完整版汽车测距报警系统设计毕业设计.docx

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完整版汽车测距报警系统设计毕业设计

本科毕业设计（论文）

题目__汽车测距报警系统设计

姓名******

专业电子科学与技术

学号*********

指导教师****

二〇一五年五月

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1汽车测距报警系统设计背景和意义1

1.2汽车测距报警仪的发展趋势1

1.3课题主要任务2

2系统总体方案设计3

2.1系统设计方案的论证3

2.1.1控制模块3

2.1.2测距模块4

2.2系统总体设计方案4

3.系统硬件电路设计6

3.1系统主控电路设计6

3.2电源设计7

3.3超声波测试模块7

3.3.1超声波的特性8

3.3.2超声波换能器9

3.4超声波传感器原理11

3.5测距分析14

3.6时钟电路的设计15

3.7复位电路的设计15

3.8声音报警电路的设计16

3.9显示模块16

4系统软件程序设计17

4.1系统主程序设计17

4.2系统子程序设计17

5实物制作及系统测试22

5.1实物制作22

5.2元器件的安装及焊接23

5.3系统测试24

总结26

致谢27

参考文献28

附录1系统硬件电路原理图29

附录2系统PCB图30

附录3系统实物图31

附录4元器件清单32

汽车防撞测距报警器

摘要

伴随着我国社会经济的不断发展，人民生活水平不断提升。

汽车渐渐的走进寻常百姓家中，使的汽车数量在大副增加，造成的交通状况越来越拥挤，目前汽车撞事件时常发生，造成了较大人身伤亡和经济损失，针对目前这种情况，设计出一种既响应快，可靠性又高且较为经济的汽车防撞报警系统尤为重要。

超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，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——折射，反射，干涉，衍射，散射。

汽车测距报警系统主要运用单片机的实时控制与数据处理功能，并与超声波的测距技术与传感器技术相结合，用来检测汽车运行中前后方障碍物与汽车的距离以及汽车的车速，通过数显装置显示出其距离，并由发声电路根据距离的远近情况发出警告声。

本课题结合硬件电路与软件电路，设计出一种汽车行车、倒车的报警系统。

该系统结构简单，精度高，使用方便等特点。

该系统采用单片机STC89C51作为主，用超声波测距原理，通过发送和接收超声波信号，再由单片机进行数据处理，由数码管显示距离，当超过设定距离蜂鸣器报警，该系统采用软硬组合与结构多样性特征的方法。

关键词：

数显装置；报警器

Theautomotiveanti-collisionrangingalarm

Abstract

Atpresentourcountrysocialeconomytellsthedevelopment,constantlyimprovepeople'sstandardofliving.Carshavebecomeanindispensablepartofmanypeopleindailylife,Thenumberofcarsclimbsinthefirstmate,thetrafficcongestionisbecomingmoreandmoreserious,thecarcrashed,frequently,resultinginunavoidablecasualtiesandeconomiclosses,accordingtothissituation,Designofafastresponse,highreliabilityandamoreeconomicalvehiclecollisionwarningsystembeimperative.

UltrasonicRangingmethodisapositioningmethod,Thedistanceisthemostcommon,aclosedistance,isappliedtothelow-speedcarcrasharoundthestate,aswellasinautomotiveanti-collisionalarmsystemofultrasoundasaspecialsound-basiccharacteristicsofrefraction,havingthesamephysicaltransmissionandreflection,interference,diffraction,scattering.Automobile-collisionalarmwillmicrocomputerreal-timecontrolanddataprocessingfunctioncombinedwithultrasonicrangingtechnology,sensortechnology,distanceandvehiclespeeddetectionofrearobstaclescaroperationobjectandthevehicle,displaythedistancethroughthedigitaldisplaydevice,andiscomposedofasoundcircuitaccordingtothedistancewarningsound.Thesubjectofthehardwarecircuitandthecircuitsoftwarecombinedwithorganic,completevehicle,thereversingalarmsystem.Duetothecontinuousdevelopmentofcomputertechnologyandhigh-speeddevices,thedigitalacquisitionandanalysisofultrasonicsignalbecomepossible.Atpresentdomesticalsoemergedthedigitalultrasonicvarioustypesoftestingequipment,andhasbecomethedevelopmentdirectionofultrasonicdetection.AscholarattheXiamenUniversitystudiedakindofechocontouranalysis.Themethodinthedistancetwotimesobtainedbydetectingechoenvelopecurvetogetechostartingpoint,bytheseprocesses,thepropagationtimeoftheultrasonicaccuracyhasbeengreatlyimproved.ItalyIntroducedanadaptivesystem,toobtainenvelopebygoodemissionwaveformspecial,alsousedontheenvironmentnoiseestimation,setupcertainechocircuit.

Thissystemhassimplestructure,highprecision,convenientuse,etc.ThissystemUSESSTC89C51asthemaincontroller,combinedwithultrasonicrangingprinciple,throughtheemittingandreceivingultrasonicsignals,thenforthedataprocessingbyMCU,throughdigitalpipedisplaysetdistance,whenmorethanbuzzeralarmwhendistance.Thissystemusessoftandhardofthemethodofcombinghasthecharacteristicsofmodularandmuti-purpose.

Keywords:

Digitaldisplaydevice;Aburglaralarm

1绪论

随着社会经济的发展和交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大幅攀升。

渐渐的越来越多的人都拥有了自己的汽车，与之带来的由泊车和倒车所引发的事故也卓见增多。

针对此状况，设计出一种既响应快，又可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统尤为重要。

因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车报警器应运而生。

本文详细介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声测距报警系统。

本设计主要以STC89C52单片机芯片为核心，集合超声波的特点与优势，最后将俩者结合于一体，通过数据来显示超声波测距的距离。

本设计主要阐述了超声波传感器的原理以及特性，对于整个电路采用的子程序设计包括：

预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序、报警子程序等模块。

论文介绍了系统的主要软件结构，通过编写程序来实现系统功能。

硬件电路包括滤波电路、放大电路和整形电路。

最后，分析影响系统的因素和通过对系统的误差分析，给出了系统的改进方案。

这套系统软具有硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，最后可经过系统扩展和升级，实现汽车倒车报警。

1.1汽车测距报警系统设计背景和意义

伴随着我国科技与经济的飞速发展与进步，汽车已成为万千家庭的一部分，由此产生的交通问题也渐渐的被人们所关注，因为汽车倒车时视角有死角，司机目测距离有误差，视线不清楚，倒车事故的频率远超于汽车前进时的频率。

倒车事故在对自己的车和他人的财产造成损伤的同时，也给家庭带来了巨大灾难，基于此专为倒车泊车而设计的倒车测距仪应运而生。

经过调查，绝大部分非职业司机都希望能有一种发现汽车尾部障碍物的“后视眼”。

汽车测距仪的出现可以解决驾驶员的后顾之忧，大大降低倒车事故的发生。

为人们的安全和减少人们的财产损失做出贡献。

1.2汽车测距报警仪的发展趋势

伴随着我国经济的发展和科学的进步，使得人们追求行驶高速化，道路车流密集化和人类驾驶非职业化方向发展，与此同时汽车数量也在急剧增加。

但相应的公交制度相对比较落后，由此造成的公交事故频繁发生，尤其在一些大城市尤为突出，倒车测距技术的问世尤为重要，汽车倒车测距目前最先进的便是超声波测距，超声波是频率大于20KHZ的声波，具有方向性强，能量衰减缓慢等特点。

由于超声波测量距离较短，因此主要用于倒车测距。

这项功能在夜间尤其能显示出其价值。

在所有测量方式中超声波测量具有指向性强，且能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在选择测距方案中，超声波测距的确是目前应用最广泛的一种，它广泛应用于汽车防盗、倒车雷达、以及水位的测量、建筑工地及一些现代化的工业现场。

在日本和美国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，研究最先进的超声波测距，中国车辆密集性较大，因此研究超声波测距仪对于减少我国交通事故更为重要。

1.3课题主要任务

本课题主要是利用单片机STC89C52设计一款简易的倒车测距报警器，应用于汽车倒车位置监控与报警。

在汽车倒车时，系统能实时显示汽车尾部与障碍物之间的距离，以便司机及时掌握倒车时车尾状况，做出正确的判断。

当车尾与障碍物距离等于或小于50cm时，系统触发蜂鸣器报警电路进行报警提示，提醒司机及时停车。

结合本课题的主要任务，提出系统总体设计方案，完成系统硬件电路图的绘制，软件程序设计以及实物的制作，最后能够完成测试运行。

2系统总体方案设计

该系统由以下功能块系统主要构成：

超声波传感器T/R40-16，超声波发射和接收构成一个收发器系统；所述主机系统的中央控制处理器STC89C52组合；控制报警系统输出电压的稳定。

主电路系统：

电源电路，超声波发生器，超声波发射电路，超声波接收器电路，信号放大电路，复位电路，显示电路，报警电路等。

2.1系统设计方案的论证

2.1.1控制模块

随着自动化技术的不断发展，在设计过程中的自动控制系统将面临核心控制元件的选择难题，对于大多数的控制任务。

它是否能够完成单片机或PLC程序设计，但是最终的选择是基于实际工作需要。

（1）可编程逻辑控制器（PLC）

PLC发展的初级阶段，主要用于逻辑控制开关，采用PLC技术及其应用的进展字段中的扩展不仅可以用于开关控制，可用于模拟和数字音量控制，数据采集和存储，网络和通信。

现在，PLC已经成为在工业控制的核心部件之一。

功能完善，高稳定性和较强的抗干扰能力，良好的扩展性，维护方便硬件的主要优点，编程简单。

缺点是价格较高，较大。

（2）单片机

单片机和PLC在本质上是相同的，其发展是基于微处理技术和PLC实际上是建立一个产品基于单芯片和芯片实际陈是一个集成电路，相对体积小，成本低，经济效益，但采用单芯片实现主控制板通过软件的布局，环境温度，制版过程中的影响力，稳定性和抗干扰性相对较弱。

与核心部件，其每一个都有其优点和缺点的对照组比较，根据该项目的设计任务，汽车倒车报警装置体积小，便于携带，安装，不占空间的车，显然是由于大量的PLC和不符合设计要求，因此设计仪器采用STC89C52单片机为核心控制部件。

2.1.2测距模块

超声是人类无法听到超声波测距声音是电压转换和超声波，超声波发射出的超声波探测器的转换，接收所述超声波探头的超声波接收器超声换能器的电压返回到控制芯片叠层时。

超声波具有高的振动频率，短的波长，衍射小和方向好也能抗射线定向传播，等等，在中长距离的测量，超声波测量精度和方向，以比红外线测量好得多。

从安全性，考虑到成本，方向等，超声波传感器更适合于设计要求。

2.2系统总体设计方案

这样的设计主要包括两部分硬件和软件设计。

该模块分为数据采集，控制按钮，四位数码管显示，报警模块。

电路结构可分为：

超声波传感器，微控制器控制电路，蜂鸣器。

此模块的核心设计是以MCU为设计单元的中心，所以此系统是基于单片机的应用系统。

是一个单片微型计算机应用系统的硬件和软件。

硬件包括一个单片机，输入/输出设备以及由系统的外部应用电路，该软件是在一般的各工序。

图2.1系统总体设计方框图

超声波发送模块主要利用软件超声波法，由相应的软件生成40KHz的超声波信号，通过输出端输入到驱动器，再由驱动探头驱动超声波。

超声波接收模块包括超声波接收用探头，一个信号放大电路和波形变换电路3。

用蜂鸣器报警电路，反转，尾座和所述障碍物之间的距离的语音提示模块是小于设定安全值时，发出蜂鸣，以提醒驾驶员。

鉴于LED数码管显示简单，价格便宜，距离显示模块，带4位LED数码管动态显示。

3.系统硬件电路设计

根据整个系统的设计方案系统STC89C52单片机作为控制器，时钟电路，手动复位电路，电源和控制器一起构成主控制电路。

使用单片机的定时器产生的超声波的周期方波信号，并通过MCUP1.0口输出，通过信号调节和转换电路对发出超声波。

利用单芯片P3.2端口中断接收回波信号，计算的时间差和距离信息的转换。

距离显示电路采用四位LED数码管显示，单片机P2的高四位为数码管选择信号，P0口的代码段数码管;报警装置中的语音报警和蜂鸣器报警，是由单片机的P3.4驱动蜂鸣器报警电路来发出语音提示。

3.1系统主控电路设计

主控制最小系统电路如图3.1所示：

图3.1系统主控电路图

如图3.2所示的硬件电路设计。

从上面的分析表明，在设计中使用以下设备：

STC89C52，超声波传感器，钥匙，对数码管，蜂鸣器等的MCU的外围电路中的应用。

其中，D1是电源指示灯。

电路中用到3个按键，一个是设定键,一个加键，一个减键。

图3.2总设计电路图

3.2电源设计

电源是由3个5号干电池供电，电压为4.5V。

3.3超声波测试模块

超声波模块是使用ＨＣ－ＳＲ０４模块组成，这种模块的主要功能是：

2厘米到400厘米的非接触式距离感测功能，这种模块测距可精确到3毫米。

模块的组成成分有超声波发射器、接收器与电路控制器。

其工作的基本原理：

首先是先由IO口TRIG进行触发测距，然后再发出10us的高电平信号；同时模块可以自动发送出8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；若收到反馈信号，IO口ECHO又重新发出高电平，高电平有一个持续时间，时间的计算是超声波从发射到返回的时间。

测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2。

图3.3超声波模块

超声波探测模块HC-SR04操作规范：

由IO口触发，给Trig口至少一个10us的高电平，开始启动测量；同时模块自动发送8个40Khz的方波，然后自动检测有无信号的返回；当模块检测到信号返回时，通过IO口Echo在产生一个高电平，高电平有一个持续时间，时间的计算是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*340）/2，单位为m。

程序中测试功能主要由两个函数完成。

实现中采用定时器0进行定时测量，8分频，TCNTT0预设值0XCE，当timer0溢出中断发生2500次时为125ms，计算公式为（单位：

ms）：

T=（定时器0溢出次数*（0XFF-0XCE））/1000其中定时器0初值计算依据分频不同而有差异。

3.3.1超声波的特性

声音额本质是一种自然现象，声音与人来生活是联系紧密且必不可分的。

但是人耳对于声音的接受是有频率范围的，当声频率在20000赫兹以上时，声便超出人类识别的极限了，人们就会听不到声的存在。

所以人们把这种超出人类接受范围以外的高频率的声为“超”声。

人类的听觉范围如图3.4所示：

图3.4人的听觉范围

超声波的特性有：

（1）束射特性

声都有波长，超声也有波长，只不过超声波的波长较短，既然超声波有波，那么其在物理上就是“物”，所以超声波也有物理特性，例如超声波射线可以反射、折射和聚焦，像光一样遵守几何光学上的所有定律。

即当反射时，入射角和反射角相同，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射现象，折射的特性是改变传播方向，若两种物质的密度差别越大，那么折射率也越大。

（2）吸收特性

当声波传播到各种媒介中时，传播距离的增加，强度将逐渐减弱，因为媒介会吸收部分能量。

对于更高的声波频率相同的介质，介质吸收能量会更多，频率一定的声波在气体传播是表现的更为历害，在液体传播时稍弱，在固体中传播时吸收是最弱的。

（3）超声波的能量传递特性

超声波可广泛应用于各种工业领域的原因，主要是具有比声波大得多功率。

为什么具有如此强大的力量呢？

因为当声波进入的介质，由于随着声波使高分子的震动，物质在随之振动，振动频率和声波的频率相同，分子振动的频率决定的分子振动的速度，也就是说频率越高速度越快。

由于高频率的超声波，很多你想要超越了普通声波倍，因此它可以使物质元素获得相对大量的能量，总之，超声波物质的分子可以得到足够的动力。

（4）超声波的声压特性

声波可以使物体受到压力,这是因为大声波带动物质分子震动，由于分子震动，那么分子之间会产生挤压，就会使物质产生额外压力。

这种由于声波振动引起的物质额外压力叫做声压作用。

3.3.2超声波换能器

超声波传感器的作用是产生和接受超声波，行业内称为超声换能器，有的也常称超声波探头。

超声波传感器是由压电晶片构成，这种组合晶片能发射超声波，也能接收超声波。

现实生活中常用小功率超声探头应用于探测方面。

超声探头有很多外形的结构，常见的有：

直探头常用于纵波探测；斜探头常用于横波的探测；表面波探头用于表面波的探测；兰姆波探头对兰姆波有良好的探测性能；双探头有两个探头，一个探头用作反射，另一个探头用作接收等。

我们知道超声波传感器是由压电晶片构成，则这种晶片为传感器的核心配件。

这种晶片的材料、大小、直径和厚度有着不同规格，因为有着不同规格，每个探头也有着不同性能。

在选用探头时要先了解探头性能及参数。

超声波传感器的主要性能指标包括：

（1）工作频率。

工作频率指的是晶片本身的共振频率。

当它两端的交流电压的频率与晶片共振时，产生能量啊到最大，灵敏度也达到最高。

（2）工作温度。

由于超声波能是分子震动，会产生热量，但是一般诊断使用得超声波探头功率比较小，则产生的温度较低，并不能影响一起工作，所以可以长时间工作。

对于大功率超声探头使用时会产生较高温度，此时需要辅助设备给予降温。

（3）灵敏度。

灵敏度是探头本身的晶片决定的。

探头的机电耦合系数越大，灵敏度也就相应的越高。

人类可听到的声波频率范围是20Hz～20kHz，若超出此频率范围的人类是不可识别的，低于20Hz叫做低频声波，高于20kHz叫做高频声波。

超声波与光线相似为直线传播，频率决定折射和反射能力，频率越高，折射越弱，反射越强。

因为超声波的频率很高，所以可把超声波做成超声波传感器。

超声波在空气中传播得更慢，因为340米/s，这使得超声波传感器使用变得非常简单。

我们采用压电式超声波传感器。

压电晶体和压电陶瓷的常用探针材料，是通过压电效应开展工作。

再通过正压电效应，把超声振动波转换成电信号，便成为了接收探头。

发明各种各样超声波发生器是为了产生超声波，有利于工作人员研究超声波。

这些所有的超声波发生器中可分两类：

第一类是利用电气产生超声波，另一类是机械产生的超声波。

电气方式也有很多种，例如压电型、磁致伸缩型和电动型等；同时机械方式也可以分很多种，例如加尔统笛、液哨和气流旋笛等。

因为型号和原理的不同，所以所产生的超声波的频率、功率、声波特性以及用途也不同。

我们常用的是压电式超声波发生器。

图3.5超声波传感器结构

压电式超声波发生器的工作原理是利用压电晶体的谐振来产生超声波。

超声波图示为压电式超声波发生器内部简图，可以看到压电式超声波发生器有两个压电晶片和一个共振板组成。

在接收到该双极性脉冲信号，而频率和晶片此时的自然频率是相同的，在压电晶片转移到共鸣共振板，并且随后振动，则产生超声波。

当仪器收到超声波并且两极无外电压，压电晶片将会产生共振，并传递到共振板上，并随之振动，这时会产生电信号，此时仪器成为超声波接收器了。

3.4超声波传感器原理

生活中最常见的为开放型超声波传感器，它的结构如图3.6所示，它的底座是由复合式振动器被灵活地固定的。

此复合双压电晶片元式振动器是由谐振器、金属片和压电陶瓷片组成。

谐振器的外形为喇叭状，此形状的优点是有效地辐射振动所产生的超声波，并且在中央部位聚集超声波。

当电陶瓷通过电压时，就会产生机械变形，外形并随电压和频率的变化而变化。

同理当电陶瓷受到震动作用时，它会产生一个电荷。

通过这个原理我们可以给电陶瓷一个电信号时，电陶瓷会发射出超声波。

相反，给电陶瓷超声振动时，它会产生电信号。

所以我们便可以将压电陶瓷作为超声波传感器。

图3.6超声波内部结构

在弹性介质机械振动的超声波振动，其振动频率超过20KHz的，分成水平和垂直振荡，超声波传播介质不仅可以是气体，液体也可以是固体的，但