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1、汽车倒车防碰撞电路设计摘要本论文介绍的是利用超声波测距法设计的一种倒车防撞报警系统。本设计是基于STC89C52单片机最 小系统作为控制核心，由超声波模块，电机驱动模块，电源模块和报警显示模块等几个模块所组成的汽车倒车防碰 撞电路系统。主要利用超声波的特性，将超声波测距系统和STC89C52单片机结合于一体，设计出一种基于STC89C52 单片机的汽车倒车防碰撞报警系统。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和易操作的特点。关键字单片机超声波STC89C52引言随着国民经济和科学技术的快速发展，我国汽车的拥有量在大幅增加，其数量已经跻身到世界 各国的前列，与此同时也造成道路拥堵，交通事故频发
2、，给人们的生命和财产安全带来了巨大的损 失。安全驾驶已然成为大家关注的焦点，其中汽车防碰撞系统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，稳定性强且较为经济的汽车防碰撞报警系统势在必行。所谓的汽车倒车防碰撞报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 的报警范围时，倒车雷达通过一些人性化的提示来给驾驶员发出预警，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。汽车倒车雷达预警系统的运用可极大地减轻驾驶 者的体力、脑力劳动强度，降低倒车难度
3、，避免驾驶员因方向感不强、判断和操作失误而引起的事 故，同时它将对提高汽车智能化水平和最终实现汽车无人驾驶产生积极的意义。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。本设计是一种基于单片机控制的倒车防碰撞系统，该系统采用通用型单片机作为核心控制器， 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。在此设计过程中将研究的主要方向集中到超声波测距的应用和如何使用单片机来 控制整个系统。超声波在现在的科学技术中的
4、应用也是很广泛的。超声波作为一种特殊的声波，同 样具有声波传输的基本物理特性，反射，折射，干涉，衍射，散射。与物理紧密联系，应用灵活。 并且更适合与高温，高粉尘，高湿度和高强电磁干扰等恶劣环境下工作。超声波可用于非接触测量， 具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点。超声波测距是利用计算超声波在被测物体 和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害，而且超声波传播速度在相当大范围内 与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。因此，本次设计所要研究的几个方面是很有意义的。既能把以前所学习的电子电路技术回顾， 又能使用单片机的控制理论来讲这些模块综合到一起，使它们能够完
5、成特定的功能，最有趣的是学 习了超声波测距这种传感技术。我觉得能够运用目前所学到的知识来解决一些问题就是这次课程设 计意义的所在。1系统总体设计1.1设计要求及主要功能设计要求是设计一种能自动探测汽车与物体距离，在距离小于设定值能够报警的防撞电路。电 路主要以超声波传感器、信号接收处理电路、单片机控制电路、报警电路等组成。主要功能是所设计的智能避障小车，它是以STC89C52作为主控制器，用超声波模块来测量小车 与障碍物之间的距离，并将信号发给主控制器。用L298N芯片驱动直流电机，执行主控制器命令， 控制小车的前进，并用LED灯和蜂鸣器报告检测出前方有障碍物。在小车的行进过程中按照超声波 测
6、距模块的测量范围在四位数码管上相应的显示出小车与障碍物之间的距离。并且当其测量距离小 于预设报警值时，蜂鸣器会发出警报，小车停止前进。1.2系统功能模块定义根据设计要求，我按照由主及次的原则大致勾勒出该设计的结构图，需要如下所示的几个模块：本次设计的防碰撞小车，设计思路如下：采用与MCS系列完全兼容的STC89C52芯片，它是一种低功耗、高性能、COMS微处理器。 片内具有8 k字节的在线可重复编程快擦快写Flash存储器，256X8位内RAM, STC89C52可构成 真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。驱动采用L298N这款芯片，主要的特点是功率强大，可以
7、加载高达46V的电压，并且提供两组 IN 口便于对两个轮子进行PMW速度调制控制。超声波模块采用计时器中断计时的方法，算法简单有效，并且程序中采取超时控制防止出现无 限大的数据，在允许的测量范围内以增加测量的精确度。电源模块采用六节干电池(9V)串联做电源，利用LM2940芯片转换成5V稳定电压为小车的各 个模块供电。功率上达到设计要求，并且是很好的稳定的直流电源，避免了电网电源转化时出现的 电流不稳定现象，一定程度上降低了电路的复杂程度。LED与蜂鸣器的设计发挥了安全的报警作用，有较强的实用性，为系统人性化设计增添了色彩。 具体实施办法如下：(1) 在小车前进过程中STC89C52芯片向超声
8、波传感器模块Trig 口发送长度大于10us的脉冲信 号，使超声波发射电路工作向前方发送超声波进行测量，此时STC89C52芯片中定时计数器开始计 时；当超声波遇到障碍物反射被，超声波接收电路收到反射波时，将测得的高电平信号通过Echo 口 传给主控制器，只有出现低电平时，计数器开始中断计时STC89C52根据时间差值检测法公式：S =T *1.7/10 (cm)计算出距离。(2) 主控芯片STC89C52根据设定的报警距离判断前方是否出现了障碍物，如果判断是，则驱动 蜂鸣器报警，小车停止前进。(3) 利用主控芯片分别对两个直流电机发送连续的具有一定占空比的矩形脉冲进行PWM小车 速度调制，在
9、没有障碍物的情况下，车轮直流电机收到一定的脉冲宽度则小车走的是匀速直线运动; 当STC89C52芯片判断出有障碍物时，则小车得到脉冲宽度为零的PWM,从而达到避障的目的。2系统硬件单元设计2.1主控单元电路设计2.1.1主控芯片介绍本次的设计采用的是STC89C52单片机，它是40个引脚的双列直插式封装形式，各个引脚功能 说明如图2.1所示。-5VRET9T 10R llENA 12：ENEHm.昭i4aTTTRi罄卫 谓X2 凶图2GNjD2.PLO PLLPL2PL3PL4P15PL6PL7 RESETP30 P3!P12P33P34P35P36P37空EALEEN咨噺咋如叩 CPP 卩卩
10、 ppp n-E E p p p p P V A ra STC89C52RC1 STC89C52tTTt7T22 至 IsP22P2L26TT24IT图-VCC：电源，接+5VGND：接地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 口也用来接收指令字 节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/
11、O 口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻 辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使 用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻 辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使 用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑 电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，
12、此时可以作为输入口使用。作为输入使用 时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口亦作为STC89C52特殊功能 （第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。RST:复位输入。晶振工作时，RST脚将持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计 时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以 使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉 冲。在flash编程时，此引脚（PROG
13、）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一 的固定频率输出脉冲，可以用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数 据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操 作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉 高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下 无效。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。定时/计数器：（1）MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时
14、/计数器：定时/计数器T0和定时/计数器 T1，52子系列有三个，还有一个定时/计数器T2。（2）每个定时/计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以对外部信号计数实现计数功能，通 过编程设定来实现。(3)每个定时/计数器都有多种工作方式，其中TO有四种工作方式；T1有三种工作方式，T2有 三种工作方式。通过编程设置其方式寄存器TMOD可设定定时器工作于某种方式，方式寄存器 TMOD格式见表2.1所示。表2.1定时/计数器的方式寄存器TMODGATEc/ TM1M2GATEc/ TM1M2门控开/关计数/定时方式选择门控开/关计数/定时方式选择 T1T0 GATE：门控信号。GATE=0, T
15、Rx=1时即可启动定时器/计数器工作，是一种自启动的方式； GATE=1,TRx=1,INTx =1时才可启动定时器/计数器工作。即是INTX引脚加高电平启动，是一种外 启动方式。_c/ T :定时或计数方式选择位，当c/ T=1时工作于计数方式；当c/ T =o时工作于定时方式。M1、M0：为工作方式选择位，定时器/计数器的四种工作方式由M1M0设定。(4) 每一个定时/计数器定时计数时间到时产生溢出，使控制寄存器TCON中相应的溢出位置位， 溢出可通过查询或中断方式处理：TF1：定时/计数器T1的溢出标志位，当定时7计数器T1计满时，由硬件使它置位，如中断允许 则触发T1中断。进入中断处理后由内部硬件电路自动清除。TR1：定时/计数器T1的启动位，可由软件置位或清零，当TR1=1时启动；TR1=0时停止。TFO：定时/计数器T0的溢出标志位，当定时7计数器T0计满时，由硬件使它置位，如中断允许 则触发T0中断。进入中断处理后由内部硬件电路自动清除。TR0：定时/计数器T0的启动位，可由软件置位或清零，当TR0=1时启动；TR0=0时停止。中断： STC89C52有6个中断源：两个外部中断(INT0和INT1)，三个定时中断(定时器0、1、2) 和一个串行中断。每个中断
