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1、河南理工大学毕业设计（论文）说明书目录1绪论11.1选题意义11.2国内外现状研究11.3设计目标及主要内容31.3.1设计目标31.3.2主要内容32系统总体方案设计42.1系统简介42.2主要电路器件选型42.2.1单片机选型42.2.2加速度传感器选型52.2.3测速传感器选型62.2.4显示屏选型82.2.5报警芯片选型82.2.6电机驱动选型83系统硬件电路设计103.1中央处理电路设计103.1.1单片机最小系统设计103.1.2按键电路设计113.2传感器电路设计123.2.1加速度传感器电路设计123.2.2超声波模块电路设计133.2.3霍尔传感器的电路设计143.3电机驱动
2、电路设计153.4显示模块电路设计173.5报警电路设计183.5.1倒车提醒电路183.5.2防盗报警电路183.6电源电路设计194系统软件设计204.1系统主程序流程图214.1.1主机程序流程图214.1.2从机程序流程图224.2各子程序单元流程图及设计224.2.1电机控制和测速单元软件设计224.2.2倒车提醒单元软件设计234.2.3加速度检测单元软件设计244.2.4双机串行通信软件设计255实验结果分析275.1硬件调试275.2软件调试29结论30致谢32参考文献33附一：系统原理图34附二：源程序代码35II1绪论1.1选题意义随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺，汽
3、车已经成为一种重要的代步工具。尤其是近几年来，我国开始进入私家车时代，汽车的数量更是逐年增加。与此同时车祸、倒车碰撞和车辆被盗等事故也时常发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，因此汽车的测速、倒车防撞和防盗报警问题越来越受到人们的重视。测速电路可以检测汽车的实时速度，帮助用户了解车辆行驶速度，有效防止事故发生；超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于本系统中可以测量车辆与障碍物的距离，当距离小于设定的安全范围时，蜂鸣器报警提醒用户有障碍物，可以有效防止倒车碰撞；防盗电路可以检测车辆是否安全，车俩被盗时发出报警信息有效避免用户的经济损失。综上所述，可以看出本系统可以有效的避免车祸、倒车
4、碰撞和车辆被盗等事故，有很大的实用价值。 1.2国内外现状研究目前用于辅助司机倒车的装置主要有：语音告警装置、后视系统以及倒车雷达等。语音告警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在倒车的汽车。这种装置价格便宜，使用方便，其缺点是只能对车后的行人起告警作用，对于其他障碍物则不起作用，所以其应用范围有限。后视系统是由视频捕捉装置和视频播放装置组成，通过后视系统司机可以直观地看到车后的障碍物，消除视觉盲区。由于这类装置的价位较高，目前还没有普遍推广使用。目前，很多科研机构已对汽车雷达技术进行深入开发，国内外也已有相应的产品。经过总结分析，按照工作方式分主要有激光、超声波、红外、毫米波等一些测
5、量方法，它们的工作原理虽然不完全一样，但最终作用都是通过不同的探测方法判断车后方障碍物与本车的相对距离，并根据程序中定义好的危险等级做出相应的预防措施。下面简要分析一下几种方式的特点：激光方式：激光具有高定向性，能以定向的光束无发散地直线向前传播；单色性好，它可以达到的亮度比太阳光还高几百亿倍；相干性好，激光的频率、振动方向、相位高度一致。因此激光波束近似直线性，很少扩散，波束能量集中，传输距离较远。但它在对气候的适应能力方面具有局限性，因为激光测距方式受恶劣天气、汽车激烈震动、发射镜表面磨损、污染等因素影响，则探测距离减少二分之一至三分之一,降低了实用精度，所以在汽车倒车雷达领域激光测距方式
6、没有得到很好发展。红外线方式：红外线可以人为制造,自然界中也广泛存在,一般的生物都会辐射出红外线,体现出来的宏观效应就是热度。 红外线透视和夜视是分别利用了红外线的不同性质。红外线测距系统成本低廉，但是容易受到天气和路边等物体干扰的影响，在恶劣的天气与环境下探测距离仍然不能满足要求。毫米波方式：毫米波是微波的一个波段，频率在30300G,相应波长为110mm。毫米波电子系统具有如下特性: 小天线孔径具有较高的天线增益; 高跟踪精度和制导精度; 不易受电子干扰; 低角跟踪时多径效应和地杂波干扰小; 多目标鉴别性能好; 雷达分辨率高; 大气衰减“谐振点”可作保密传输。但其价格昂贵，结构复杂。超声波
7、方式：超声波是频率大于20 kHz 的声波, 具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点,用于测距计算方法简单, 常用于非接触式距离测量, 其传感器种类较多,由于超声波指向性强，在传输过程中能量损耗缓慢，反射能力强，经常被用于距离的测量。由于超声波测距的探测距离较短，主要用于倒车雷达等近距离测距。目前汽车测速原理可以分为机械式和电子式两类。机械式不够准确，电子式相对准确。电子式的就必须用到单片机与一个电磁感应器用来计算行进中车轮所转动的圈数，输入车轮的外径，计算单位时间内车轮所转圈数即得。现在汽车测速大多采用这种方式。目前的汽车报警系统领域多用到开关振动、超声波、红外探测等类型的传感
8、器，其在应用过程中暴露出诸多的缺点：首先，传感器价格昂贵，体积庞大，难以集成。比如超声波传感器，体积大，市场价在8元左右，操作复杂，易受干扰；其次，误报现象比较严重，汽车防盗报警器扰民现象越来越普遍，成为城市管理中的一道新难题。据一些城市统计，这类投诉往往占环境噪声总投诉量的10%20%，所占比例不算很高，但影响人群不少。本系统采用美新公司的加速度传感器，主要用来检测物体状态。传感器采集到的信号经算法处理后，判断物体是处于移动还是振动状态，进行分级报警，从而克服了传统报警系统的漏报误报现象，大大提高报警效率，提高人们的生活质量。1.3设计目标及主要内容1.3.1设计目标（1）电机转速的实时测量
9、；（2）能实现电机的正反转；（3）能实现电机的加减速；（4）当离障碍物的距离小于设定值时蜂鸣器鸣叫提醒用户；（5）数码管能实时显示电机速度；（6）当电机停止时，检测加速度信息，当加速度值大于设定值时发出报警音。1.3.2主要内容本系统可以测量电机的实时转速，帮助用户了解车辆行驶速度，有效防止事故发生；当汽车与障碍物的距离小于设定值时可以提醒用户，避免汽车碰撞障碍物，减少用户的经济损失；当有人盗窃汽车时，加速度传感器检测到的加速度信息大于设定值，单片机控制语音报警模块发出报警声，有效避免车内贵重物品和汽车丢失。2系统总体方案设计2.1系统简介系统框图如下图：测速传感器检测电机的实时速度，通过显示
10、屏显示出来。当电机停止时，主机通过加速度传感器检测加速度信息，并将加速度信息传给从机，当加速度大于设定值时，从机控制报警模块发出报警音，防止车辆被盗。超声波模块用于测量车辆与障碍物的距离，当测量距离小于设定值时，从机控制报警模块的蜂鸣器鸣叫，提醒用户注意障碍物，防止倒车碰撞。图2-1系统框图2.2主要电路器件选型2.2.1单片机选型STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节F
11、lash，512字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM、MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。本系统需要用到四个定时器/计数器，STC89C52只有三个定时器/计数器，如果换用有四个及以上定时器/计数器的单片机（例如
12、Atmega64），价格相对较高。而该款单片机价格便宜，降低了系统的成本，并且可以采用双机串行通信的方式满足系统设计要求，所以选择该款单片机。图2-2 STC89C52引脚图2.2.2加速度传感器选型美新的MEMS加速度传感器采用了其独特的气体热感的原理，具有以下独特的性能特点：（1）可靠性高，抗冲击能力强(50000g)；（2）低的共振频率和频响(100Hz)；（3）零点偏差小；（4）抗干扰能力强(相比于同类产品)；（5）产品的一致性、重复性好；（6）外形精巧：5mm5mm1.55mm；（7）工作温度范围：0to+70（G/H） -40to+85（M/N）。利用美新的MEMS加速度传感器的以
13、上优势，可以使产品更加精确。美新加速度传感器MXC6202加速度传感器测量物体加速度的两个分量Ax, Ay，该测量数据完全可以满足汽车报警所需的加速度信息。若采用三轴加速度传感器成本加高，而且硬件电路和软件设计都会变复杂。综上可得，本系统采用美新加速度传感器MXC6202。图2-3 MXC62022.2.3测速传感器选型方案一：光电式脉冲发生器。主要由光源、光敏器件和遮光盘组成。车轮旋转带动遮光盘旋转，当遮光盘没有遮住光源时，光源的光射到光敏器件上，光敏器件中有电流流过，于是在输出端产生电压输出。其脉冲频率与车速成正比，经过单片机处理后，即可得出车辆的速度。这种光脉冲发生装置，在转换速度较高的
14、情况下，由于车辆运行中的振动引起的光脉冲干扰等问题不好解决，现在采用的不多。方案二：磁电式脉冲发生器。将导磁材料的齿轮固定在转轴上，对着齿轮端面固定一块磁钢，霍尔元件贴在磁钢的一个端面上，随着齿轮转动，元件的输出呈周期性变化，经整形和放大后输出方波脉冲。霍尔传感器输出频率与转速成正比，此信号经单片机处理后，即可得出车辆的速度。本设计测量要求稳定性好，灵敏度高和精度高，而且对汽车速度的测量要求传感器能够适应各种各样的环境。所以这里选择方案二。其原因还有三点：其一是霍尔传感器输出信号电压幅值不受转速的影响；其二是频率响应高，其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；
15、其三是抗电磁波干扰能力强。根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法(测频法)、T法(测周期法)和M/T法(频率周期法)。测频法一般用于高速测量，在转速较低时，测量误差较大；而测周期法一般用于低速测量，速度越低测量精度越高，但在测量高转速时，误差较大；频率周期法结合了上面两种方法的优点，但是此种方法要求单片机有3个定时/计数器。考虑上面三种因素，该系统选择测频法。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。考虑到用于汽车速度测量这种特殊环境下，在本设计中选择了CS3020霍尔传感器，该系列霍尔开关电路传感器广泛用于汽车工业和军事工程中。如图2-4所示是CS3020的外形图。将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。图2-4 CS3020的外形图 CS3020是由电压调整器，霍尔电压发生器，差分放大器，史密特触发器和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路，它是一种单磁极工作的磁敏电路，适合于矩形或者柱形磁体下工作。当磁钢随车轮轴旋转时
