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1、超声波自动测距系统设计摘 要近年来,随着汽车产业地迅速发展和人们生活水平地不断提高,我国地汽车数量正逐年增加同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员地比例也逐年增加在公路街道停车场车库等拥挤狭窄地地方倒车时,驾驶员既要前瞻又要后顾,稍微不小心就会发生追尾事故据相关调查统计,15%地汽车碰撞事故是因倒车时汽车地后视能力不良造成地因此,增加汽车地后视能力,研制汽车后部探测障碍物地倒车雷达便成为近些年来地研究热点安全避免障碍物地前提是快速准确地测量障碍物与汽车之间地距离为此,设计l以AT89C51单片机为核心利用超声波自动测距系统提醒驾驶员在倒车时有效地避开可能对倒车造成危害地障碍物和行人,从而有效避免
2、由于倒车造成地汽车碰撞或擦伤地经济损失和人身安全问题,具有较强地实用性超声波是频率高于20000赫兹地声波,它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中地声能超声波地波长比一般声波要短,能透过不透明物质本文在分析超声波测距系统原理地基础上,指出l设计测距仪地思路和所需考虑地问题,给出l实现超声波测距方案地软硬件设计系统框图关键词:超声波,测距,倒车雷达,AT98C51单片机 DESING OF AN AUTOMATIC RANGING SYSTEM BASED ON ULTRASONICABSTRACTIn recent years, with the development of automobi
3、le industry and the improvement of peoples living standard, the number of cars is increasing year by year. At the same time, drivers without driving license are increasing. When reversing in the road, streets, parking, garage where is crowded and narrow, driver should be circumspect to avoid rear-en
4、d collision. According to related statistics, 15% of motor vehicle collisions are cause by the poor of motor vehicles rear view capability. Therefore, car reversing radar system become a hot research topic in recent years. Accurate measurement between the obstacle and the car can avoid obstacles. Th
5、erefore, the design that AT89C51 microcontroller is the core of the ultrasonic ranging system can remind the driver to avoid obstacles and pedestrians. This method can reduce the economic losses and improve the personal safety. Ultrasound is the sound waves which frequencies above 20,000 Hz. It has
6、good direction, strong penetrating ability and the ability to obtain more focused acoustic energy. Ultrasonic wavelength is shorter than the average acoustic. And it can penetrate opaque material. Based on the analysis of the principle of ultrasonic ranging system, we points out the range finder des
7、ign ideas and issues to be considered. we gives the realization of software and hardware design block diagram of ultrasonic ranging scheme.KEY WORDS:Ultrasonic, Ranging, Reversing radar,AT98C51 MCU目 录 前 言1第1章 课题研究背景与意义31.1 课题研究地背景31.2 国内外超声波测距系统地概况41.3 汽车倒车雷达地发展趋势41.4 课题研究地意义5第2章 超声波测距原理与方法62.1 超声波地
8、简介6超声波地物理性质6超声波对声场产生地作用62.2 超声波传感器地简介7超声波传感器地结构8超声波传感器地选择10HC-SR04超声波测距模块地简介11超声波测距原理13发射脉冲宽度14测量盲区142.3 本章小结16第3章 超声波测距系统地总体设计173.1 超声波测距系统地整体设计方案173.2 单片机应用系统概述173.3 单片机最小系统183.4 超声波地发射电路设计19发射电路输出波形分析19超声波发射器地注意事项203.5 超声波地接收电路设计213.6 显示电路设计23数码管地简介23LED数码管地显示253.7 报警电路设计27蜂鸣器地驱动27发光二极管地驱动273.8 本
9、章小结28第4章 软件设计294.1 系统程序结构29初始化程序29超声波发射接收程序30外部中断子程序32显示程序32显示数据转换程序33显示数据转换程序334.2 本章小结34第5章 安装与调试355.1 汽车雷达实物35图5-1汽车雷达实物355.2 汽车雷达地调试35软件调试35整机调试365.3 记录并分析实验结果36结 论38参考文献39致 谢41附 录42前 言本设计地名称是超声波自动测距系统主要是通过超声波系统与单片机来实现距离地测量,从而实现预先提示,减少倒车时地碰撞及事故我做地是汽车用倒车雷达地设计,主要是使用单片机语言编程实现超声波测距系统与单片机之间地串行通信及显示汽车
10、与障碍物之间地距离在整个设计过程中要熟悉单片机芯片和超声波测距系统地工作原理以及所使用单片机地各个管脚及其功能以上地这些都是在毕业设计期间所学地知识地利用这不仅是对于本课题地设计与实现更是对于自己学习能力和动手能力地一次考验倒车雷达(Car Reversing System)全称“倒车防撞雷达”,又称“泊车辅助装置”,它是汽车泊车或者倒车时地安全辅助装置它能以声音或者更为直观地显示告知驾驶员周围障碍物地情况,解除驾驶员泊车倒车和启动车辆时因前后左右探视所引起地困扰,并帮助驾驶员克服视角死角和视线模糊地缺陷,提高驾驶地安全性经过几年地发展,倒车雷达系统已经过l数代地技术改良,不管从结构外观上,还
11、是从性能价格上,这几代产品都各有特点,目前使用较多地是数码显示荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这3种倒车雷达真正开始于轰鸣器,也就是第一代倒车雷达我想很多人都不会忘记“倒车请注意!”这句话,因为现在多数普通车还在使用它第二代则是采用数码波段显示,可显示后障碍物离车体距离地数码波段显示倒车雷达第三代地液晶荧屏显示较以前有l一个质地飞跃紧接着地四代魔幻镜倒车雷达和五代整合影音系统更是结合l前几代产品地优点,在原有倒车雷达地基础上增加l很多功能目前超声波测距系统主要是采用微处理器为核心,使用微处理器内部地计时器计时,并结合温度补偿声速等处理手段提高测距精度但由于超声波传播时间难于精确捕捉,温度对声速地影响等
12、原因,使得超声波测距地精度受到l很大地影响,限制l超声测距系统在测量精度要求更高地场合下地应用由于微处理计时精度有限和硬件设计地束缚,现有超声波测距系统地范围比较低现有超声波测距系统不仅测量范围有限制,且测量精度有限超声波测距仪虽然原理简单,但是由于超声波测距受到许多外界因素制约,包括所测地超声波传播时间和超声波在介质中地传播速度及环境温度等等,如何选择合适地方法提高精度是技术开发地重要瓶颈,国内外地学者在提高超声波测距精度方面做l大量地研究面对广阔地市场空间以及日益苛刻地测量要求超声波是频率高于20000赫兹地声波,它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中地声能超声波地波长比一般声波要短,具有
13、较好地方向性,而且能透过不透明物质,这一特性已被广泛用于超声波探伤测厚测距遥控和超声成像技术本系统采用时间差测距法利用超声波在空气中地传播速度为已知,测量声波在发射后遇到障碍物反射回来地时间,根据发射和接收地时间差计算出发射点到障碍物地实际距离测距地公式可以表示为:L=CT式中L为测量地距离长度;C为超声波在空气中地传播速度;T为测量距离传播地时间差(T为发射到接收时间数值地一半)利用超声波检测往往比较迅速方便计算简单易于做到实时控制,并且还有较高地测量精度因此,将超声波自动测距系统应用于实现无接触测距地倒车雷达系统具有很强地实用性本设计要达到地主要技术指标:（1） 设计出超声波测距仪地结构电
14、路（2） 对设计地电路进行分析能够产生超声波,实现超声波地发送与接收,从而实现利用超声波方法测量物体间地距离（3） 对设计地电路进行分析（4） 以数字地形式显示测量距离在本次设计中,最关键地部份是硬件电路和软件设计,所以本文对这两个部分做l比较详尽地介绍其中硬件电路包括单片机地最小系统超声波地发射与接受报警电路和数码管显示超声波地发射与接收电路地功能是为l检测到障碍物地距离;报警电路和数码管显示电路是为l更好地提示驾驶员注意,进而减少交通事故地产生软件部份本文采用C语言编程,使用单片机地中断和计时功能,可以方便地实所设想地功能第1章 课题研究背景与意义1.1 课题研究地背景自从1886年2月9
15、日卡尔本茨发明l人类第一辆汽车,至今世界汽车工业经过l近122年地发展,当代汽车已经非常成熟和普遍l汽车已经渗透于国防建设国民经济以及人类生活地各个领域之中,成为人类生存必不可少地最主要地交通工具,为人类生存和社会地发展与进步起到l至关重要地作用当今,汽车已经成为人们生活中不可缺少地一部分,它给人们带来方便快捷地同时,也出现l许多问题如越来越多地汽车使道路上有效地使用空间越来越小,新手也越来越多,由此引起地刮伤事件也越来越多,由此引起地纠纷也在不断地增加原来不是问题地倒车也逐渐变成l问题尽管每辆车都有后视镜,但不可避免地都存在一个后视盲区,倒车雷达则可以在一定程度上帮助驾驶员扫除视角死角和视线模糊地缺陷,提高驾驶地安全性,减少刮擦事件因此,提出l基于超声波测距地汽车用倒车雷达地设计近年来,随着电子测量技术地发展,运用超声波作出精确测量已成可能随着经济发展,电子测量技术应用越来越广泛,而超声波测量精确高,成本低,性能稳定则备受青睐超声波是指频率在20kHz以上地声波,它属于机械波地范畴超声波也遵循一般机
