基于單片機(jī)的倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

基于單片機(jī)倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)開(kāi)題報(bào)告一、課題背景和意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸車(chē)輛的不斷增,此產(chǎn)生的交通問(wèn)題越來(lái)越成為人們關(guān)注的問(wèn)題中車(chē)事故于發(fā)生的頻率極高引了社會(huì)和交通部門(mén)的高度重視。倒車(chē)事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車(chē)鏡有死角，駕車(chē)者目測(cè)距離有誤,視線(xiàn)模糊等原因造成倒車(chē)時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于汽車(chē)前進(jìn)時(shí)的事故率是職業(yè)駕駛員以及女性更為突出倒車(chē)事故給車(chē)主帶來(lái)許多麻,例如撞上別人的車(chē)防籠頭,如果傷及兒童更是不堪設(shè)想有于汽車(chē)高科技產(chǎn)品家族中專(zhuān)為汽車(chē)倒車(chē)泊位設(shè)置的“倒車(chē)?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生雷的加裝可以解決駕駛?cè)藛T的后顧之,大大降低倒車(chē)事故的發(fā)生汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)全稱(chēng)為倒車(chē)防撞雷達(dá)”叫“泊車(chē)輔助裝置”是汽車(chē)泊車(chē)安全輔助裝置以音或者為直觀的顯示告知駕駛員周?chē)系K物的情況除駕駛員泊車(chē)和起動(dòng)車(chē)輛時(shí)因前后左右探視所引起的困擾助駕駛員克服視野死角和視線(xiàn)模糊的缺陷提駕駛的安全倒車(chē)?yán)走_(dá)的原理與普通雷達(dá)一樣是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會(huì)與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)通過(guò)感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波,然后通過(guò)反射回來(lái)的超聲波來(lái)判斷前方是否有障礙物障礙物的距離小向形狀等只過(guò)由于倒車(chē)?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車(chē)的距離，并做出提示。二、課題任務(wù)的主要內(nèi)容此次設(shè)計(jì)采用超聲波測(cè)距原理，當(dāng)汽車(chē)與障礙物的距離小于所設(shè)定的安全距離,系統(tǒng)能發(fā)出聲光報(bào)警，并隨著距離的不斷縮近，報(bào)警頻率不斷提.超聲波測(cè)距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理器三部分組成。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波脈沖，超聲波接收器接收遇到障礙物反射回來(lái)的反射,準(zhǔn)確測(cè)量超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時(shí)間，根據(jù)超聲波的傳播速度，可以計(jì)算出障礙物距離。三、已具備條件應(yīng)用電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生已完成電子線(xiàn)路、數(shù)字電路基礎(chǔ)、單片機(jī)原理、單片四、設(shè)計(jì)思路與方案1。系模塊系統(tǒng)以微控制器AT89C51為心外電路由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、聲光報(bào)警電路、顯示模塊四部分組成2．系統(tǒng)工作過(guò)程駕駛員將手柄轉(zhuǎn)到倒車(chē)檔后統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)聲波發(fā)送模塊向后發(fā)射40kHz的超波信號(hào)經(jīng)障礙物反射由聲波接收模塊收,行放大和比較片AT89C2051將信號(hào)送入顯示模塊，同時(shí)觸發(fā)語(yǔ)。音路，發(fā)出同步語(yǔ)音提示，當(dāng)與障礙物距離小于1m、0.5m、0。25m時(shí)，出不同的報(bào)警,醒駕駛員停車(chē)。

3．各個(gè)模塊的介紹（1超波發(fā)射模塊選用軟件生超聲波,利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。(2超波接收器包括超聲波接收探頭號(hào)放大電路及波形變換電路三部分探頭變換后的正弦波電信號(hào)經(jīng)放大電路放大并進(jìn)行波形變.(3)聲光報(bào)警是指當(dāng)?shù)管?chē)?yán)走_(dá)探到的距離小于所設(shè)定的安全值時(shí)，發(fā)出聲音、點(diǎn)亮發(fā)光二極管提醒駕駛員。五、預(yù)期目標(biāo)設(shè)計(jì)制作一個(gè)基于單片機(jī)的倒車(chē)?yán)走_(dá)。超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)引言據(jù)美國(guó)的最新統(tǒng)計(jì)表明，因各種原因造成的車(chē)輛碰撞追尾事故占公路交通事故總量的90左右。因此,要降低公路交通事故，必須大力降低車(chē)輛碰撞事故，而汽車(chē)碰撞技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用有助于減少汽車(chē)碰撞事故的發(fā)生.著我國(guó)公路等級(jí)的不斷提高,別是高速公路的飛速發(fā)展，汽車(chē)的行駛速度越來(lái)越快，車(chē)流量也越來(lái)越大,車(chē)碰撞事故越來(lái)越多造成汽車(chē)碰撞的原因十分復(fù)雜有車(chē)輛自身的因素也有人為的因素，還有公路、氣象等環(huán)境因素。在上述諸多因素中，人為因素是造成汽車(chē)碰撞的主要原因。因內(nèi)外都在研究如何利用先進(jìn)的技術(shù)即汽車(chē)避撞技術(shù),助汽車(chē)駕駛者對(duì)影響公路交通安全的人車(chē)、路環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,危急情況下由系統(tǒng)主動(dòng)干涉駕駛操縱、輔助駕駛者進(jìn)行應(yīng)急處理、防止汽車(chē)相撞事故的發(fā)生。汽車(chē)避撞技術(shù)首先需要解決的問(wèn)題是汽車(chē)之間的安全距離車(chē)與汽車(chē)之間的距離超過(guò)了這個(gè)安全距離應(yīng)該能夠自動(dòng)報(bào)警,采取制動(dòng)措施.何測(cè)定汽車(chē)之間的安全距離呢？目前一般采用的技術(shù)有三種：超聲波測(cè)距；微波雷達(dá)測(cè)距；激光測(cè)距。本文著重研究超聲波測(cè)距。1超聲波測(cè)距的原理與方案設(shè)計(jì)1。1聲波測(cè)距的原理超聲波簡(jiǎn)單的說(shuō)就是音頻超過(guò)了人類(lèi)耳朵能夠聽(tīng)到的范圍般而言是指聲音超過(guò)以上,稱(chēng)之為超聲波。與光波不同，超聲波是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體、固體中傳于超聲波也是一種聲波，超聲波在媒質(zhì)中傳播的速度和媒質(zhì)的特性有關(guān)。理論上，13℃的海水里聲音的傳播速度為15OOm/s。鹽度水平為35‰，深度為Om溫為的環(huán)境下波的速度為1449.3m/s.聲音在℃空氣中傳播速度的理論值為344m/s這個(gè)速度在0時(shí)降為334m/s聲波傳輸距離首先和大氣的吸收性有關(guān)其次溫度、濕度、大氣壓也是其中的因素，而這些因素對(duì)大氣中聲波衰減的效果比較明顯。溫度是和其他常數(shù)一樣決定聲音速度的第二因素.和溫度的關(guān)系可以用以下公式來(lái)表示:C=331。45+0.61T米/)在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間可求得距離,就是超聲波測(cè)距系統(tǒng)的機(jī)理。超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來(lái)的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。由此可見(jiàn)，超聲波測(cè)距原理與雷達(dá)原理是一樣的.測(cè)距的公式表示為：式中L測(cè)量的距離長(zhǎng)度C為超聲波在空氣中的傳播速度T為測(cè)量距離傳播時(shí)間差T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半)圖1為原理圖。圖1

超聲波測(cè)距原理圖1.2關(guān)于硬件電路的方案設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)之初，有一下幾種設(shè)計(jì)方案。一種設(shè)計(jì)方案是以為核心控制;一種設(shè)計(jì)方案是以AT89C8051核心控制器；最后一種設(shè)計(jì)方案是以AT89C2051為心控制器。之所以最終選用AT89C2051為控制器是以為AT89C2051是一個(gè)2k字節(jié)可編EPROM的高性能微控制器。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51的令和引腳兼容,而是一種功能強(qiáng)大的微控制器對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活有效的解決方案。AT89C2051以下特點(diǎn)：2k字EPROM、128字節(jié)RAM、15根I/O線(xiàn)、2個(gè)16位定時(shí)/數(shù)器、5個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、1全雙向的串行口、并且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，具有4.25V至5。5V電壓工作范圍和12MHz/24MHz工作頻率同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖掉電和時(shí)鐘電路等。此外，AT89C2051支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式?？臻e時(shí)CPU停止，而讓RAM、定時(shí)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作.掉電保存RAM的容可使振蕩器停振以禁止芯片所有的其它功能直到下一次硬件復(fù)位。AT89C2051有2個(gè)16計(jì)時(shí)/數(shù)器寄存器Timer0tTimer1。為一個(gè)定時(shí)器，每個(gè)機(jī)器周期寄存器增加1這樣寄存器即可計(jì)數(shù)機(jī)器周期。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期有12個(gè)蕩器周期以計(jì)數(shù)率是振蕩器頻率的1/12.為一個(gè)計(jì)數(shù)器,該寄存器在相應(yīng)的外部輸入腳P3。4/T0和P3。5/T1上出現(xiàn)從1至0變化時(shí)增1由于需要二個(gè)機(jī)器周期來(lái)辨認(rèn)一次1圖AT89C2051腳圖0的變化，所以最大的計(jì)數(shù)率是振蕩器頻率1/24，可以外部的輸入P3。2/INT0和P3。3/INT1編程便于測(cè)量脈沖寬度的門(mén)。圖為AT89C2051管腳圖。由于AT89C2051以上的特點(diǎn)，適合試驗(yàn)研究的要求，故選用AT89C2051做控制器的方案1。3GXD40-16T3/R3聲波傳感器介紹1。3。1感器特點(diǎn)本系統(tǒng)所使用的GXD40—16T3/R3頭有一下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):1靈敏度高、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性好。2防塵耐濕、耐高低溫、耐沖擊、震動(dòng)等嚴(yán)酷環(huán)境條件。本系統(tǒng)之所以采取這樣的探頭是因?yàn)樵囼?yàn)條件、焊接條件簡(jiǎn)陋測(cè)量的精度要求較高。1.3。2探的技術(shù)指標(biāo)1中心頻率:40KHz2電容:1800pF3.輸入聲壓：≥106dB4.回波敏感度≥-75dB/V/μbar5余振時(shí)間：≤06.波束角:90度1。4總體設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)1。4。1程:30--—1000厘米(0.3--—10）。1.4.2試精度：空氣中測(cè)距精度≤溫度適應(yīng)范圍：—20~+60攝氏度。1.4.3據(jù)顯示:轉(zhuǎn)換成厘米后在LED直接顯示被測(cè)距離,度值轉(zhuǎn)換成攝氏度在LED上示1盤(pán)輸入：開(kāi)值30—-1000厘米,閉值30米,（在該范圍內(nèi)任意設(shè)置。1.4。5反面積：距離超聲波發(fā)射探1000厘米時(shí)為1平方,400厘時(shí)為0.25平方米。1.4聲波發(fā)散角選用型號(hào)401時(shí)超聲波發(fā)散角為45，(用各種不同型號(hào)探頭時(shí)發(fā)散角有所變化）。1.4串行數(shù)據(jù)輸：在顯示測(cè)距值后發(fā)送行數(shù)據(jù)共4幀,1,2幀為測(cè)距數(shù)值3，4幀為溫度數(shù)值（有利于PC計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程顯示板口數(shù)據(jù)聯(lián)接及其它功能的擴(kuò)展）。1.4.8控周期:預(yù)置開(kāi)啟，關(guān)閉數(shù)據(jù)后每秒為2周期進(jìn)行測(cè)距控制1。4。9作環(huán)境：電壓12V直流±，用干電池或充電池作電流50安(示時(shí)）。

2基于AT89C2051的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)硬件設(shè)計(jì)2.1件的實(shí)現(xiàn)AT89C2051通外部引腳。6出脈沖寬度為μs，載波為40kHz的10脈沖的脈沖群，以推挽形式加到變壓器的初級(jí),升壓變換推動(dòng)超聲波換能器發(fā)射出去.發(fā)射的同時(shí)，P1。7輸出一個(gè)高電平啟動(dòng)，給電容C4充。發(fā)射結(jié)束時(shí)高電平翻轉(zhuǎn)為低電平C4開(kāi)始對(duì)R2組的分壓器放電并輸出到比較器的負(fù)端。超聲波接收換能器將接收到的障礙物反射的超聲波送到放大器進(jìn)行放大，這是一個(gè)高增益、低噪聲放大器在對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行檢波后將檢測(cè)回波送到比較器的正輸入端發(fā)射時(shí)出的電平可以抑制比較器的翻轉(zhuǎn)，這樣就可以抑制發(fā)射裝置產(chǎn)生的超聲波直接輻射到接收裝置而導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測(cè)。圖5為超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)中超聲波測(cè)距部分的電路圖。2。1。1射部分發(fā)射部分用來(lái)對(duì)超聲波換能器進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)，將由單片機(jī)產(chǎn)生的脈信號(hào)送入發(fā)射輸入端，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大達(dá)到足夠功率之后,動(dòng)超聲波換能器產(chǎn)生超聲波所以使用脈沖信號(hào)是因?yàn)閷?shí)際的需要.α=af2式中α為衰減a介質(zhì)常數(shù)氣中a=2×10—13S2/cm），f振蕩頻率。由上面的公式可知當(dāng)f=40KHz，α=3.2×10—4/cm，1/α=31m如果f=30KHz，1/α=56m。用波方程表示超聲波αxcos(wt+kx)，么（）表示了在這個(gè)長(zhǎng)度上面聲波的振幅衰減為原來(lái)分一。由此可見(jiàn)，頻率越高，衰減越厲害，傳播的距離越短。本系統(tǒng)是近距離測(cè)量，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，頻率為為最好。如圖所示。圖3

發(fā)射部分電路2.1。2接部分接收部分主要由接收換能器和放大電路等環(huán)節(jié)組成中放大電路是一個(gè)放大倍數(shù)較高的三級(jí)運(yùn)算放大器，其功能是將從目標(biāo)處反射回來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大整形后送入計(jì)數(shù)控制電路部分于在距離較遠(yuǎn)的情況下,波的回波信號(hào)很小因而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的幅度也較小,此要求將信號(hào)放大60萬(wàn)倍左（經(jīng)計(jì)算60萬(wàn)倍左右才能使單片機(jī)工作）。因?yàn)楣采浞糯筮m合用于小信號(hào)放大以采用三級(jí)共射放大：前兩級(jí)放大100，其帶寬為15MHz能充分滿(mǎn)足要求；第三級(jí)采用運(yùn)算放大器，帶寬為4MHz在回路中采取了隔離、濾波、整形措施。調(diào)試過(guò)程中使用信號(hào)發(fā)生器送脈沖信號(hào)給接收回路，在輸出端通過(guò)示波器觀察輸出波形。如圖示圖4

接收部分電路2.1.3數(shù)控制部分由于AT89C2051本身具有定時(shí)功能，以計(jì)數(shù)部分由完并由單片機(jī)發(fā)出指令完成計(jì)數(shù)功能。2。1。4統(tǒng)控制控制由單片機(jī)AT89C2051構(gòu)成。ATB9C2051是一個(gè)字節(jié)可編程EPROM的高性能微控制器。它工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51的令和引腳兼容，因而是一種功能強(qiáng)大的微控制器，它對(duì)很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個(gè)高度靈活有效的解決方案在這個(gè)系統(tǒng)里,的作用是形成用于產(chǎn)生超聲波的號(hào)形成必要的時(shí)序控制LCD符的顯示、控制繼電器通斷以及對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。2.1.5示部分顯示部分用了一塊LED模塊單片機(jī)的接口較簡(jiǎn)單方便。在該系統(tǒng)中它要是用來(lái)顯示計(jì)數(shù)測(cè)量距離等。2.1.6源部分

電源部分由兩部分組成。一部分是單片機(jī)供電為+6V，另一部分是超聲波供電為12V.圖5

超聲波測(cè)距部分電路圖3AT89C2051軟件設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)功能，軟件設(shè)計(jì)一種分為三個(gè)部分。分辨是：主程序、定時(shí)中斷程序、外部中斷程序。主程序的作用是單片機(jī)驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器產(chǎn)生并發(fā)射超聲波時(shí)中斷程序的作用是接受超聲波的回波.外部中斷程序的作用是計(jì)算并顯示數(shù)據(jù).體的工作過(guò)程為，主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位時(shí)