《基于单片机的汽车倒车雷达系统学士本科论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的汽车倒车雷达系统学士本科论文.doc（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于单片机的汽车倒车雷达系统摘 要随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，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倒车防撞预警系统势在必行。本设计是利用最常见的超声波测距法来设计的一种基于单片机的汽车倒车雷达系统。本设计的主要是基于AT89C51单片机利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体，设计出一种基于AT89C51单片机的汽车倒车雷达系统。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。本设计论文概述了超声波检测的发展及基本原理，阐述了超
2、声波传感器的原理及特性。在超声波测距系统功能和AT89C51单片运用的基础上，提出了系统的总体构成，对系统各个设计单元的原理进行了介绍，并且对组成各单元硬件电路的主要器件做了详细说明和选择。本设计论文还介绍了系统的软件结构，并通过编程来实现系统功能和要求。关键词：汽车倒车雷达、AT89C51、超声波、测量距离、LED数码管目录第一章 绪论11.1课题设计的目的及意义11.2.2超声波测距原理框图21.2.3 超声波测距2第二章 超声波的发展及测距原理32.1超声波的发展与运用32.2超声波测距原理32.3 超声波测距在汽车上的运用52.4 超声波传感器的介绍62.4.1 超声波传感器介绍62.
3、4.2 超声波传感器的特性7第三章 系统硬件设计93.1 系统设计的要求93.2 系统整体设计方案103.3 单片机系统介绍103.3.1 AT89C51单片机介绍103.3.3单片机的时钟电路163.3.4 单片机的电源电路173.4 超声波发射电路253.5 超声波接收电路263.5.1 CX20106A集成电路介绍263.5.2超声波接收电路283.6 距离显示电路293.7 报警电路303.7.1 音频集成功放LM386简介30第四章 系统软件设计32结论35致谢38参考文献39附录40附录一：系统电路图40附录二：主要元器件清单41附录三：源程序42第一章 绪论1.1课题设计的目的及
4、意义1.1.1设计的目的随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具，在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需要，如倒车雷达，工地及工业现场，声纳探测等方面都有其广泛的应用，经济，军事，文化方面都有重要的应用价值。毋庸置疑，未来的超声波测距仪将于自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪从具有单纯判断动能，发展到具有学习功能
5、，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。1.1.2设计的意义随着社会飞速发展，人们生活水平的不断提高，汽车愈来愈成为人们不可缺少的最常用的交通工具，交通安全问题变的日益严重。而通过研究汽车倒车雷达系统，可以达到很高的采集速率和精度。汽车倒车时可以检测车辆后面的障碍物、并显示其距离，至危险区域后会自动报警。本设计综合了电子技术、计算机技术、数据处理技术等知识，设计利用单片机控制的汽车倒车雷达超声波测距系统，实现汽车倒车的安全保障，这就是我设计的意义。1.2超声波测距系统的设计思路1.2.1超声波测距原理超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF(time of fi
6、lght)。它通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所发射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S。一般采用渡越时间发：即S=CT/2，其中S为测量点与被测物体之间的距离，C为声波在介质（此处指空气）中的传播速度，T为超声波发射到返回的时间间隔。由于超声波也是一种声波，其声速C与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0.6米/秒。 在进行计算时，如果温度变化不大，则可认为声速C是基本不变的，计算时取C为340M/S。如果测距精度要求很高，则可通过改变硬件电路增加温度补偿的方法或者在硬件电路基本不变的情况下，通过软件改进算法的方法来加以校正。如果环境温度变化显著，则必须
7、考虑温度补偿问题。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。 1.2.2超声波测距原理框图超声波发射器放大电路超声波接收器放大电路锁相环检波电路定时器单片机控制显示器 图1-1 超声波测距仪原理框图单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED显示。1.2.3 超声波测距超声波一般是指频率在40KHz以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点，超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。超声波的
8、谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制得很窄，有利于抗声波干扰设计；不受无线电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计。超声波测距系统成本低、性能稳定可靠，同时超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性，应用前景好。通过对以上几种测距方式的分析比较，由于超声波指向性强、能量消耗缓慢、成本低、性能稳定可靠、在介质中传播距离远的优点，所以超声波测距方式在短距和低速测量方面比上述其它几种技术更具优越性。因此本设计采用超声波测距方式。第二章 超声波的发展及测距原理2.1超声波的发展与运用一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年FGalton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。由于当时电子技术发展缓慢，
9、对超声波的研究造成了一定程度的影响，在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西。人类直到第一次世界大战才学会利用超声波，这就是利用“声纳”的原理来探测水中目标及其状态，如潜艇的位置等。40年代末期超声波治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。医学上最早利用超声波是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声波技术扫描脑部结构，以后到了60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。如今，由于超声波在物理化学方面的独特特性，
10、已广泛应用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。2.2超声波测距原理超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表2.1列出了几种不同温度下的声速。表2.1 几种不同温度下的声速气温()05101520声速（m/s）331334337340343在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。然而其超声波测距的
11、时间主要有以下三种方法： 相位检测法，相位检测法虽然精度高，但检测范围有限； 声波幅值检测法，声波幅值检测法易受反射波的影响； 渡越时间检测法，渡越时间检测法的工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都非常容易实现，超声波测距一般所的采用方法。本设计采用渡越时间检测法，其主要原理是当超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到发射波就立即停止计时。其具体的算法如下：假设超声波在空气中的传播速度为，根据计时器记录的时间，发射点距障碍物的距离，如图2-1所示图2-1超声波测距原理图2-1中两探头中心距离的一半用M表示，超
12、声波单程所走过的距离用表示，由图可得： (2-1) (2-2)将式（2-2）带入式（2-1）得： (2-3)在整个传播过程中，超声波所走过的距离为： (2-4)式中：为超声波的传播速度，为传播时间，即为超声波从发射到接收的时间。将式（2-4）带入式（2-3）可得： (2-5)当被测距离H远远大于M时，式（2-5）变为： (2-6)本设计由单片机负责计时，采用12MHZ的晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。2.3 超声波测距在汽车上的运用以超声波测距方式的汽车倒车倒车雷达是现在市场上倒车雷达的主流产品，甚至还配合以声音或者更为直观的数字形式动态显示周围障碍物的情况。其较早的产品是用蜂
13、鸣器报警 ,蜂鸣声越急 ,表示车辆离障碍物越近，后继的产品可以显示车后障碍物离车体的距离。汽车防撞雷达之所以能实现防撞报警功能。汽车倒车雷达的探头主要安装于前后保险杠上，根据汽车的不同价格和品牌，探头有二、三、四、六、八、十、十二只不等。其中探头能够以最大水平120度垂直70度范围辐射，上下左右搜寻目标。一般的汽车挡位杆挂入倒挡时，倒车雷达自动开始工作，超声波这把无形尺子能够测量到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物（如花坛、路肩、蹲在车后玩耍的小孩等），并显示距离与报警。 本设计介绍的超声测距系统共有2只超声波换能器( 俗称探头) , 假设分别布置在汽车的后左、后右2个位置上。能检测倒
14、车方向障碍物距离显示范围为0.0710.00m, 当距离小于2米时发出一定的声响, 起到提示和警戒的作用。本系统采用AT89C51单片机对两路超声波信号进行循环采集，已达到上述效果。2.4 超声波传感器的介绍2.4.1 超声波传感器介绍超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。由于工作频率与应用目的不同，超声传感器的结构形式是多种多样的，并且名称也有不同，目前常用的超声传感器有电声型与流体动力型两大类。电声型主要有：压电传感器、 磁致伸缩传感器、静电传感器。流体动力型中包括有气体与液体两种类型的哨笛。压电传感器是超声检测中最常用的实现电能和声能相互转换的一种传感器件，是超声波检测装置的重要组成部分，其内部结构（如图2-2）由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属壳及金属网构成。其中，压电晶片是传感器的核心等组成。，当在压电晶片上加有大小和方向不断变化的交流电压（或者脉冲）时，根据压电效应，就会使压电晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向在一定范围内是与外加电压的大小和方向成正比的。同理当它的两极外加脉冲信号，其频率等于
