会发出声光警报提示司机作出相应反应动作。此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点，可实时车距检测。 【关键词】 超声波、MCU
2、、LED、测距、传感器35浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 英文摘要51 carcollision avoidance system based on 【Abstract】 Ultrasonic rangingcaranti-collisionsystem based on51,introduces theprinciple and system frameof ultrasonic distance measurement,theultrasonic transmitter and receiver circuit,theblind area elimination,to improve
3、 the measurementaccuracy.Therelation between ultrasonic transmission distance and time,using 51 single-chip microcomputercontrol anddata processing,designtheultrasonic liquid leveldetection systemfor accurate measurement ofdistancebetween two points.The systemis mainly composed ofthe ultrasonic tran
4、smittercircuit,ultrasonic receivercircuit,single-chip microcomputer control circuit,keyboard circuitanddisplay circuit.The use of ultrasonic rangingautomotive anti-collision systemare designed,the runningdistance between vehicleswere tested,twocarcollectionwastoo close tothe system willsend out soun
5、d and lightalarmto warn the driverresponseaction.This systemhas the advantages of easycontrol,reliable operation,high measuring precision,real-timevehicle distance detecting.【Key Words】 Ultrasonic,MCU,LED,location,sensorXXXXXXXX毕业设计（论文） 目 录1 绪 论51.1研究的背景51.2研究的主要内容61.3应解决的关键问题62 电路方案论证72.1方案比较72.1.1
6、 激光测距72.1.2 超声波测距72.2电路总体方案73单片机概述93.1 STC89C51主要性能93.2 STC89C51外部结构及特性93.3 STC89C51内部组成114 超声波测距模块124.1 超声波传感器介绍124.2 HC-SR04超声波测距模块的性能特点134.3 HC-SR04的管脚排列和电气参数144.3.1 管脚简介144.3.2 HC-SR04的电气参数144.4超声波时序图155系统硬件电路设计165.1单片机最小系统165.1.1 STC89C51芯片165.1.2 复位电路165.1.3 晶振电路175.2 驱动显示电路及报警电路185.2.1 LED数码管
7、显示电路185.2.2 蜂鸣器和LED报警185.3 HC-RS04超声波测距原理195.4 按键设置电路206系统程序的设计226.1主程序226.2显示数据子程序226.3报警子程序236.4按键子程序23结 论25参考文献26附 录（A）27附 录（B）28致 谢351 绪 论1.1研究的背景汽车业与电子业是世界工业的两大金字塔，随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越来广泛，汽车电子化的程度越来越高。汽车电子技术是汽车技术与电子技术想结合的产物。汽车上的电器与电子控制系统在汽车技术进入机电一体化阶段的今天，地位极为重要，正在汽车技术领域发展成为一门独立的分支
8、学科，其性能的优劣直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排放干净、及舒适性等。电子控制技术在汽车上，首先应用于发动机燃油消耗控制与排放进化与排放控制，接着被应用于底盘部分的控制，以提高行驶的稳定性、安全性、与舒适性等。随着交通运输向高密度发展，电子控制技术又进一步应用于汽车的乘坐安全性和导航等方面。电子技术在汽车安全控制系统的应用主要是为了增强汽车的安全、舒适和方便。应用的电子技术主要有：电子控制安全气囊，智能记录仪，雷达式距离报警器，中央控制门锁，自动空调，自动车窗、车门、座椅、刮水器，车灯控制，电源控制以及充电器等。近年来汽车的自动调速系统，主动式汽车防撞系统，汽车监测和自诊断系
9、统以及汽车导航系统也得到了广泛的应用。在过去2030年中，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面，例如，在汽车的前部或后部安装保险杠、在汽车外壳四周安装某种弹性材料、在车内相关部位安装各种形式的安全带及安全气囊等等，以减轻汽车碰撞带来的危害。安装防撞保险杠固然能在某种程度上减轻碰撞给本车造成损坏，却无法消除对被撞物体的伤害；此外，车上安装的安全气囊系统，在发生车祸时不一定能有效地保护车内乘务员的安全。所有这些被动安全措施都不能从根本上解决汽车在行驶中发生碰撞造成的问题。如果从预防撞车事故的发生的角度着眼，在提高汽车主动安全性方面下功夫，则可在汽车安全性领域有较大的突破。汽车发生碰撞的主要原因
10、是由于汽车距其前方物体（如汽车、行人或其他障碍物）的距离与汽车本身的车速不相称造成的，即距离近而相对速度又太高。为了防止汽车与前方物体发生碰撞，汽车的车速就要根据与前方物体的距离变化由执行机构进行控制，使汽车始终在安全车速下行驶。这样就会大大提高汽车行驶的安全性，减少车祸的发生。发展汽车防撞技术，对提高汽车智能化水平有重要意义。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30%，路面相关事故的50%，迎面撞车事故的 60%; 1秒钟的预警时间可防止90%的追尾碰撞和60%的迎头碰撞。汽车要避撞就必须凭借一定的装备测量前方障碍物的距离，并迅速反馈给汽车，以在危急的
11、情况下，通过报警或自动进行某项预设定操作如紧急制动等，来避免由于驾驶员疲劳、疏忽、错误判断所造成的交通事故。目前，大家都将防撞技术的关键点着眼于车辆测距技术。1.2研究的主要内容课题基于51的超声波测距汽车防撞系统由51单片机最小系统、超声波测距模块、驱动显示电路、报警电路和按键电路等组成。利用超声波测距模块HC-SR04测量距离，并对数据进行分析处理，传给51单片机，再通过LED数码管显示出来，可以通过按键调整报警距离，同时电源部分采用5V稳压直流电源。1.3应解决的关键问题1、对主要硬件电路设计、制作实物时拟解决的关键问题是：声音的发射和接受时间的计算。2、超声波测距采用软件编程实现。3、
12、超声波测距的死区解决。4、按键对报警值的设置。2 电路方案论证2.1方案比较2.1.1 激光测距激光测距一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。相位法测距的过程：用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离，即用间接方法测定出光经过往返测线所需的时间。2.1.2 超声波测距汽车防撞系统的基本超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测
13、量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射电到障碍物的实际距离，可见这与雷达测距原理相似。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。2.2电路总体方案图2.1是电路总体框图，包括51单片机最小系统，HC-SR04超声波测距模块，LED数码管显示电路，蜂鸣器报警电路和按键电路。数码管显示蜂鸣器报警按键设置驱动超声波测距模块STC89C515V直流稳压电源图2.1 电路基本框图
14、XXXXXXXXXXXXXXXX毕业设计（论文） 3单片机概述3.1 STC89C51主要性能STC89C51 是STC公司推出的一款超强抗干扰，加密性强，在线可编程，高速，低功耗CMOS 8位单片机。片内含 4k bytes 的可反复擦写Flash只读程序存储器和256 bytes 的随机数据存储器（RAM），器件采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS51指令系统及8052产品引脚兼容， 片内置通用8位中央处理器 （CPU）和Flash存储单元， 功能强大的STC89C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。3.2 STC89C51外部结构及特性 其外形封装有两种方式：双列直插式40脚封装（DIP）和方形44脚封装 （PLCC），直插式40 脚封装（DIP）和外部总线结构如图2和图3所示： 图3.1 STC89C51引脚排列图3.2 外部总线STC89C51的 4 个 8 位I/O口的功能说明如下：（1）P0口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash 编程时，P0口也用来接
