基于單片機的車距檢測與防撞系統(tǒng)

1、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯科技作品展示學(xué)院專業(yè)信息: 物理與電氣工程學(xué)院電子信息專業(yè)參賽人員信息: 、作品參賽形式: 科研實物學(xué)校指導(dǎo)老師姓名：老師 作品基本信息參賽作品題目:基于單片機的車距檢測與防撞系統(tǒng)第一章 課題背景 第二章 系統(tǒng)設(shè)計的目的第三章 超聲波的簡介第四章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計第五章 設(shè)計總結(jié)第一章 課題背景隨著我國經(jīng)濟實力的提高，汽車工業(yè)的發(fā)展取得了舉世矚目的成就，中國已然成為汽車生產(chǎn)消費的大國，汽車的安全駕駛越發(fā)引起消費者的注意。隨著汽車工業(yè)的不斷進步，形式在道路上的車輛越來越多，現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快使得交通 事故發(fā)生的頻率也不斷增加。為提高汽車運行的安全性和碰撞發(fā)生的可能，特提出以單片機為核

2、心的超聲波測距和防撞系統(tǒng)，從而防止交通事故的發(fā)生。返回目錄第二章第二章 系統(tǒng)設(shè)計的目標系統(tǒng)設(shè)計的目標2.1 系統(tǒng)設(shè)計的基本要求設(shè)計的基本要求： 快速自動報警功能： 當(dāng)超聲波傳感器檢測到汽車后方障礙物與汽車的距離小于安全值時，系統(tǒng)能快速進行聲光報警； 準確地向終端報警： 能夠及時并準確地向司機進行報警，快速地實現(xiàn)安全檢測； 實時檢測功能： 監(jiān)測模塊能實時采集汽車與后方障礙物距離的變化，將這些數(shù)據(jù)定時傳送給單片機，有利于及時了解當(dāng)前所處情況是否處于安全環(huán)境之下。2.2 系統(tǒng)設(shè)計的思路 該系統(tǒng)分為監(jiān)測部分與終端接收部分。監(jiān)測部分： 通過超聲波系統(tǒng)對碰到的障礙物進行檢測，再通過單片機系統(tǒng)對接收到的數(shù)據(jù)

3、進行處理，保證在終端能準確地接收信息，蜂鳴器同時工作；終端接收部分： 終端通過單片機分析接收的相關(guān)信息，在LED上顯示與障礙物的距離。2.3 方案論證超聲波測距原理： 在利用單片機設(shè)計汽車測距與防撞系統(tǒng)中，采用的是超聲波測距技術(shù)。在實際操作中，汽車需要通過發(fā)送模塊將超聲波發(fā)送出去，當(dāng)車子前方遇到障礙物時，超聲波被阻擋反射折回，再通過接收模塊進行信號接收。超聲波測量的思想就是通過超聲波發(fā)射出去到接收到反射回波的時間間隔來計算距離。發(fā)送模塊接收模塊接收模塊l方案1：采用P3.2口接Echo，可以利用它制作超聲波檢測接受電路，且電路簡單，靈敏度高，還有較強的抗干擾能力。l方案2：采用uA741構(gòu)成兩

4、級放大電路，這是專用運算放大器，高增益，增益帶寬積大，抗干擾能力強，可測距離遠，精度高。 經(jīng)論證比較，雖然方案2相對方案1可測的更遠，但方案1已可滿足項目功能的要求，且方案1電路結(jié)構(gòu)簡單，方便調(diào)試，故采用方案1。 返回目錄發(fā)送模塊發(fā)送模塊 方案1：采用壓電式超聲波換能器。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的； 方案2：采用單片機的P1.0口接Trig（接收端）。這種電路可以提高超聲波發(fā)射強度，且電路簡單，穩(wěn)定性高。 方案3：單電源乙類互補對稱功率放大電路和UCM40T發(fā)射器。利用單電源乙類互補對稱功率放大大路驅(qū)動發(fā)射器。 經(jīng)論證比較，三種方案差距不大，但鑒于用電路簡單，故選擇方案2。

5、第三章 超聲波的簡介 超聲波的特點及應(yīng)用返回目錄 超聲波具有方向性好、在介質(zhì)中能量消耗緩慢等特點，因而可用于距離測定。超聲波傳感器是實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的裝置，又稱為超聲波換能器或者超聲波探頭。它是在超聲頻率的范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)變成聲信號的能量轉(zhuǎn)換器件。 考慮到實際情況，利用超聲波測距時，選用頻率為40KHz的超聲波。采用異地反射式來測距，即所測距離是聲波傳輸距離的一半。測量發(fā)射和接收回波的時間差T,在聲速V已知的情況下求出距離S。距離的計算公式如下： S=(VS=(V* *T)/2T)/2 第四章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 4.14.1 超聲波系統(tǒng)主流程圖 4.2 4.2 復(fù)位電路 4.3 4.3 顯示

6、電路 4.4 4.4 超聲波發(fā)送與接收模塊 4.5 4.5 報警模塊返回目錄4.1.1 超聲波系統(tǒng)主流程圖圖1 主程序流程圖圖2 按鍵中斷處理流程圖4.1.2 超聲波硬件設(shè)計與軟件編程綜合考慮，1.控制模塊采用單片機AT89S51控制；2.顯示模塊采用液晶顯示器LED數(shù)碼管顯示；3.報警模塊采用蜂鳴器。單片機AT89S51發(fā)送模塊接收模塊報警模塊數(shù)碼管顯示 其系統(tǒng)框圖如下所示：圖3 超聲波系統(tǒng)框圖返回第四章4.2 復(fù)位電路 單片機外圍需要一個復(fù)位電路，復(fù)位電路的功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤消復(fù)位信號。該設(shè)計采用含有電阻的復(fù)位電路，復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩

7、慢下降（電池電壓不足）等引起的問題，在電源電壓瞬間下降時可以使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統(tǒng)可靠復(fù)位。復(fù)位電路的設(shè)計圖如右圖所示：如圖4 復(fù)位電路返回第四章4.3 顯示電路 顯示電路采用的是共陽極8位數(shù)碼管，該顯示器與驅(qū)動電路相連用于控制LED的顯示。為使LED顯示，只需在S1，S2，S3，S4依次置為低電平信號，再給LED延時一段很小的時間，使數(shù)碼管分別顯示，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，數(shù)碼管就像同時顯示一樣。 LED顯示電路如圖所示：如圖5 LED顯示電路返回第四章4.4 超聲波發(fā)送與接收模塊 超聲波發(fā)送模塊： 主程序首先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器T0工作模式為16位定時計數(shù)器模

8、式，設(shè)置總中斷允許為EA，顯示器接P0口，P2接蜂鳴器。然后調(diào)用超聲波發(fā)生子程序送出一個超聲波脈沖，為避免超聲波從發(fā)射器直接傳送到接收器引起的直接波觸發(fā)，需延遲0.1ms秒后（這是測距器會有一個最小可測距的原因），才打開外中斷0接受返回的超聲波信號。 由于采用12MHZ的晶振，機器周期為1us，當(dāng)主程序檢測到接受成功的標志位后，將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間），按下式計算即可得到被測物體與測距儀之間的距離，設(shè)計時取聲速為0.0347cm/um,則S=(V*T0)/2(V為聲速，T0為聲波來回傳輸?shù)臅r間)，然后再用超聲波脈沖重復(fù)測量。具體電路實現(xiàn)如下圖所示：如圖6 超聲波發(fā)送模塊 超聲波接收模塊： 超聲波發(fā)送子程序和超聲波接收中斷程序。 超聲波發(fā)送子程序是通過P1.0端口發(fā)送4個左右的超聲波信號頻率約為40KHZ的方波，同時把計數(shù)器T0打開并進行計時。 超聲波測距離主程序利用外部中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接受到返回超聲波信號（INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進入中斷程序。進入中斷程序后就立即關(guān)閉計時器T0停止計時，并將測距成功標志子賦值1。 具體電路實現(xiàn)如下圖所示：如圖7 超聲波接收模塊返回第四章4.5 報警模塊 P2P2口接蜂鳴器，當(dāng)小車離障礙物的距離小于8.6cm時，置P2.0P2.0為低電平，蜂鳴器發(fā)出報警；當(dāng)小車距離障礙物的距離大于8.6 cm時