汽車防撞測距報警系統(tǒng)的設計

1、汽車防撞測距報警系統(tǒng)的設計學院自動化學院專業(yè)測控技術與儀器班級學號姓名指導教師負責教師2010 年 6 月摘摘要要近年來，我國道路交通安全形式越來越嚴峻，如果能夠在事故發(fā)生前提醒駕駛員并采取一定的安全措施，就可以有效的減少交通事故的發(fā)生。 汽車防撞測距報警系統(tǒng)正是基于提高車輛的主動安全性來實現在行車過程中，給駕駛員提供必要提示的設施。本文設計了一個基于AT89C52單片機的汽車防撞測距報警系統(tǒng)，利用超聲波測距傳感器對汽車前方的障礙物進行檢測，并把檢測距離以數值的形式指示給駕駛員，達到危險距離時會發(fā)出急促的報警，防護距離可以利用鍵盤自由設定。其它三個方向利用光電傳感器對障礙物進行檢測， 有障礙物

2、時會把障礙物位置只是給駕駛員并發(fā)出急促的報警聲。 該系統(tǒng)電路結構簡單，原理清晰，應用性比較強，性價比高。雖然測距范圍有限，但是可擴展性比較強，其測距范圍主要取決于傳感器，可以選擇其它型號的傳感器來改變測距范圍。關鍵詞：單片機；超聲波；防撞；測距Vehicle Collision Avoidance Warning System Design RangeAbstractIn recent years, more and more severe forms of road safety,we can effectively reducetraffic accidents if we can rem

3、ind the driver to take certain safety measures before theaccident. Automotive collision avoidance warning system is based on distance to improvethe active safety of vehicles to achieve in driving the process, to prompt the driver toprovide the necessary facilities.Paper is based on AT89C52 microcont

4、roller vehicle collision avoidance warningsystem for distance, the system uses ultrasonic distance sensor to detect obstacles in frontof cars, and the detection distance of a digital display to the driver, will be issued when therisk from rapid alarm, danger from the keyboard can be set freely. The

5、other threedirections using photoelectric sensors to detect obstacles, there is an obstruction to thedriver will only obstacle position and issued a hasty alarm. That this system is simple, clearprinciples, application of relatively strong, cost-effective. Although limited in scoperanging, but relat

6、ively strong scalability, its working range depends primarily on sensors,you can choose other types of sensors to change the range.Keywords: monolithic integrated circuit; ultrasonic wave; crash; ranging目目錄錄1 緒論.01.1 課題的意義. 01.2 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的設計內容. 01.3 單片機簡介及在系統(tǒng)中的應用. 11.4 本文的內容安排. 22 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的總體方案設計

7、.32.1 方案論證. 32.1.1 測距傳感器介紹.32.1.2 測距傳感器的選擇.42.1.3 系統(tǒng)方案.42.2 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的硬件設計. 52.3 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟件設計. 52.4 可行性及性價比分析. 73 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的硬件設計.83.1 單片機及其基本電路. 83.1.1 單片機及內部定時器/計數器.83.1.2 時鐘電路.93.1.3 復位電路.93.2 傳感器電路. 103.2.1 超聲波測距傳感器電路.103.2.2 光電傳感器檢測電路.123.3 鍵盤電路. 133.4 數碼管顯示電路. 143.5 指示及報警電路. 154 汽車防撞測距報警系統(tǒng)

8、的軟件設計.174.1 主程序設計. 174.2 子程序設計. 174.2.1 按鍵識別程序.174.2.2 超聲波測距程序.184.2.3 數制轉換程序.194.2.4 顯示程序.204.2.5 報警子程序.215 系統(tǒng)調試與分析.235.1 單片機仿真系統(tǒng)介紹. 235.2 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的硬件調試. 235.3 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟件調試. 245.4 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟硬件聯調. 245.5 汽車防撞測距報警系統(tǒng)的調試結果及其分析. 255.5.1 調試故障及解決方案.255.5.2 測試結果.255.5.3 誤差計算及精度估計.265.5.4 誤差分析.26結論.27

9、社會經濟效益分析.28參考文獻.29致謝.30附錄元器件清單.31附錄 整體電路圖.32附錄 程序清.331緒論緒論隨著社會經濟的發(fā)展，交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數量在大幅攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經濟的汽車防撞測距報警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測量方法，應用于汽車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及汽車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波的傳輸的基本特性折射，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距就是利用其反射特性，當車輛附近有障礙物時， 超聲波測距傳感器利

10、用超聲波檢測車輛附近的障礙物位置，并利用顯示器，指示燈及蜂鳴器把障礙物的位置及距離通知駕駛人員，從而減少意外事故的發(fā)生。1.1 課題的意義課題的意義發(fā)展汽車防撞技術，對提高汽車智能化水平有重要意義。據統(tǒng)計，危險境況時，如果能給駕駛員半秒鐘的預處理時間，則可分別減少追尾事故的 30%，路面相關事故的50%，迎面撞車事故的 60%; 1 秒鐘的預警時間可防止 90%的追尾碰撞和 60%的迎頭碰撞。理論上，汽車防撞裝置可在任何天氣、任何車速狀態(tài)下探測出將要發(fā)生的危險情況并及時提醒司機及早采取措施或自動緊急制動，避免嚴重事故發(fā)生。車輛防撞技術作為智能運輸系統(tǒng)的一個子課題，將不斷成熟和完善，防撞系統(tǒng)的應

11、用可以縮短車輛間的安全行車距離，還可以實現安全超車，保證高速運行車輛的安全性，提高公路運輸效率，促進經濟的快速發(fā)展。1.2 汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的設計內容的設計內容設計一個汽車防撞測距報警器， 能檢測出汽車前后左右四個方向的障礙物并發(fā)出報警信號。要求能檢測出前方障礙物的距離，并用數字顯示給駕駛員，在危險距離時要發(fā)出急促的報警聲。本畢業(yè)設計要求設計汽車防撞測距報警器，裝置由檢測電路，控制電路，鍵盤電路和報警電路組成，其特征為：1以 MCS-51 單片機為控制核心。2報警電路采用滴滴聲加閃光報警。3用數碼管顯示前方障礙物的距離。4保護距離可以人為設置。1.3 單片機單片機簡介及

12、在系統(tǒng)中的應用簡介及在系統(tǒng)中的應用單片機是在一塊硅片上集成了中央處理器（CPU） 、存儲器（RAM、ROM、EPROM）和各種輸入/ 輸出接口（定時器、計數器、并行 I/O 口、串行口、A/D 轉換器以及脈沖調制器 PWM 等） ，這樣一塊芯片具有一臺計算機的功能，因而被稱為單片機。由于單片機的硬件結構與指令系統(tǒng)的功能都是按工業(yè)控制要求而設計的，常用在工業(yè)的檢測、控制裝置中，因而也稱為微控制器或嵌入式控制器。單片機根據其基本操作處理的位數可分為 1 位單片機、4 位單片機、8 位單片機、16 位單片機、32 位單片機。單片機作為微型計算機的一個很重要的分支，自 70 年代問世以來，以極其高的性

13、能價格比，受到人們的重視和關注，應用很廣，發(fā)展也很快。單片機的優(yōu)點很多，如體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易等。單片機主要可用于以下幾方面:（1）測控系統(tǒng)中的應用控制系統(tǒng)特別是工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，各種干擾也強，而且往往要求實時控制，故要求控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強。單片機是最適宜用于控制領域。例如爐子恒溫控制、電鍍生產線自動控制等。（2）智能儀表中的應用用單片機制作的測量、控制儀表，能使儀表向數字化、智能化、多功能化、柔性化發(fā)展，并使監(jiān)測、處理、控制等功能一體化，使儀表重量大大減輕，便于攜帶和使用，同時降低了成本， 提高了性

14、能價格比。 如數字式 RLC 測量儀、 智能轉速表、 計時器等。（3）智能產品單片機與傳統(tǒng)的機械產品結合，使傳統(tǒng)機械產品結構簡化、控制智能化，構成新型的機電一體化產品。如數控車床、智能電動玩具、各種家用電器和通信設備等。（4）在智能計算機外設中的應用在計算機應用系統(tǒng)中，除通用外部設備(鍵盤、顯示器、打印機)外，還有許多用于外部通信、數據采集、多路分配管理、驅動控制等接口。主機和單片機能并行工作，這不僅大大提高系統(tǒng)的運算速度，而且單片機還可對接口信息進行預處理，以減少主機和接口間的通信密度、提高接口控制管理的水平。如繪圖儀控制器，磁帶機、打印機的控制器等等。綜上所述，單片機在很多應用領域都得到了

15、廣泛的應用。由于單片機體積小、重量輕、抗干擾能力強、環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性高、靈活性好、開發(fā)較為容易等，本系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，它對本系統(tǒng)中的鍵盤電路和傳感器檢測電路等部分輸出的信號進行分析和處理，來控制顯示電路、指示電路和報警電路等有序的工作。1.4 本文的內容安排本文的內容安排本文共5章，各章內容如下：第1章為緒論，主要介紹了本設計的課題意義、設計內容及單片機的發(fā)展和應用。第2章為汽車防撞測距報警系統(tǒng)的總體方案設計，主要介紹了本設計的軟件和硬件的總體設計、方案的選擇及可行性分析第3章為汽車防撞測距報警系統(tǒng)的硬件設計，本部分詳細介紹了各個電路的組成及

16、工作過程。第4章為汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟件的軟件設計，本部分對各個子程序進行了詳細介紹。第5章為系統(tǒng)的調試與分析，本部分主要介紹了軟硬件的調試和聯調過程，并對調試結果進行分析處理。2汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的總體方案設計的總體方案設計本課題是利用單片機的運算和控制功能設計了一個汽車防撞測距報警系統(tǒng)， 實現了檢測出汽車前后左右四個方向的障礙物位置和前方障礙物的具體距離， 并用數字顯示，在危險距離時發(fā)出急促的報警聲。本章主要介紹了汽車防撞測距報警系統(tǒng)的方案論證和本系統(tǒng)所采用的軟件方案和硬件方案。2.1 方案論證方案論證2.1.1 測距傳感器介紹測距傳感器介紹測距傳感器主要有激光測

17、距傳感器、超聲波測距傳感器及紅外測距傳感器。激光測距傳感器工作時，先由激光二極管對準目標發(fā)射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經歷的時間，即可測定目標距離。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法 TOF（timeofflight）。首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經歷的時間， 再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離。常溫下超聲波在空氣中的傳播速度為C=340m/s， 根據計時器記錄的時間

18、T，就可計算出發(fā)射點到距障礙物的距離 S，即：紅外測距傳感器利用紅外信號遇到障礙物距離的不同反射的強度也不同的原理， 進行障礙物遠近的檢測。紅外測距傳感器具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢測方向遇到障礙物時，紅外信號反射回來被接收管接收，經過處理之后就可測出實際距離。2TCs(2.1)2.1.2 測距傳感器的選擇測距傳感器的選擇激光測距需要注意人體安全，且制做的難度較大，成本較高，而且光學系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測量。紅外測距精度低，距離近，方向性差。汽車防撞測距報警系統(tǒng)的工作環(huán)境復雜，測量距離要求也比較高，所以這兩種測

19、距傳感器都不適合。而超聲波測距比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒有堵死就可以測量，可以在較差的環(huán)境中使用，測量距離可達幾十米甚至上百米，完全滿足本系統(tǒng)的要求，所以本設計采用超聲波測距傳感器實現障礙物距離測量。2.1.3 系統(tǒng)系統(tǒng)方案方案根據設計任務要求， 本文所設計的汽車防撞測距報警系統(tǒng)的原理框圖如圖2.1所示。系統(tǒng)選擇MCS51系列單片機89C52作為控制核心，門控信號由89C52內部的定時器/計數器產生，所測數值通過由4位LED構成的顯示電路顯示出來。報警電路用于實現危險時的聲光報警，鍵盤可以根據實際需要設置危險距離的數值。光電傳感器用于檢測左右和后方的障礙物，超聲波測距傳感器用于檢測

20、前方障礙物的距離。圖 2.1 系統(tǒng)框圖89C52單片機鍵盤LED 顯示器光電傳感器發(fā)光二極管超聲波測距傳感器報警電路工作過程：傳感器部分要有一個超聲波測距傳感器實現前方遠距離測距，另外還要有三個光電傳感器來實現左右后三個方向的檢測， 當左右后三個方向有障礙物時光電傳感器輸出開關量信號傳送給單片機， 通過單片機處理控制發(fā)光二極管指示障礙物位置并控制報警器實現報警。 超聲波傳感器輸出的信號通過單片機計算獲得障礙物距離并通過 LED 顯示器顯示，并與鍵盤設定的保護距離作比較，小于保護距離就通過反光二極管指示障礙物位置并報警。該方案電路結構簡單，原理清晰，應用性比較強，性價比高，可擴展性比較強。檢測范

21、圍只受傳感器的性能影響，可根據實際需要更換傳感器型號來實現預期目的，實現了電路測量范圍的可變性。2.2 汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的硬件設計的硬件設計根據系統(tǒng)原理框圖，可知本系統(tǒng)的硬件部分主要是由指示電路、鍵盤電路、數碼管顯示電路及單片機相關電路組成。指示電路用單片機控制四個發(fā)光二極管實現指示四個方向障礙物位置。鍵盤電路包括 3 個鍵盤，包括默認鍵、自加鍵和確認健。當默認鍵按下時，系統(tǒng)取消保護距離設定，將采用系統(tǒng)默認保護距離。當自加鍵按下時，百位數字將在 09循環(huán)中加一，實現保護距離設置。當確認鍵按下時，保護距離設置完成。數碼管顯示電路采用四位共陰極七段數碼管實現保護距離和前方實

22、際障礙物距離的顯示，其中后三位用來顯示測量值，第一位用來顯示設定值。單片機采用 89C52 是系統(tǒng)控制及數據處理的核心。2.3 汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟件設計的軟件設計硬件是基礎，軟件是靈魂。 通過軟件控制單片機的功能是單片機的主要特點和優(yōu)點，程序的設計要考慮合理性和可讀性。程序遵循模塊化設計的原則，采用自頂向下的設計方法。模塊化設計使程序的可讀性好、修改及完善方便。本系統(tǒng)的程序由主程序和數個子程序組成。 其中子程序包括系統(tǒng)初始化程序、鍵盤識別程序、超聲波測距程序、數制轉換程序和顯示程序等。本系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)初始化設定保護

23、距離掃描左右后三個方向傳感器是否有信號變化？指示位置加報警計算實際距離并顯示比較是否小于保護距離？顯示保護距離超聲波測距子程序開始YYNN上電后，系統(tǒng)軟件開始運行，首先進入初始化程序，然后通過鍵盤對保護距離進行設定并顯示，設定結束后對左右后三個方向進行檢測有無障礙物，有就跳轉至指示位置和報警子程序，沒有就啟動超聲波傳感器對前方進行檢測并計算出障礙物距離，然后顯示障礙物距離，并與設定的保護距離進行比較，小于保護距離就報警和指示障礙物位置，然后再返回進行檢測，顯示，指示及報警，如此循環(huán)。2.4 可行性及性價比分析可行性及性價比分析本設計采用的器件都是比較常用的器件， 都可批量生產，功能比較穩(wěn)定并且

24、價格也十分低廉。如 AT89C52 單片機、超聲波傳感器、光電傳感器、同相驅動器 7407 以及七段數碼管等。尤其是本次設計的核心元件 AT89C52 單片機，軟件成熟，并具有種類齊全的支持芯片。這類微處理器既可用作控制器又適合于做數據處理，而且成本也比較低廉。由于本次設計著重考慮硬件電路的簡單性， 故盡可能減少硬件的復雜性，節(jié)省線路板的空間，達到硬件電路最優(yōu)化設計。軟件采用匯編語言編寫，采用模塊化設計思想，程序可讀性強?？偟恼f來，本次設計具有電路簡單、低成本、高性能的優(yōu)點，如投入使用是能夠為社會帶來較高的經濟效益的。3汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的硬件設計的硬件設計汽車防撞測距報

25、警系統(tǒng)的硬件部分主要是由數碼管顯示電路、指示電路、鍵盤電路及單片機相關電路組成。3.1 單片機及其基本電路單片機及其基本電路3.1.1 單片機及內部定時器單片機及內部定時器/計數器計數器單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。它由微處理器、數據存儲器、程序存儲器、并行 I/O 口、串行口、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器等功能部件組成，能完成算術運算、過程控制、顯示等功能，而且具有極為靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進行功能擴展及改進。本設計以 89C52 單片機為核心，利用它內部的定時器/計數器完成待測信號的測量。單片機 89C52 內部具有 3

26、 個 16 位定時器/計數器，定時/計數器的定時、計數和計數溢出中斷等功能可通過編程實現。其引腳圖如圖 3.1 所示。圖 3.1 單片機芯片引腳圖本設計中，最主要的測距功能是利用單片機內部的定時/計時器實現的，采用 T0 作為定時器，T1 作為計時器。計時器 T1 對外部信號的高電平持續(xù)時間進行計時，如果外部信號沒有高電平變化，系統(tǒng)就會等待高電平而不能繼續(xù)執(zhí)行，此時就需要定時器來控制等待時間，定時時間到就放棄計時，使系統(tǒng)正常工作。VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EAALE PSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0AT89C5

27、240 39 3837 36 35 34 33 3231 301292827 26 25 24 2321221014 15 16 17201918131298741165323.1.2 時鐘電路時鐘電路時鐘是計算機的心臟，控制著計算機的工作節(jié)奏。單片機內部有一個由高增益反相放大器組成的振蕩器。反相放大器輸入端為 XTAL1，輸出端為 XTAL2。單片機的振蕩方式有兩種，即內部方式和外部時鐘方式。單片機的內部時鐘如圖 3.2 所示。它是利用芯片內部反相器和電阻組成的振蕩電路， 在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上跨接晶體振蕩器和微調電容，從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，構成單片機的時鐘電路。晶振

28、可以在1.2MHz12MHz 之間選用，電容 C1、C2 可以在 20pF100pF 之間選擇，它的主要作用是幫助振蕩器起振，其值的大小對振蕩器頻率有微調作用。本系統(tǒng)中的晶振選擇為11.0592MHz，C1=C2=30PF。圖 3.2 單片機內部時鐘電路3.1.3 復位電路復位電路89C52 的復位輸入引腳 RST（即 RESET）為 89C52 提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器中的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。在 89C52 的時鐘電路工作后，只要在 RST 引腳上出現兩個機器周期以上的高電平時，單片機內部則初始復位。只要 RST 保持高電平，則 8

29、9C52 循環(huán)復位。只有當 RST 由高電平變成低電平以后，89C52 才從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)的復位電路是采用按鍵復位的電路， 如圖 3.3 所示，是手動復位和上電復位的組合。當 89C52 的 ALE 及 PSEN 兩引腳輸出高電平，RST 引腳為高電平時，單片機復位。 當系統(tǒng)運行出現異常或死循環(huán)時， 通過按動按鈕產生高電平復位稱手動復位。上電時，剛接通電源，電容 C 相當于瞬間短路，高電平立即加到 RST/VPD 端，該高電平使 89C52 全機自動復位，這就是上電復位。按下按鈕，則直接把高電平加到了RST/VPD 端從而復位稱為手動復位。若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行，

30、只需按動按鈕XLAT1CC晶振30PF30PFXLAT2XLAT1AT89C52即可，復位后，P0 到 P3 并行 I/O 口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有 SBUF寄存器狀態(tài)不確定。為了保證電容充電時間足夠長，應是電容值較大。R7 和 R8 的選擇主要考慮到 R7 的分壓作用，使 R7 的分壓值最大能達到高電平，各參數選擇為：C=22F，R7=1 K，R8=100，在按鍵后復位端的電平能達到 4.5V。圖 3.3 單片機復位電路3.2 傳感器電路傳感器電路3.2.1 超聲波測距傳感器電路超聲波測距傳感器電路本部分采用DYP-ME007超聲波測距傳感器，DYP-ME007超聲波測模塊可提

31、供3cm-3.5m的非接觸式距離感測功能，包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。其基本工作原理為給予此超聲波測距模塊一觸發(fā)信號后發(fā)射超聲波， 當超聲波投射到物體而反射回來時，模塊輸出一回響信號，以觸發(fā)信號和回響信號間的時間差，來判定物體的距離。主要技術參數：1使用電壓：DC5V2靜態(tài)電流：小于2mA3電平輸出：高電平VCC-0.2V 低0.2V4感應角度：不大于15 度5探測距離：2cm-500cm6探測精度：3MM超聲波測距模塊的接腳圖如圖3.4，使用上只需要5V電源供應、地線連接、觸發(fā)信號輸入、與回響信號輸出等四支接腳。使用方法：RSTAT89C52+5VCR7R8S（1）采用IO觸發(fā)測距，

32、給TRIG至少10s的高電平信號（實際上25s最佳);（2）模塊自動發(fā)送8個40kHz的方波，自動檢測是否有信號返回；（3）有信號通過ECHO 返回，ECHO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。根據公式2.1方可算出距離.如此不斷的周期測,就可以測出距離。圖 3.4 超聲波測距模塊的接腳圖超聲波測距傳感器與單片機的連接圖如圖 3.5 所示，工作時單片機 P3.1 口首先輸出一個 10s 高電平脈沖，然后 P3.3 口等待高電平，利用單片機的計時功能獲得高電平時間，從而實現測距功能。AT89C52P3.1P3.3VCCTrigEcho超聲波測距圖 3.5 超聲波測距傳感器

33、與單片機連接圖3.2.2 光電傳感器檢測電路光電傳感器檢測電路在汽車防撞測距報警系統(tǒng)中， 汽車的左、右及后方三個方向也要對障礙物進行檢測，由于此部分不要求測出實際距離，只需檢測車體附近有無障礙物即可，所以本部分選擇了光電開關。光電開關工作原理是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的。 光電開關在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器，接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾

34、出有效信號和應用該信號。 此外，光電開關的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。三角反射板是結構牢固的反射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線， 經過反射后， 還是從這根反射線返回。 其原理圖如圖3.6。圖 3.6光電開關的原理圖本系統(tǒng)中光電傳感器采用三個 E3F3-DS50N1 型光電開關， 分別對汽車左后及后方三個方向的障礙物進行檢測，測量范圍為 50cm，當障礙物距離車體距離小于 50cm 時，光電開關輸出信號的電平變化會被單片機獲取， 單片機會控制指示電路和報警電路指示障礙物位置并

35、報警。其與單片機的連接電路如圖 3.7。vccvccvcc圖 3.7光電開關與單片機的連接電路3.3鍵盤電路鍵盤電路在本設計中， 利用鍵盤進行各個功能的選擇， 它是系統(tǒng)進行人機對話的重要部件。由于系統(tǒng)需要的按鍵較少，因此只采用了獨立式鍵盤。此種鍵盤各鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下。獨立式鍵盤電路的連線圖如圖 3.8 所示。采用查詢方式，通過判斷 P0.0P0.2的高低電平變化來識別鍵盤上是哪個功能鍵閉合。圖 3.8 電路中，1 號鍵為默認功能鍵，2 號鍵為自加功能鍵，3 號鍵為確認功能鍵。AT89C52P1.5P1.6P1.7VCCO

36、UTGND光電開關VCCOUTGNDVCCOUTGND光電開關光電開關123Vcc3.9K3圖 3.8 鍵盤原理圖3.4 數碼管顯示數碼管顯示電路電路LED 是發(fā)光二極管的縮寫。LED 顯示器由發(fā)光二極管構成的，所以在顯示器前面冠以“LED” 。LED 顯示器在單片機系統(tǒng)中的應用非常普遍。常用的 LED 顯示器為 8 段，每一個段對應一個發(fā)光二極管，有共陽極和共陰極兩種，本系統(tǒng)中采用的是共陰極的 LED 顯示器。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。為了使 LED 顯示器顯示不同的符號或數字，

37、就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為 LED 顯示器提供代碼，因為這些代碼可使 LED 相應的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱之為段碼。LED 外觀圖如圖 3.9 所示，內部圖如圖 3.10 所示。AT89C52P0.0P0.1P0.2abcdefgdpdgd圖 3.9LED 外觀圖圖 3.10 共陰極 LED 內部圖顯示電路中，由四位 LED 顯示器組成，后三位顯示所測量的數值，第一位顯示設定值。 在硬件設計中， 其電路圖如圖 3.11 所示。 顯示電路采用動態(tài)顯示， 工作時 AT89C52單片機的 P0.4P0.7 引腳控制四位共陰極顯示器的位選，P2 口輸出段碼。A74LK77

38、77741234Vcc.1008圖 3.11 顯示電路圖3.5 指示及報警指示及報警電路電路本部分電路由五個發(fā)光二極管和一個蜂鳴器組成， 指示電路利用四個發(fā)光二極管實現指示障礙物位置； 報警電路是由一個發(fā)光二極管作為閃光燈和一個蜂鳴器發(fā)出急促的報警聲組成。指示及報警電路如圖 3.12。Vcc470470AT89C52P0.7P0.6P0.5P0.4P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.774047407AT89C52P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4圖 3.12 指示及報警電路圖本電路中，P1.0-P1.3 口控制四個發(fā)光二極管，分別指示前后左右四個方向是否有障礙

39、物，哪個方向有障礙物哪個二極管就亮；P1.4 控制報警電路，報警時 P1.4 口輸出一個方波信號，使發(fā)光二極管不停地閃爍和蜂鳴器發(fā)出急促的報警聲。蜂鳴器由PNP 型三極管驅動。4704704702K20蜂鳴器4汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟件設計的軟件設計軟件的設計應遵循結構化設計原則， 在總體概況設計的基礎上進行具體的詳細設計、功能分解、模塊劃分、細化軟件層次、優(yōu)化軟件結構，以達到模塊功能的獨立性，執(zhí)行的高效性。該系統(tǒng)的軟件程序由主程序和數個子程序模塊組成，其中子程序包括系統(tǒng)初始化程序、按鍵識別程序、超聲波測距程序、數制轉換程序、報警和顯示程序等。4.1 主程序設計主程序設計系

40、統(tǒng)軟件開始運行，首先進入初始化程序，然后通過鍵盤對保護距離進行設定并顯示，設定結束后對左右后三個方向進行檢測有無障礙物，有就跳轉至指示位置和報警子程序，沒有就啟動超聲波傳感器對前方進行檢測并計算出障礙物距離，然后顯示障礙物距離， 并與設定的保護距離進行比較， 小于保護距離就報警和指示障礙物位置，然后再返回進行檢測， 顯示， 指示及報警， 如此循環(huán)。 其主程序流程圖如圖 2.2 所示。4.2 子程序設計子程序設計4.2.1 按鍵識別程序按鍵識別程序本系統(tǒng)中，鍵盤采用編程掃描的工作方式。按鍵識別程序由三個部分組成。(1) 判斷有無鍵閉合。(2) 去除鍵的機械抖動。其方法為，判別出鍵盤上有鍵閉合后，

41、延遲一段時間后再判別鍵盤的工作狀態(tài)，若仍有鍵閉合，則認為鍵盤上有一個鍵處于穩(wěn)定的閉合期，否則認為是鍵的抖動。(3) 判別是哪個鍵按下，再轉入相應的功能測試程序中。該程序流程圖如圖 4.1 所示。開始圖 4.1 鍵盤識別程序流程圖4.2.2 超聲波測距超聲波測距程序程序在本模塊中，采用單片機內部時鐘方式進行計時和定時，選用 11.0592MHz 的晶振。被測信號由 P3.3 引腳輸入，P3.1 作為超聲波傳感器的控制信號。當 P3.1 引腳為10us 高電平以后，啟動定時器定時 5ms，然后等待 P3.3 引腳由低電平變?yōu)楦唠娖?。如果?5ms 后 P3.3 口電平還沒有變化，則說明超聲波沒有檢

42、測到障礙物，此時停止等待，去執(zhí)行下一模塊程序；如果在 5ms 內 P3.3 口電平低電平變?yōu)楦唠娖剑砰_始計時，即啟動計時器 T1 對外部超聲波傳感器產生信號的高電平時間進行測量，當檢測到單片機 P3.3 引腳變?yōu)榈碗娖綍r停止計時，獲得高電平時間。該程序流程圖如圖4.2 所示。NY調用延時程序消抖判斷是否有鍵按下？確定按鍵位置調用相應功能模塊返回判斷是否真的有鍵按下？NY開始圖 4.2 超聲波測距程序流程圖4.2.3 數制轉換程序數制轉換程序為顯示距離，必須將二進制碼轉換為 BCD 碼。在二進制中，每向左移一位表示數乘以二倍。每四位為一組對二進制數分組。當第四位向第五位進位時，數由 8 變到1

43、6，若按十進制讀數，則丟失 6?？梢姡D換可由移位的方法實現。單片機中 DA 指設置 T0,T1 控制字P3.1 口輸出 10us 高電平啟動定時器 T0定時時間到？P3.3 口是否變?yōu)楦唠娖?？啟動計時器 T1P3.3 口是否變?yōu)榈碗娖剑筷P閉計時器 T1讀 TH1,TL1 的值返回YYYNNN令可完成這一調整。 DA 操作數為 8 位。 數字量經過系數調整后， 高 8 位存入 31H 中，低 8 位存入 30H 中，并設置 R3、R4、R5 來轉換信息，R2 控制循環(huán)次數為 16 次，即完成 16 位數的一個整體循環(huán)移位。將移出的數進行保存、調整。直到移位結束，調整完畢。由于調整后 R3、R4

44、、R5 中存放的是兩位的十進制數后進行 BCD 碼分離，將百位放在 41H 中，十位和個位分別放在 42H 和 43H 中，以便于顯示。該程序流程圖如圖 4.3 所示。圖 4.3 數制轉換程序流程圖4.2.4 顯示程序顯示程序四位顯示器采用動態(tài)顯示的方式。 在 89C52 單片機內部 RAM 中設置 4 個顯示緩沖單元 40H43H，分別存放顯示器要顯示的三位數據和設定值。首先將#40H 賦給R1，將第一位位選地址送給 R0，最后將段碼送出，送完一位后，R1 加 1，而 R0 對應的位選也移至下一位， 這樣顯示器的四位就動態(tài)地顯示出緩沖區(qū)中顯示數據所確定二進制數據左移BCD 數加 2 進位Y存

45、儲十進制調整后的數數字移位結束？N位數到？YN返回存儲計數器的計數值存儲二進制數移動位數開始的字符。89C52 單片機的 P0.4P0.7 用來控制四位共陰極顯示器的位選口，而 P2 口則輸出段碼。該程序的流程圖如圖 4.4 所示。NY圖 4.4 顯示程序流程圖4.2.5 報警子程序報警子程序報警子程序是控制 P1.4 口輸出一個方波信號，使發(fā)光二極管不停地閃爍和蜂鳴器發(fā)出急促的報警聲。該程序的流程圖如圖 4.5 所示。開始R1：顯緩首地址R0：最左位片選碼查表取段碼段碼送 P2 口位碼送 P0 口延時4 位顯示完？返回R1 +1R0 左移開始設置報警時間設置電平持續(xù)時間圖 4.5 報警子程序

46、流程圖YNYN5系統(tǒng)調試與分析系統(tǒng)調試與分析汽車防撞測距報警系統(tǒng)的調試分為系統(tǒng)的硬件、軟件單獨調試和軟硬件聯調。調試是系統(tǒng)最后的步驟也是系統(tǒng)特別重要的環(huán)節(jié)，因為設計和開發(fā)出的系統(tǒng)是否成功，功能是否完善，通過調試才得以檢驗。所以為了保證設計系統(tǒng)能夠正常工作，必須認真對軟件以及硬件電路的每一個部分進行調試和分析。5.1 單片機仿真系統(tǒng)介紹單片機仿真系統(tǒng)介紹單片機的仿真系統(tǒng)有很多， 本次采用的仿真系統(tǒng)是由南京偉福實業(yè)開發(fā)的偉福仿真器進行軟件調試的， 此系統(tǒng)可以開發(fā)、 調試應用軟件， 也可以對硬件電路進行診斷、調試等。它可以進行 CPU 仿真，可以單步、跟蹤、斷點和全速運行程序，這樣可以使調試變的非常

47、方便。而且，程序的編譯過程中，可以對軟件程序進行語法檢測，并自動給出錯誤原因，方便用戶調試。同時用戶調試程序時，可以通過窗口觀察寄存器的工作狀況，以便及時發(fā)現和排除編程中可能出現的錯誤?？梢钥闯?，該仿真系統(tǒng)是一款功能強大，實用性強的仿真系統(tǒng)。5.2 汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的硬件調試的硬件調試硬件調試工作的主要任務是完成硬件組成單元的邏輯測試， 測試基本功能能否實現，排除故障，主要包括完善設計方案和焊接工藝上的工藝性故障（例如虛焊，短路等） 。在焊接硬件電路之前，反復進行此系統(tǒng)的硬件電路的可行性分析，確定了在理論上確定方案的硬件電路是可行的，才進行焊接。在焊接電路以前，對一些拿

48、不準的電路在面包板上做些簡單的連接實驗，確定無誤后，進行焊接工作。在焊接硬件前，首先做布局工作，防止在焊接電路時出現電路板不夠用或不宜走線的情況。如果布局不合理， 很容易造成干擾， 還容易出現虛焊等問題。 當這種情況發(fā)生時， 就得重新焊接。硬件調試有以下的步驟：(1)對照系統(tǒng)電路圖，仔細檢查焊接好的電路連線是否和電路圖一致。(2) 用實驗室的萬用表按照設計的電路圖檢查所焊接的各個部件的電源、接地及各個引腳的連接線是否正確、電路是否導通，是否有虛焊，短路等情況發(fā)生。在焊接完成后，要給電路板接通電源，檢測每個底座的電流有多大，如若檢測后，所有部件都為正常，方可插入芯片做以后的調試工作。(3) 在保

49、證電路芯片沒有插錯， 電路連接全部正常時， 接到仿真器件上進行調試，通過觀察各個部件輸出和響應，結果表明所設計的電路滿足設計要求。5.3 汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟件調試的軟件調試汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟件部分的部分子程序是通過唐都實驗箱來調試的， 具體的調試步驟如下：(1) 把系統(tǒng)的各個子程序在仿真軟件中逐個調試， 如按鍵識別程序、 數制轉換程序、顯示程序、報警程序等。對程序進行單步調試，觀察仿真器窗口，看輸出結果、內存單元以及各個特殊寄存器中的值是否符合理論值。如果不符合，觀察是在什么地方發(fā)生了錯誤，并及時進行改正。這個步驟是至關重要的，如果各個子程序都正確，那么一般來說

50、整個程序都是正確的。(2) 把各個子程序組合起來，全速運行，看程序是否能實現設計的系統(tǒng)的所有功能。如果不能實現，單步運行，檢查程序運行次序，查看是否在調用子程序或跳轉的時候發(fā)生錯誤，并進行改正。5.4 汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的軟硬件聯調的軟硬件聯調軟硬件的聯調是利用偉福仿真器及其自帶軟件來實現一個模擬仿真系統(tǒng)。 偉福仿真器的仿真頭代替 89C52 芯片，插在硬件電路板的原來插 89C52 芯片的插座上，就可以軟硬件調試了。本次設計的聯調采用先分塊聯調，再總體聯調的方法。下面介紹本設計的軟硬件聯調的過程。聯調過程主要是對以下幾個部分的調試：1.顯示部分的調試過程在實際過程中，首

51、先用已編制好的顯示程序與硬件顯示部分聯調，程序運行后，硬件電路 LED 顯示亮度不夠， 這使讀取數據很不方便。 經檢查。 是由于上拉電阻過大，使電流過小，修正硬件后，顯示電路顯示的數據清晰且和編程所要顯示的數據一致，顯示電路聯調成功。2.鍵盤部分的調試過程在這部分調試中， 也是用預先編好的鍵盤程序， 該程序對獨立式鍵盤進行了檢測，看每一個鍵是否能夠被正確識別。但按鍵不受控制，經查是由于軟件的累加器運用時沒有入棧保護，導致應用時重復。3.整體調試過程進行整體的聯調，用焊接好的電路板，壓入程序，看整體運行是否正確。在聯調時，起初程序運行的不是很正確，程序總是在某一行來回跳轉，經過排查、修改后，程序

52、可正常運行了。經過聯調后，程序修改正確無誤。系統(tǒng)調試成功后，這樣該汽車防撞測距報警系統(tǒng)就成為一個獨立的系統(tǒng)了，而且可以投入運行了。5.5 汽車防撞測距報警系統(tǒng)汽車防撞測距報警系統(tǒng)的調試結果及其分析的調試結果及其分析5.5.1 調試故障及解決方案調試故障及解決方案在軟硬件聯調時，出現了一些問題，經過仔細的排查，這些問題都得到了解決。（1）當全速執(zhí)行程序時，執(zhí)行到按鍵識別程序后，總是在某地跳轉，不能繼續(xù)執(zhí)行。解決方案：經排查，發(fā)現寄存器設置錯誤。（2）在顯示模塊中，開始上拉電阻用 5.1K的電阻，但由于過大，導致發(fā)光二極管的電流過小，LED 顯示很暗，這給數據的讀取帶來了不方便。解決方案：將上拉電

53、阻改為 120。5.5.2 測試結果測試結果為了衡量設計的汽車防撞測距報警系統(tǒng)的工作情況和測量精度,對系統(tǒng)進行了測試。以超聲波傳感器對障礙物的距離為基準,用設計的汽車防撞測距報警系統(tǒng)對障礙物的距離進行了測量,測量數據如表5.1所示。表 5.1 距離測量數據表第一組第二組第三組第四組第五組第一組第二組第三組第四組第五組實際距離（cm）100200300400500測量的距離（cm）981962943924905.5.3 誤差計算及精度估計誤差計算及精度估計1. 誤差計算引用誤差是直讀式儀表中通用的一種誤差表示方法。 它是測量的絕對誤差于儀表的滿量程之比，一般亦用百分數表示，即：ALX100（5.

54、1）式中，X 表示測量值，L 表示真實值，A 表示儀表的滿量程，本設計中 A=500。根據式 5.1 對上表分別進行引用誤差計算，得到：1=0.4，2=0.8，3=1.2，4=1.6%，5=2.0%。2. 精度估計儀表的精度等級是根據最大引用誤差來確定的。國家規(guī)定電工儀表的精度等級分為：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0 七級。0.1 級表的引用誤差的最大值不超過0.1。 由引用誤差的計算值得出， 本汽車防撞測距報警系統(tǒng)的精度等級在 0.22 之間。5.5.4 誤差分析誤差分析本設計的測量部分是通過超聲波傳感器實現的， 由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度，超聲波反射回波很

55、難精確捕捉，致使超聲波在空氣中傳播時間很難精確測量?？諝庵袀鞑サ某暡ㄊ怯蓹C械振動產生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴張的的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實現超聲波在空氣中的傳播。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度，溫度及氣體分子成分的影響。另外單片機在計數過程中也會有產生誤差。結論結論近年來，我國道路交通安全形式越來越嚴峻， 在眾多的交通事故中，以追尾碰撞與超車側向碰撞事故這兩種類型最為常見。 如果能夠在事故發(fā)生前提醒駕駛員并采取一定的安全措施，對減少交通事故的發(fā)生則是非常有用的，汽車防撞測距報警系統(tǒng)正是基于提高車輛的主動安全性來實現在行車過程中，給駕駛員提供必要的技術設施。發(fā)展汽車防

56、撞技術，對提高汽車智能化水平有重要意義。理論上，汽車防撞裝置可在任何天氣、 任何車速狀態(tài)下探測出將要發(fā)生的危險情況并及時提醒司機及早采取措施或自動緊急制動，避免嚴重事故發(fā)生。本系統(tǒng)主要利用了89C52單片機的運算、控制功能，實現了檢測出汽車前后左右四個方向的障礙物位置和前方障礙物的具體距離，并用數字顯示，在危險距離時發(fā)出急促的報警聲。 該汽車防撞測距報警系統(tǒng)的電路結構簡單、 原理清晰、 應用性比較強、性價比高。經測試，該汽車防撞測距報警系統(tǒng)具有較高的測量精度和反應速度，滿足了任務要求。雖然測量量程有限，但可擴展性比較強，要想獲得較遠的測量可以對電路傳感器部分進行改進。社會經濟效益分析社會經濟效

57、益分析本汽車防撞測距報警系統(tǒng)的設計電路簡單、精度高、成本低、性能好、顯示直觀、操作方便簡單。編程采用模塊化設計，便于系統(tǒng)的升級和改進。本汽車防撞測距報警系統(tǒng)主要采用的器件有：AT89C52 單片機、同相驅動器 7407、LED 數碼管顯示器、超聲波測距傳感器、光電開關等，這些都是比較常用的器件，成本價格大概在 80100元，價格較低廉，可批量生產。車輛防撞技術作為智能運輸系統(tǒng)的一個子課題，將不斷成熟和完善，防撞系統(tǒng)的應用可以縮短車輛間的安全行車距離，還可以實現安全超車，保證高速運行車輛的安全性，提高公路運輸效率，促進經濟的快速發(fā)展。參考文獻參考文獻1張毅剛. 單片機原理及應用. 哈爾濱: 哈爾

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