基于at89s52的汽车智能刹车系统设计毕业论文Word文档格式.doc
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所做作品、卫生和安全、平时操作
（含卫生和安全、出勤、实验预习
、软硬件设计能力及实验态度等）
50%
2
作品设计报告说明书完成情况
作品设计报告考核评语
评阅教师签名：
、年月日
汽车智能防撞系统设计
摘要：
随着我国经济高速发展，汽车消费量的剧增，以及“十二五”规划政府对新能源汽车的大力扶持，汽车相关产品发展良好。
在这样形势下，设计一款汽车智能防撞系统的汽车电子产品就非常适宜。
汽车智能防撞系统，是一种汽车安全辅助装置，能及时直观的显示汽车周围障碍物的情况，帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷，在紧急情况下，智能控制制动器。
本文是以AT89C52单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有液晶显示和声光报警功能的汽车智能防撞系统，该产品根据超声波测距原理研制，采用温度补偿技术、开机自检技术和优化的软硬件技术，将测得的结果送至液晶显示，在紧急情况下智能制动，提高了汽车的安全和效率。
关键字：
智能防撞，超声波测距，单片机AT89C52
Abstract:
Alongwiththeourcountryeconomichigh-speeddevelopment,thecarconsumestheplayofquantitytoincrease,and"
25"
programminggovernmentstothestronglysupportingofthenewenergycar,thecarrelatedproductdevelopsgood.Underthissituation,designastyleofcarelectronicsthatthecarintelligencedefendstobumpsystemproductveryfeat.Thecarintelligencedefendstobumpsystem,isakindofthecircumstancethatcarsafeassistancedevicecankeepview'
sshowingcarsurroundingsstumblingblockintime,theintelligencecontrolsystemmovesamachine.ThistexttakestheAT89C52singlesliceofmachineasthelowcostandhighaccuracy,miniaturizationofcore,alsoLCDshowsthattheharmonyonlyreportstothepolicethecarintelligenceoffunctiontodefendtobumpsystem,thatproductmeasurestobeapartfromprincipletodevelopaccordingtothesupervoicewave,willmeasureofresultsendtoaLCDtosuggest,theintelligencesystemmovesandraisesanautomotivesafetyandefficiencyundertheurgentcondition.
Keywords:
Theintelligencedefendstobump,thesupervoicewavemeasuretobeapartfrom,singlesliceofmachineAT89C52
目录
前言…………………………………………………………………………………………1
1.超声波测距原理………………………………………………………………………2
1.1超声波传感器介绍…………………………………………………………………2
1.2超声波传感器的特性………………………………………………………………3
1.3超声波检测概述……………………………………………………………………4
1.4超声波测距的原理及实现…………………………………………………………5
2.单片机控制超声波测距构想………………………………………………………6
2.1超声波测距系统的总体方案………………………………………………………6
2.2系统主要参数考虑………………………………………………………………7
2.2.1传感器的指向角……………………………………………………………72.2.2测距仪的工作频率………………………………………………………7
2.2.3声速…………………………………………………………………………8
2.2.4发射脉冲宽度………………………………………………………………8
2.2.5测量盲区……………………………………………………………………8
3．单片机智能防撞系统各组成单元设计…………………………………………9
3.1发射与接收电路的设计…………………………………………………………9
3.1.1发射电路…………………………………………………………………9
3.1.2接收电路…………………………………………………………………10
3.2系统显示电路设计………………………………………………………………10
3.3系统报警电路设计………………………………………………………………11
3.4汽车刹车电路设计………………………………………………………………11
3.5单片机复位电路…………………………………………………………………11
3.6时钟电路…………………………………………………………………………12
3.7稳压电源…………………………………………………………………………13
4．系统硬件设计………………………………………………………………………13
4.1单片机AT89C52介绍……………………………………………………………13
4.2CX20106A芯片介绍………………………………………………………………13
4.3探头CSB40T、CSB40R介绍………………………………………………………14
4.4温度传感器DS18B20介绍…………………………………………………………14
5.系统软件设计…………………………………………………………………………15
5.1主程序与流程图……………………………………………………………………15
5.2系统软件结构………………………………………………………………………15
5.3温度测量流程图…………………………………………………………………16
6．设计总结………………………………………………………………………………18
7．参考文献………………………………………………………………………………18
8.附录……………………………………………………………………………………19
。
成都学院
新型汽车电子单元电路（实验）
设计报告任务书
课程名称
设计题目
学生姓名
年级
级
专业
汽车电子
学号
2008104188
设计起止日期
2011年3月------2011年6月
设计内容：
该生设计题目为“汽车智能防撞系统设计”，设计应用单片机技术与电子技术基础相关知识，利用ATMEL公司的AT89C52单片机、DS18B20温度传感器进行温度测试，用超声波传感器测距来实现汽车制动控制防撞。
该系统采用软硬结合的方法，具有模块化和多用化的特点。
任务与要求：
1．本设计的汽车智能防撞系统设计可实现实时超声波测距，将所测距离在LCD1602上显示出来，并将该距离与事先设置参数进行比较然后对制动器进行控制，实验验证了本系统的可行性及可靠性。
2．当在探测范围内有障碍物时，蜂鸣器以一定频率鸣叫，呤叫的频率以距离定，距离越近频率越高。
3．本设计利用LCD1602和发光二极管表示传感器探测范围内是否有障碍物。
5．红色发光管D5亮表示防撞系统的制动控制开启，等灭表示制动关闭。
6．距离小于最小安全距离时，蜂鸣器不间断报警。
7．分析测量误差的原因，并加入软件补偿，提高距离计算的精度。
8．按规定完成电子技术课程设计报告书的写作，参加课程设计答辩。
主要参考资料：
1．雷辉：
《基于AT89C2051的智能倒车雷达器设计》，电气时代杂志，2005.7。
2．李丽霞：
《单片机在超声波测距中的应用》，电子技术杂志，2008.6。
3．沈红卫：
《基于单片机的智能系统设计与实现》，电子工业出版社，2009.6。
前言
随着我国经济高速发展，汽车消费量的剧增，以及“十二五”规划政府对新能源汽车产业的大力扶持，汽车相关产品发展前景良好。
但是由于频频发生的交通事故给我们造成巨大的经济损失甚至人员伤亡,因此汽车行驶的安全性受到了极大的关注。
其中汽车撞车事故是一种比较常见的、多发的交通事故。
为了最大限度地减少汽车交通事故的发生,多个国家的多个公司企业都在研究开发汽车智能刹车装置。
当汽车行驶前方出现障碍物时,汽车智能刹车系统能自动调用刹车系统,避免车祸的发生。
目前,各地区的各个公司企业研制的不同类型的汽车智能报警刹车均没有得到广泛的使用。
主要原因是目前研制的这些汽车自动报警刹车装置造价过于昂贵。
而本文设计的基于单片机的汽车智能防撞系统实现方案不仅造价成本低廉,而且性能可靠,有利于推广使用。
1.超声波测距原理
1.1超声波传感器介绍
超声波由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，而经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如液位、井深、管道长度等场合。
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，因此在测控系统的研制上得到了广泛应用。
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。
目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。
电声型主要有：
1压电传感器；
2磁致伸缩传感器；
3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。
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，例如在超声检测和诊断中习惯上都把超声传感器称作探头，而工业中采用的流体动力型传感器称为“哨”或“笛”。
压电传感器属于超声传感器中电声型的一种。
探头由压电晶片、楔块、接头等组成，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。
压电材料分为晶体和压电陶瓷两类。
属于晶体的如石英，铌酸锂等，属于压电陶瓷的有锆钛酸铅，钛酸钡等。
其具有下列的特性：
把这种材料置于电场之中，它就产生一定的应变；
相反，对这种材料施以外力，则由于产生了应变就会在其内部产生一定方向的电场。
所以，只要对这种材料加以交变电场，它就会产生交变的应变，从而产生超声振动。
因此，用这种材料可以制成超声传感器。
传感器的主要组成部分是压电晶片。
当压电晶片受发射电脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲，是逆压电效应。
当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号，是正压电效应。
前者用于超声波的发射，后者即为超声波的接收。
超声波传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。
这种超声传感器需要的压电材料较少，价格低廉，且非常适用于气体和液体介质中。
在压电陶瓷上加有大小和方向不断变化的交流电压时，根据压电效应，就会使压电陶瓷晶片产生机械变形，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。
也就是说，在压电陶瓷晶片上加有频率为f0交流电压，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气等媒介，便会发出超声波。
如果在压电陶瓷晶片上有超声机械波作用，这将会使其产生机械变形，这种机械变形是与超声机械波一致的，机械变形使压电陶瓷晶片产生频率与超声机械波相同的电信号。
压电式超声波发生器结构图如图1所示。
图1压电式超声波发生器结构图
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，超声波发生器内部结它有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转化为电信号，这时它就成为超声波传感器。
压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率f0。
发射超声波时，加在其上面的交变电压的频率要与它的固有谐振频率一致。
这样，超声传感器才有较高的灵敏度。
当所用压电材料不变时，改变压电陶瓷晶片的几何尺寸，就可非常方便的改变其固有谐振频率。
利用这一特性可制成各种频率的超声传感器。
超声波传感器的内部结构由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属壳及金属网构成，其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形辐射喇叭使发射和接收超声波能量集中，并使传感器有一定的指向角，金属壳可防止外界力量对压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的损坏。
金属网也是起保护作用的，但不影响发射与接收超声波。
1.2超声波传感器的特性
超声波传感器的基本特性有频率特性和指向特性，这里以SZW-S40-12M发射型超声波传感器为例进行说明。
频率特性:
在超声波发射传感器的频率特性曲线中，f0＝40KHz为超声发射传感器的中心频率，在f0处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强，也就是说在f0处所产生的超声声压能级最高。
而在f0两侧，声压能级迅速衰减。
因此，超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频率f0的交流电压来激励。
超声发射传感器频率特性图如图2所示。
图2超声发射传感器频率特性图
另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。
曲线在f0处曲线最尖锐，输出电信号的幅度最大，即在f0处接收灵敏度最高。
因此，超声波接收传感器具有很好的频率选择特性。
超声接收传感器的频率特性曲线和输出端外接电阻R也有很大关系，如果R很大，频率特性是尖锐共振的，并且在这个共振频率上灵敏度很高。
如果R较小，频率特性变得光滑而具有较宽得带宽，同时灵敏度也随之降低。
并且最大灵敏度向稍低的频率移动。
因此，超声接收传感器应与输入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有较高得接收灵敏度。
指向特性:
实际的超声波传感器中的压电晶片是一个小圆片，可以把表面上每个点看成一个振荡源，辐射出一个半球面波（子波），这些子波没有指向性。
但离开超声传感器的空间某一点的声压是这些子波迭加的结果（衍射），却有指向性。
1.3超声波检测概述
超声波是一种频率超过20kHz的机械波。
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—反射、折射、干涉、衍射、散射。
超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大力量，并且在不同的媒质介面，超声波的大部分能量会反射。
利用超声波检测往往比较迅速，方便，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，主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：
液位、井深、管道长度等场合。
超声波在介质（固体、液体、气体）中传播时，利用不同介质的不同声学特性对超声波传播的影响来探查物体和进行测量的技术称为超声检测。
当超声波以脉冲形式在介质中传播时，利用反射这一性质，在金属，非金属中用来探测缺陷的位置和性质，从而对钢板、锻件、焊缝、混凝土、人造石磨等进行探伤检验；
在水中，根据反射波可以探测潜水艇和鱼群，测量海底深度以及探查海底底层等；
在人体中则可以协助临床诊断疾病（如肝脓肿、肿瘤、胆结石等）和探测胎儿等。
利用超声连续波的共振性质，可以测量高压容器，锅炉，轮船甲板等的厚度或腐蚀程度，也可制成机械滤波器。
利用超声波的衰减特性，可以研究或测量材料的物理性质。
当超声波射到运动体时，利用多普勒效应，可以测量流速流量，探测心脏血管搏动等。
若将超声波作为载波传送某些信号，则可制成水中电话，水中遥测仪等，以进行水中通信。
利用超声波在固体，液体中传播的速度远小于电磁波这一特性，可制成超声延迟线和存储装置以及进行电视制式的转换。
还可利用超声波检漏、测量液位、粘度、硬度和温度等。
除此之外、声发射、声成像技术（包括声全息成像技术）的发展更大大丰富了超声检测的内容。
超声波测量在国防、航空航天、电力、石化、机械、材料等众多领域具有广泛的作用，它不但可以保证产品质量、保障安全，还可起到节约能源、降低成本的作用。
超声波与光波、电磁波、射线等检测相比，其最大特点是穿透力强，几乎可以在任何物体中传播，了解被测物体内部情况。
超声检测设备还具有结构简单，成本低廉的优点，有利于工程实际使用。
近十几年来，由于微机技术、现代电子技术、信号处理技术以及超声波产生和接收新技术的发展，突破了常规超声检测的限制，进一步开拓了其适用范围。
1.4超声波测距的原理及实现
超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。
由于应用要求限定，在这里使用脉冲反射式，即利用超声的反射特性。
超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就停止计时。
常温下超声波在空气中的传播速度为C=340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离（S），即：
S=C*t/2=C*t0，其中，t0就是所谓的渡越时间。
可以看出主要部分有：
（1）供应电能的脉冲发生器（发射电路）；
（2）使接收和发射隔离的开关部分；
（3）转换电能为声能，且将声能透射到介质中的发射传感器；
（4）接收反射声能（回波）和转换声能为电信号的接收传感器；
（5）接收放大器，可以使微弱的回声放大到一定幅度，并使回声激发记录设备；
（6）记录/控制设备，通常控制发射到传感器中的电能，并控制声能脉冲发射到记录回波的时间，存储所要求的数据，并将时间间隔转换成距离。
在超声波测量系统中，频率取得太低，外界的杂音干扰较多；
频率取得太高，在传播的过程中衰减较大。
故在超声波测量中，常使用40KHz的超声波。
目前超声波测量的距离一般为几米到几十米，是一种适合室内测量的方式。
由于超声波发射与接收器件具有固有的频率特性，具有很高的抗干扰性能。
距离测量系统常用的频率范围为25KHz～300KHz的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。
发射电路一般由振荡和功放两部分组成，负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串，并由传感器转换成声能发射出去；
接收放大器用于放大回声信号以便记录，同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号，接收放大器要有足够的频带宽度；
收/发隔离则使接收装置避开强大的发射信号；
记录/控制部分启动或关闭发射电路并记录发射的瞬时及接收的瞬时，并将时差换算成距离读数并加以显示或记录。
2.单片机控制超声波测距构想
该超声测距系统的应用背景是基于AT89S52单片机控制的超声信号发送和检测中处理。
初步计划是在室内小范围的测距，限定在4米之内。
本章从整体结构角度讨论了测距系统的组成及一些系统主要参数。
2.1超声波测距系统的总体方案
系统的设计及器件的选择也正是在这个基础上进行的，超声波测距硬件电路图如图3所示。
图3超声波测距硬件电路图
电子市场常见的超声波探头是收发分体式，一般频率为40KHz。
本设计中选用的探头是40KHz的超声传感器，有一支发射传感器CSB40T和一支接收传感器CSB40R。
电路频率的选择应该满足发射传感器的固有频率40KHz，这样才能使其工作在谐振频率，达到最优的特性。
发射电压从理论上说是越高越好，这样对于接收电路的设计就简单一些。
但是，每一支实际的发射传感器有其工作电压的极限值，即当工作电压超过了这个极限值之后，会对传感器的内部电路造成不可回复的损害。
因此，工作电压不能超过这个极限值。
发射部分的点脉冲电压很高，但是由障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压不过几十毫伏，要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定幅度。
接收部分就是由三级放大电路，检波电路及门限判别电路构成的，其中包括杂波抑制电路。
最终达到对回波进行放大检测，产生一个单片机能够识别的中断信号作为回波到达的标志
2.2系统主要参数考虑
系统的主要参数有传感器的指向角、测距的工作频率、声速、脉冲宽度、测量盲区等，下面做介绍并阐述。
2.2.1传感器的指向角
传感器的指向角是声束半功率点的夹角，是影响测距的一个重要技术参数，它直接影响测量的分辨率。
对圆片传感器来说，它的大小与工作波长λ，传感器半径r有关。
由（2π/λ）*r*sin（θ/2）=1.615
选f0=40KHz时，λ＝C/f0=8.5mm。
当f0选定后，指向角θ近似与传感器半径成反比。
指向角θ愈小，空间分辨率愈高，则要求传感器半径r愈大。
鉴于目前电子市场的压电传感片规格有限，为降低成本，在不降低空间分辨率的条件下，选用国产现有压电传感器片最大半径r=6.3mm，故θ=2*arcsin（1.615λ/2*π
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