车辆工程毕业设计124汽车泊车辅助系统设计.docx

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车辆工程毕业设计124汽车泊车辅助系统设计

本科学生毕业设计

汽车泊车辅助系统设计

系部名称：

汽车与交通工程学院

专业班级：

车辆工程

学生姓名：

指导教师：

职称：

实验师

TheGraduationDesignforBachelor'sDegree

DesignofCarParkingAuxiliarySystem

Candidate：

QiHao

Specialty：

VehicleEngineering

Class：

BW07-3

Supervisor：

ExperimentalistDivision.Qi

Yiqiang

HeilongjiangInstituteofTechnology

摘要

随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避免的交通问题瞬时成为人们关注的问题。

其中由于泊车事故发生的频率高，已引起了社会和交通部门的高度重视。

泊车事故发生的原因是多方面的，造成泊车时的事故率远大于汽车正常行驶时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。

而泊车事故给车主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“汽车泊车辅助系统”应运而生，汽车泊车辅助系统的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了泊车事故的频率。

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。

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，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。

本系统工作过程中超声波发射器发出一系列的脉冲信号，由单片机对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。

超声波测距原理简单，成本低，制作方便，但其传输速度受天气影响较大，不能精确测距；因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中本文根据声波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件

该设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示以及声光报警显示模块等部分组成，文中详细介绍了测距器的硬件组成、检测原理、方法以及软件结构。

接收电路使用NE5532及LM311芯片对回波信号进行整波，对衰减后的信号进行了放大和整波，更好的实现了超声波的接受，对单片机提供外部中断信号。

关键词：

超声波；报警；AT89S52；设计；调试

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofoureconomy,transportationvehiclesandprivatecars,inevitablyincreasetrafficproblemsinstantaneousbecomepeopleconcern.Theaccidenthappenedbecauseofhighfrequencymeterhasattractedsocialandcommunicationsdepartmentsarehighlyvalued.Parkingthecauseoftheaccidentisvarious,theaccidentscausedbyparkingwhennormallyrunningfaroutweighitscaraccidentrates,especiallythefemaledriverandnonprofessionalismoreprominent.Andparkingaccidentbringsalotoftroubleforowners,notonlyeconomically,morepersonalinjury,suchashittingsomeoneelse'scar,ifinjuryandchildrenisunimaginable,basedonthisfoundation,carhigh-techproduct,designedforcarparkinggaragesSettings"carauxiliarysystem"appeared,carparkingauxiliarysystemcansolvethedriverwithalotoftrouble,andgreatlyreducethefrequencyofparkingaccident.

Duetothestrongultrasonicdirectivityslowly,andenergyconsumptioninamediumtransmissiondistanceisfarther,thusultrasonicoftenusedfordistancemeasurement.Usingultrasonicdetectiontendtobequick,convenient,simplecalculation,easytoachievereal-timecontrol,andtheprecisioninthemeasurementofindustrialpracticalrequirementcanachieve.Thissystemworkprocessissuedaseriesofultrasonicpulsesignaltransmitter,bySCMaccordingtoreceivethesignalprocessing,automaticcalculationlagbetweenthedistancebetweenthecarandtheobstacles.Ultrasonicrangingprinciple,lowcost,simpleproductionconvenient,butitstransmissionspeedgreatlyinfluencedbytheweather,notaccuratelocation;Somostlyusedinautomobilereverseradaretccloserangingaccordingtoairbornesoundinultrasonictransducer,reflectedintheprincipleforinterfacecomponents

Thisdesignbyultrasoundmodule,thesignalreceivingmoduleandsingle-chipmicrocomputerprocessingmodule,digitaldisplayandtheacousto-opticalarmdisplaymodulecomponents,thispaperintroducesindetailtherangefinderhardwarecomposition,measuringprinciple,methodandsoftwarestructure.ReceivingcircuitNE5532andLM311chipsusedtoechosignalofthewave,theattenuationofsignalamplifierandthewholewave,betterrealizetheultrasoundaccepted,theSCMprovideexternalinterruptsignal.

Keywords:

ultrasonic;Alarm;AT89S52devices;Design;debugging

摘要………………………………………………………………………………………I

Abstract…………………………………………………………………………………II

第1章绪论………………………………………………………………………………1

1.1课题的研究目的…………………………………………………………………1

1.2课题的的研究现状………………………………………………………………2

1.3课题主要内容……………………………………………………………………3

第2章汽车泊车辅助系统工作原理及硬件选择………………………………4

2.1汽车泊车辅助系统工作原理……………………………………………………4

2.2超声波测距原理………………………………………………………………4

2.3单片机控制芯片………………………………………………………………5

2.4超声波发射与接收芯片……………………………………………………8

2.5本章小结…………………………………………………………………………10第3章泊车辅助系统电路设计……………………………………………………11

3.1超声波发射电路…………………………………………………………………11

3.2超声波接收电路…………………………………………………………………11

3.3报警电路…………………………………………………………………………12

3.4显示电路…………………………………………………………………………13

3.5本章小结…………………………………………………………………………14

第4章软件设计………………………………………………………………………15

4.1汽车泊车辅助系统测距的算法及系统程序设计………………………15

4.2主程序…………………………………………………………………………16

4.3超声波发生子程序……………………………………………………………18

4.4超声波接收中断子程序…………………………………………………………19

4.5显示子程序………………………………………………………………………19

4.6本章小结………………………………………………………………………23

第5章各硬件单元的焊接及系统整体测试与调整……………………………24

5.1系统硬件焊接………………………………………………………………24

5.2系统硬件的测试………………………………………………………………25

5.3系统软件调整……………………………………………………………………36

5.4本章小结…………………………………………………………………………28

结论………………………………………………………………………………………29

参考文献…………………………………………………………………………………30

致谢………………………………………………………………………………………31

附录………………………………………………………………………………………32

附录A英文文献与中文参考译文…………………………………………………32

附录B整机原理图…………………………………………………………………39

附录C实物效果图…………………………………………………………………42

附录D材料清单……………………………………………………………………44

附录E源程序………………………………………………………………………46

第1章绪论

1.1课题研究目的

随着我国经济的快速发展，交通运输车辆及私家用车的不断增加，不可避免的交通问题瞬时成为人们关注的问题。

其中由于泊车事故发生的频率高，已引起了社会和交通部门的高度重视。

泊车事故发生的原因是多方面的，造成泊车时的事故率远大于汽车正常行驶时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。

而泊车事故给车主带来许多麻烦，不仅经济上，更有人身伤害，例如撞上别人的车，如果伤及儿童更是不堪设想，基于此基础，汽车高科技产品中，专为汽车泊位设置的“汽车泊车辅助系统”应运而生，汽车泊车辅助系统的加装可以解决司机的不少麻烦，大大降低了泊车事故的频率。

由于存在视觉盲区，无法看清车附近状况，司机在泊车时很容易发生事故。

为了减少带来的损失，需要有一种专门帮助司机安全泊车的装置。

目前市场上用于辅助司机泊车的装置主要有：

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泊车的汽车。

这种装置价格便宜且使用方便，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，通过视频司机可以很直接地看到车后的障碍物。

由于这类装置的价钱较高，目前还没有普及。

汽车泊车辅助系统，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者后视镜的显示通告司机车附近的状况，解除了司机泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的麻烦，并帮助司机解决由视觉引起的缺陷，提高驾驶的安全性，泊车辅助系统的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。

通过感应装置发出超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、形状等。

只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。

司机在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，从而计算出车体与障碍物之间的距离，判断出障碍物的位置，再由显示器显示距离并发出警示信号，从而使司机倒车时不至于撞上障碍物。

1.2课题的研究现状

通常的汽车泊车辅助系统主要由感应器（探头）、主机、显示设备等三部分组成。

感应器发出和接受超声波信号，并将接受到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。

感应器装在后保险杠上，以角45度辐射，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的儿童等；显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车。

根据感应器种类不同，汽车泊车辅助系可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式。

粘贴式感应器后有1层胶，可直接粘在后保险杠上；钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去；悬挂式感应器主要用于载货车。

根据显示设备种类不同，汽车泊车辅助系又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式。

数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接有数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。

汽车泊车辅助系发展到现在已经历经5代。

第一代的汽车泊车辅助系是轰鸣器。

倒车时，如果车后1.5米-1.8米处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示车辆离障碍物越近。

没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。

第二代汽车泊车辅助系可以显示车后障碍物离车的距离。

这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：

绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有0.8米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有0.6米-0.8米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到0.6米的距离，必须停止倒车。

第三代用液晶荧屏显示，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。

不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围的障碍物的距离。

该雷达动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。

不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。

第四代魔幻镜汽车泊车辅助系，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米内的障碍物，并一不用等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。

魔幻镜倒车雷达把后视镜倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。

其外型就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。

第五代汽车泊车辅助系是专门为高档轿车生产的，它的整合了高档轿车具备的影音

系统，可以在显示器上观看DVD影像。

因为是新品，售价也较高。

汽车泊车辅助系的发展实际上已经融入了整车的设计，随着技术的成熟，价格的降低，倒车雷达将会逐渐普及成为标准配置。

1.3课题研究的主要内容

利用超声波测距原理，通过超声波传感器以及一系列的电器元件最终将汽车与障碍物之间的距离对汽车驾驶员进行提醒。

从而解决汽车驾驶员在进行泊车的时候，由于视觉盲区，所导致事故的问题。

具体来说，本设计的第二章，对超声波测距原理和汽车泊车辅助系统的工作原理进行了介绍并给出了超声波测距原理图以及汽车泊车辅助系统工作原理图。

而且对系统硬件中需要使用的主要电子元器件进行了选择。

第三章将对系统中，超声波发射及接受电路进行设计，还将对测距显示电路及报警电路进行设计。

在第四章中，将对系统的软件进行设计。

其中包括主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序显示子程序。

第五章中，将对设计好的系统硬件进行焊接，最后将软件编写在系统硬件中，并进行调试，使系统运转正常。

本设计主要解决的问题是：

第一、对系统的硬件进行设计

第二、对系统软件进行编写

第2章汽车泊车辅助系统工作原理及硬件选择

2.1汽车泊车辅助系统工作原理

以单片机作为主控电路元件，以12MHZ晶振作为标准脉冲振荡电路元件，通过软件编程实现40KHZ方波的产生，经过放大驱动超声波发射探头产生谐振，发射超声波信号，同时单片机开中断并开始计时，超声波信号遇到障碍物后反射回来被超声波接收探头接收，经过整形滤波及放大驱动音频译码器LM311，锁相后，该芯片8脚变为低电平接在INT1上，关中断，计时结束，根据超声波测距原理：

L=ct/2，调用测距子程序，计算距离。

除了设计主测距电路外还需设计好电源部分、声光报警部分，及其接口部分，以便很好的与上位机通讯，进行实时控制。

系统工作原理图如下：

发射探头

放大电路

AT89S52

数码管显示

报警

接受探头

放大电路

图2.1汽车泊车辅助系统工作原理图

2.2超声波测距原理

在超声波探测电路中,发射端输出一系列脉冲方波,其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔,被测物距越远,脉冲宽度越大,输出脉冲个数与被测距离成正比。

超声波测距的方法有多种,如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。

相位检测法虽然精度高,但检测范围有限可检测到汽车倒车中,其障碍物与汽车的距离；声波幅值检测法易受反射波的影响。

本文硬件设计采用超声波往返时间检测法,其测量原理图如图所示。

图2.2超声波测距原理图

其原理为:

在超声波发射器两端输入40KHZ脉冲串,脉冲信号经过超声波内部振子,振荡产生机械波,并通过空气介质传播到被测面,由被测面反射到超声波接收器接收,在超声波接收器两端,信号是毫伏级的正弦波信号,超声波经气体介质的传播到接收器的时间,即为往返时间。

超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法,其中常用脉冲回波法测距。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法,其原理是超声传感器发射超声波,超声波在空气中传播至障碍物,经反射后由超声传感器接收反射脉冲,测量出超声脉冲从发射到接收的时间,再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离,即：

L=c·t/2

（1）

式

（1）中,L为超声传感器与被测障碍物之间的距离,c为超声波在介质（空气）中的传输速率,t为超声波从发射到接收的时间。

超声波在空气中的传播速度为:

其中T为绝对温度数值,

。

在测量精度不是很高的情况下,一般可以认为c为常数340m/s。

由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波又很难精确捕捉,致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。

这些因素是使用超声测距引起误差的原因。

2.3单片机控制芯片

AT89S52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

图2.3AT89S52管脚图

（1）主要特性：

与MCS-51兼容

4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

全静态工作：

0Hz-24Hz

三级程序存储器锁定

128*8位内部RAM

32可编程I/O线

两个16位定时器/计数器

5个中断源

可编程串行通道

低功耗的闲置和掉电模式

片内振荡器和时钟电路

（2）管脚说明：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

（3）振荡器特性：

XTAL