汽车倒车防撞报 警器毕业设计

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1、乐山师范学院毕业设计（论文） 本本科科生生毕毕业业设设计计报报告告学 院 物理与电子工程学院 专 业 电子信息工程论文题目：汽车倒车防撞报警器设计汽车倒车防撞报警器设计 学生姓名 指导教师 班 级 学 号 完成日期：2014 年 12 月题目：汽车倒车防撞报警器题目：汽车倒车防撞报警器物理与电子工程学院 电子信息工程 学号摘 要本设计是以基于AT89S51单片机的超声波测距，可用作汽车泊车安全辅助装置，该装置可以数码管显示驾驶员距障碍物多远，并在距障碍物一定警戒距离时发出警报声。使驾驶员在泊车时能够更加安全，减少事故的发生。该设计硬件由单片机最小系统、超声波发射与接收电路、供电与报警电路、数码

2、显示电路组成。软件主要使用汇编语言进行。关键词 AT89C51 超声波 数码管 测距 传感器1 1设计任务与要求设计任务与要求1.11.1研究的背景研究的背景 汽车业与电子业的不断发展壮大，使得这俩者之间变得越来越紧密，俩者的 相结合，导致了电气一体化这一系统的产生。在交通严重的今天,电子控制系统技 术可以使汽车的安全性得到很大的提升。广泛的来看其中主要有自动安全气囊， 自动门锁，自动空调，自动导航，自动车窗，控制车灯，控制座椅，倒车防撞并 液晶显示实时路况，自动诊断汽车故障等。 在经济不断发展的今天，汽车这种交通工具会越来越普及，这就会导致城市 交通不断拥挤，最重要的一点就是在停车时有一些驾

3、驶员不够小心或对障碍物的 预判距离不足导致发生摩擦与碰撞。如果驾驶能够提前知道障碍物距离多远、在 哪里，就可以及时采取措施，这样就可以避免很多事故的发生。于是，许多安全 系统由此诞生，其可分为主动安全系统与被动安全系统。其中主要是主动安全系 统，而现阶段对主动安全系统的研究主要放在测距上面。本设计要求设计的汽车 倒车防撞系统能够有效的提醒驾驶员距障碍物多远，并可手动设置在距障碍物多 远是发动报警，可有效的提高倒车安全性。 1.21.2本设计的主要任务本设计的主要任务 （1）设计一套汽车倒车防撞报警系统，要求有一台主机，汽车与物体距离小 于设定值时，利用蜂鸣器进行报警。通过按键选择报警的距离并数

4、码显示选择的 档位。（2）采用51系列单片机中的简易型产品AT89C2051作为中央处理器，选用专 用配对的超声波组件，进行超声波信号与电信号的相互转换，利用超声波传感器 的选频特性，对接收到的超声波信号进行幅值判断，从而达到不同距离的选择与 报警的目的。 1.31.3应解决的关键问题应解决的关键问题 1、对整体电路的设计。 2、超声波测距的计算。 3、超声波测距的死区解决。 4、按键对报警值的设置。2 2 设计方案设计方案2 21 1方案比较方案比较 2.1.12.1.1 激光测距激光测距 激光测距主要采用脉冲法和相位法。脉冲法就是测距仪发出激光后被测量物 体反射后再次被测距仪接受，测距仪记

5、录激光往返时间，以光速的大小乘以时间 的一半来计算距离。相位法是采用无线电波的频率并对激光束进行幅度调制，以 此来测量调制光往返以此产生的相位延迟，用调制光的波长算此相位延迟代表的 距离。其优点是激光的测量距离很远、速度很快，测量精准。缺点是造价比较高 。 2.1.22.1.2红外线测距红外线测距 红外线测距的原理是利用红外线在碰到不同距离的障碍物时反射回来的强度 不同来进行测量。优点是造价便宜，缺点是不够精准，方向性不好。 2.1.32.1.3 超声波测距超声波测距 超声波测距的原理是利用超声波在发射后碰到障碍物后会反射回来，计录其 从发射到反射回来的时间，然后以时间的一半乘以超声波在空气中

6、传播的速度就 可得出与障碍物间的距离。超声波测距在中长距离的精度比红外线高，易于控制 方向，能量消耗慢。造价比红外线高但少于激光，安全比较高。综合以上方案可 以得出，方案三总体较优，故采用方案三。 2.22.2电路总体方案电路总体方案 图2.2是电路总体结构框图，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。超声波超声波测距模块AT89C51数码管显示蜂鸣器警报按键设置驱动5V直流稳压电源图2.2 电路基本框图 本设计对51单片机进行编程使用的是keil编程软件，51单片机在启动后由P0. 1口产生脉冲信号通过放大电路后传送到超声波发射

7、探头，产生超声波，在发射电路启动时，单片机同时启动中断程序，利用中断定时器的计数功能记录从发射到 接收超声波所用的时间。当接收到返回的超声波后，对单片机进行中断申请，执 行外部中断子程序，开始计算距离。 在选用器材时，最难选用的是超声波探头，HC-SR04超声波测距模块测距的精度最高可达3MM，而测试盲区仅为2CM，且内含超声 波发射与接收器。超声波的发射与接收是分开的，所以必须要求俩个探头为同一 水平线，为了减少由于测量距离和信号在空气中传播而引起的误差，要求俩探头 不能靠太进，综合各种资料，HC- SR04俩探头间距大约为6CM，最符合本设计，故采用了HC- SR04超声波测距模块。其它器

8、件分别是7*9万用板、STC89C51单片机、74hc573、4 0P IC座、20P IC座、4p母座、四位一体共阴数码管、9012三极管*5、2.2k电阻*5、220电阻*8 、10k电阻、5V有源蜂鸣器、103排阻、10uf电解电容、30pf瓷片电容*2、12MHZ晶 振、按键*3、自锁开关、DC电源插口、导线若干、焊锡若干、电池盒+DC电源插头。3 3 设计原理分析设计原理分析本设计汽车倒车防撞报警器主要利用HC- SR04超声波模块测量与被测物的距离，然后将其反馈给单片机，再通过数码管将 其显示出来，用单片机来控制是否发出警报声，可通过按键来设置报警的距离， 电源采用5 V稳压直流电

9、源。下图3.1为整体电路原理图：图3.1 电路总原理图3.13.1单片机概述单片机概述 3.1.13.1.1 单片机的特性单片机的特性 我们使用的AT89S51单片机是低电平、高性能CMOS 8位单片机，其带有4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能COMOS8 的微处理器，执行速度最高可达90MHz，功耗很低。该器件有40引脚，速度较快， 价格便宜，烧录方便，通过串口即可下载，还可以实现在线编程。单片机的引脚 如图3.2所示。图3.2 51单片机的引脚图3.1.23.1.2 单片机最小系统单片机最小系统单片机最小系统是在应用单片机其他拓展系统的基础，单片机最小系统即一个单 片机可以

10、工作的最小配置，对51单片机来说，只要有时钟和复位电路就可组成了 。单片机最小系统如下3.3图图3.3单片机最小系统原理图3.1.33.1.3 复位电路复位电路 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位 电路可在供电时提供复位信号，当电源稳定后撤销复位。电路图如图3.4所示：图3.4 复位电路 3.1.43.1.4 晶振电路晶振电路 晶振电路是单片机系统正常工作的保证，只有当单片机系统正常工作是振荡 器才会起振。当振荡器不起振，说明系统出现了故障。晶振电路如图3.5所示：图3.5 晶振电路 3.23.2 驱动显示电路及报警电路驱动显示电路及报警电路 显示电路采用LED

11、数码管显示，当超过已设定的距离时，蜂鸣器和LED可实现 报警功能并可通过按键实现有限距离的调整。3.2.13.2.1 LEDLED数码管显示电路数码管显示电路 LED数码管显示模块主要由一个4位一体的7段LED数码管组成。它是一个共阳 极的数码管，每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g和dp端相连在一起来接受单片机PI口 所产生的段码。S1，S2，S3，S4引脚用来接受单片机P2口产生的段码。本系统采 用动态扫描方式。当数码管接收到段码后由COM端控制那一位数码管被点亮。在轮 流点亮数码管的过程中，由于每个数码管被点亮的时间十分短暂，给人印象就是 一组稳定的数码显示。具体原理图如图3.6所示

12、：图3.6 显示电路 3.2.23.2.2 蜂鸣器和蜂鸣器和LEDLED报警报警 通过单片机给定不同频率来使蜂鸣器发出报警声。模块如下图3.7所示：图3.7蜂鸣器驱动电路3.33.3 HC-SR04HC-SR04超声波测距模块超声波测距模块 3.3.13.3.1 HC-SR04HC-SR04超声波测距模块的性能特点超声波测距模块的性能特点HC- SR04超声波测距模块测距的精度最高可达3MM，而测试盲区仅为2CM，且内含超声 波发射与接收器。反应速度快测量周期仅为10ms，俩个探头位于同一水平线，切 距离大约为6cm。模块上另有LED指示，方便观察和测试。 原理如下： （1）可自动发送840K

13、HZ的方波，检测信号是否有返回； （2）必须给至少10us的高电平信号； （3）当有信号返回时，IO口输出一个高电平，此时超声波发射到返回的时间 即是高电平持续的时间。（4）当TRIG从0变为1是，主控制板启动。 （5）当超过10ms扔没有出现150us的0信号时，表示前方无障碍。3.3.23.3.2 HC-SR04HC-SR04的管脚排列和电气参数的管脚排列和电气参数 HC-SR04的外形及管脚排列如图3.8所示。 （1）VCC为5V电源； （2）GND为地线； （3）TRIG触发控制信号输入； （4）ECH0回响信号输出。图3.8外形及管脚排列图 HC-SR04的电气参数如表3.9所示：表

14、3.9电气参数表电气参数HC-SR04超声波模块工作电流15mA 工作电压直流电压5V工作频率40Hz最近射程2cm 最远射程4m 测量角度15度输入触发信号10us的TTL脉冲输出回响信号输出与射程成比例的TTL电平信号规格尺寸45*20*15mm3.3.33.3.3 HC-RS04HC-RS04超声波测距原理超声波测距原理 超声波测距的原理是利用超声波在发射后碰到障碍物后会反射回来，计录其 从发射到反射回来的时间，然后以时间的一半乘以超声波在空气中传播的速度就 可得出与障碍物间的距离。其模块图如图3.10所示图3.10 超声波模块3.3.43.3.4超声波时序图超声波时序图图3.11超声波

15、时序图 由上时序图可看车，只要提供10us的一个脉冲触发信号，就会循环发出8个40 KHz的脉冲。当检测到右回波信号后则会输出回响信号。回响电平输出与检测距离 成正比。这样就可由信号的发射与回响时间间隔计算出距离。距离=高电平时间* 声速（340M/S）/2。3.43.4 按键设置电路按键设置电路 通过按键来实现报警距离的更改，一个按键用来实现报警距离的增大，一个 按键用来实现报警距离的减小，一个按键用来进入设置报警距离程序和确定更改 的报警距离。按键电路如图3.12所示：S1SW-PBS2SW-PBS3SW-PB GND 图3.12 按键电路图 4 4 设计的过程设计的过程系统程序主要包括主程序、按键子程序、数码显示程序、报警子程序等。其 整体框图如下图4所示：超声波图4 电路整体框图4.14.1主程序主程序 主程序的主要功能是负责距离的显示、读出并处理HC- RS04的测量距离值，按键控制有效距离限制，当测量的值超过预设值时，蜂鸣器 发声报警。如图4.1所示：供电后单片机开始初始化，然后调用显示子程序，检测障碍物是否存在，如果存 在则读出距离值，此次运行结束，如果不存在则返回重新运行。超声波测距模块AT89C51数码管显示蜂鸣器警报按键设置驱动5V直流稳压电源图4.1主流程图 4.24.2显示数据子程序显示数据子程序 显示数据子程序的主要功能就是把超声波模块测量后的