基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)開題報告

1、.基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)開題報告一、 課題背景和意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸車輛的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通問題越來越成為人們關(guān)注的問題。其中倒車事故由于發(fā)生的頻率極高，已引起了社會和交通部門的高度重視。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠(yuǎn)大于汽車前進(jìn)時的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而倒車事故給車主帶來許多麻煩，例如撞上別人的車、消防水籠頭，如果傷及兒童更是不堪設(shè)想，有鑒于此，汽車高科技產(chǎn)品家族中，專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車?yán)走_(dá)”應(yīng)運(yùn)而生，倒車?yán)走_(dá)的加裝可以解決駕駛?cè)藛T的后顧之憂，大大降低倒車事故的發(fā)生。

2、汽車倒車?yán)走_(dá)全稱為“倒車防撞雷達(dá)”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除駕駛員泊車和起動車輛時因前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員克服視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車?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與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開發(fā)的。通過感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波，然后通過反射回來的超聲波來判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車?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)采用超聲波測距原理，

3、當(dāng)汽車與障礙物的距離小于所設(shè)定的安全距離時，系統(tǒng)能發(fā)出聲光報警，并隨著距離的不斷縮近，報警頻率不斷提高。超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理器三部分組成。工作時，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的反射波，準(zhǔn)確測量超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時間，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)專業(yè)的畢業(yè)生已完成電子線路、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. 系統(tǒng)模塊系統(tǒng)以微控制器AT89C51為核心，外圍電路由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、聲光報警電路、顯示模塊四部分組成2系統(tǒng)工作過程駕駛員將手柄轉(zhuǎn)到倒車檔后，

4、系統(tǒng)自動啟動，超聲波發(fā)送模塊向后發(fā)射40kHz的超聲波信號，經(jīng)障礙物反射，由超聲波接收模塊收集，進(jìn)行放大和比較，單片機(jī)AT89C2051將此信號送入顯示模塊，同時觸發(fā)語. 音電路，發(fā)出同步語音提示，當(dāng)與障礙物距離小于1m、0.5m、0.25m時，發(fā)出不同的報警聲，提醒駕駛員停車。3各個模塊的介紹（1）超聲波發(fā)射模塊，選用軟件發(fā)生超聲波法，利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。（2）超聲波接收器包括超聲波接收探頭、信號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經(jīng)放大電路放大并進(jìn)行波形變換。（3）聲光報警是指當(dāng)?shù)管嚴(yán)走_(dá)探測到的距

5、離小于所設(shè)定的安全值時，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)制作一個基于單片機(jī)的倒車?yán)走_(dá)。超聲波倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)引言據(jù)美國的最新統(tǒng)計(jì)表明，因各種原因造成的車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，必須大力降低車輛碰撞事故，而汽車碰撞技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用有助于減少汽車碰撞事故的發(fā)生。隨著我國公路等級的不斷提高，特別是高速公路的飛速發(fā)展，汽車的行駛速度越來越快，車流量也越來越大，汽車碰撞事故越來越多。造成汽車碰撞的原因十分復(fù)雜，既有車輛自身的因素，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碰撞的主要原因。因此，國內(nèi)外都在

6、研究如何利用先進(jìn)的技術(shù)，即汽車避撞技術(shù)，輔助汽車駕駛者對影響公路交通安全的人、車、路環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，在危急情況下由系統(tǒng)主動干涉駕駛操縱、輔助駕駛者進(jìn)行應(yīng)急處理、防止汽車相撞事故的發(fā)生。汽車避撞技術(shù)首先需要解決的問題是汽車之間的安全距離。汽車與汽車之間的距離超過了這個安全距離，就應(yīng)該能夠自動報警，并采取制動措施。如何測定汽車之間的安全距離呢？目前一般采用的技術(shù)有三種：超聲波測距；微波雷達(dá)測距；激光測距。本文著重研究超聲波測距。1 超聲波測距的原理與方案設(shè)計(jì)1.1超聲波測距的原理 超聲波簡單的說就是音頻超過了人類耳朵能夠聽到的范圍.一般而言是指聲音超過20KHz以上時,稱之為超聲波.與光波不同,

7、超聲波是一種彈性機(jī)械波,它可以在氣體、液體、固體中傳播。由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，在13的海水里聲音的傳播速度為15OOm/s。在鹽度水平為35，深度為Om溫度為0的環(huán)境下，聲波的速度為1449.3m/s。聲音在25空氣中傳播速度的理論值為344m/s，這個速度在0時降為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。它和溫度的關(guān)系可以用以下公式來表示:C=331.45+0.61T(米/秒)。在使用時，如果溫度變化不大，則

8、可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離，這就是超聲波測距系統(tǒng)的機(jī)理。超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達(dá)原理是一樣的。 測距的公式表示為：L=CT 式中L為測量的距離長度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播的時間差(T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半)。圖1為原理圖。圖1 超聲波測距原理圖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)

9、計(jì)方案是以MCS-51為核心控制器；另一種設(shè)計(jì)方案是以AT89C8051為核心控制器；最后一種設(shè)計(jì)方案是以AT89C2051為核心控制器。之所以最終選用AT89C2051為控制器是以為AT89C2051是一個2k字節(jié)可編程EPROM的高性能微控制器。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51的指令和引腳兼容，因而是一種功能強(qiáng)大的微控制器，它對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個高度靈活有效的解決方案。AT89C2051有以下特點(diǎn)：2k字節(jié)EPROM、128字節(jié)RAM、15根I/O線、2個16位定時/計(jì)數(shù)器、5個向量二級中斷結(jié)構(gòu)、1個全雙向的串行口、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的電壓工作范

10、圍和12MHz/24MHz工作頻率，同時還具有加密陣列的二級程序存儲器加鎖、掉電和時鐘電路等。此外，AT89C2051還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式。空閑時，CPU停止，而讓RAM、定時/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作?？傻綦姳４鍾AM的內(nèi)容，但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16位計(jì)時/計(jì)數(shù)器寄存器Timer0t Timer1。作為一個定時器，每個機(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€機(jī)器周期有12個振蕩器周期，所以計(jì)數(shù)率是振蕩器頻率的1/12。作為一個計(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

11、上出現(xiàn)從1至0的變化時增1。由于需要二個機(jī)器周期來辨認(rèn)一次1到圖2 AT89C2051管腳圖0的變化，所以最大的計(jì)數(shù)率是振蕩器頻率的1/24，可以對外部的輸入端P3.2/INT0和P3.3/INT1編程，便于測量脈沖寬度的門。圖2為AT89C2051的管腳圖。由于AT89C2051有以上的特點(diǎn)，適合試驗(yàn)研究的要求,故選用AT89C2051做控制器的方案。1.3 GXD40-16T3/R3超聲波傳感器介紹1.3.1傳感器特點(diǎn) 本系統(tǒng)所使用的GXD40-16T3/R3探頭有一下兩個優(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、震動等嚴(yán)酷環(huán)境條件。 本系統(tǒng)之所以采取這樣的探

12、頭是因?yàn)樵囼?yàn)條件、焊接條件簡陋，對測量的精度要求較高。1.3.2探頭的技術(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/bar5.余振時間:0.8ms6.波束角度:90度1.4 總體設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)1.4.1量程：30-1000厘米 (0.3-10米) 。1.4.2測試精度： 空氣中測距精度1%；溫度適應(yīng)范圍：-20+60攝氏度 。1.4.3數(shù)據(jù)顯示： 轉(zhuǎn)換成厘米后在LED上直接顯示被測距離,溫度值轉(zhuǎn)換成攝氏度在LED上顯示。1.4.4鍵盤輸入： 開啟值30-1000厘米,關(guān)閉值30-1000厘米, (在該范圍內(nèi)任意設(shè)置)。1.4.5反射

13、面積： 距離超聲波發(fā)射探頭1000厘米時為1平方米,400厘米時為0.25平方米。1.4.6超聲波發(fā)散角： 選用型號401型時超聲波發(fā)散角為45度, (選用各種不同型號探頭時,發(fā)散角有所變化)。1.4.7串行數(shù)據(jù)輸出： 在顯示測距數(shù)值后發(fā)送1200BIT串行數(shù)據(jù) 共4幀,1,2幀為測距數(shù)值,3,4幀為溫度數(shù)值(有利于PC計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程顯示板串口數(shù)據(jù)聯(lián)接及其它功能的擴(kuò)展)。1.4.8測控周期： 預(yù)置開啟,關(guān)閉數(shù)據(jù)后每秒為2次周期進(jìn)行測距控制。1.4.9工作環(huán)境： 電壓12V直流10%,用干電池或充電池,工作電流50毫安(顯示時)。2 基于AT89C2051的超聲波倒車?yán)走_(dá)的硬件設(shè)計(jì)2.1硬件的實(shí)現(xiàn)

14、 AT89C2051通過外部引腳P1.6輸出脈沖寬度為250s，載波為40kHz的10個脈沖的脈沖群，以推挽形式加到變壓器的初級，經(jīng)升壓變換推動超聲波換能器發(fā)射出去。在發(fā)射的同時，P1.7輸出一個高電平啟動，給電容C4充電。發(fā)射結(jié)束時高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，C4開始對R2、R3組成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，這是一個高增益、低噪聲放大器，在對放大后的信號進(jìn)行檢波后將檢測回波送到比較器的正輸入端。發(fā)射時P1.7輸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)致錯誤檢測。圖5為超聲波倒車?yán)走_(dá)中

15、超聲波測距部分的電路圖。2.1.1發(fā)射部分發(fā)射部分用來對超聲波換能器進(jìn)行功率驅(qū)動，將由單片機(jī)產(chǎn)生的40KHZ脈沖信號送入發(fā)射輸入端，經(jīng)過驅(qū)動放大達(dá)到足夠功率之后，推動超聲波換能器產(chǎn)生超聲波。之所以使用40KHz的脈沖信號是因?yàn)閷?shí)際的需要。=af2 式中為衰減，a為介質(zhì)常數(shù)(空氣中a=210-13S2/cm)，f為振蕩頻率。由上面的公式可知，當(dāng)f=40KHz時,=3.210-4/cm，1/=31m。如果f=30KHz，1/=56m。用波動方程表示超聲波A=A0e-xcos(wt+kx)，那么(1/)表示了在這個長度上，平面聲波的振幅衰減為原來e分之一。由此可見，頻率越高，衰減越厲害，傳播的距離越

16、短。本系統(tǒng)是近距離測量，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，頻率為40KHz為最好。如圖3所示。圖3 發(fā)射部分電路2.1.2接收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。其中放大電路是一個放大倍數(shù)較高的三級運(yùn)算放大器，其功能是將從目標(biāo)處反射回來的微弱信號進(jìn)行放大整形后送入計(jì)數(shù)控制電路部分。由于在距離較遠(yuǎn)的情況下，聲波的回波信號很小，因而轉(zhuǎn)換為電信號的幅度也較小，為此要求將信號放大60萬倍左右(經(jīng)計(jì)算,60萬倍左右才能使單片機(jī)工作)。因?yàn)楣采浞糯筮m合用于小信號放大，所以采用三級共射放大:前兩級放大100倍，其帶寬為15MHz能充分滿足要求;第三級采用運(yùn)算放大器，帶寬為4 MHz。在回路中采取了隔離、濾波、整形措

17、施。調(diào)試過程中使用信號發(fā)生器送脈沖信號給接收回路，在輸出端通過示波器觀察輸出波形。如圖4所示圖4 接收部分電路2.1.3計(jì)數(shù)控制部分由于AT89C2051本身具有定時功能，所以計(jì)數(shù)部分由AT89C2051完成并由單片機(jī)發(fā)出指令完成計(jì)數(shù)功能。2.1.4系統(tǒng)控制控制由單片機(jī)AT89C2051構(gòu)成。ATB9C2051是一個2k字節(jié)可編程EPROM的高性能微控制器。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51的指令和引腳兼容，因而是一種功能強(qiáng)大的微控制器，它對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個高度靈活有效的解決方案。在這個系統(tǒng)里，它的作用是形成用于產(chǎn)生超聲波的40KHZ信號、形成必要的時序、控制LCD字符的顯示、控制繼電器通斷

18、以及對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。2.1.5顯示部分顯示部分用了一塊LED模塊，和單片機(jī)的接口較簡單方便。在該系統(tǒng)中，它主要是用來顯示計(jì)數(shù)，測量距離等。2.1.6電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 超聲波測距部分電路圖3 AT89C2051的軟件設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)功能，軟件設(shè)計(jì)一種分為三個部分。分辨是：主程序、定時中斷程序、外部中斷程序。主程序的作用是單片機(jī)驅(qū)動超聲波傳感器產(chǎn)生并發(fā)射超聲波。定時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)。具體的工作過程為，主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器T0工作模式為16位定時計(jì)數(shù)器模式。