基于單片機(jī)的超聲波測距汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、    基于單片機(jī)的超聲波測距汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)    趙閱涵摘 要：隨著我國的汽車數(shù)量正逐年增加，倒車時(shí)的防撞問題引起廣泛重視。為此設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距的倒車防撞警報(bào)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：超聲波 測量距離 數(shù)碼顯示 報(bào)警 自動(dòng)剎車：u463 ：a ：1003-9082（2019）01-0-01一、緒論1.倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)的意義與現(xiàn)狀倒車?yán)走_(dá)是一種輔助車主泊車或者倒車的裝置，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)時(shí)，它能通過發(fā)射和接收超聲波來探測周圍障礙物的情況，并以聲音或者影像告知車主，其利用的原理是超聲波非接觸測距技術(shù)。本汽車防撞裝置包含有單片機(jī)控制電路、

2、超聲波測距傳感器、蜂鳴器報(bào)警電路及數(shù)碼管顯示部件等，裝置將各部件有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)超聲波測距及蜂鳴器報(bào)警提示的功能。2.電機(jī)工作原理本次設(shè)計(jì)以stc89c52單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了超聲波倒車防撞系統(tǒng)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)倒車?yán)走_(dá)測距及顯示報(bào)警的要求，通過發(fā)射超聲波，碰到障礙物返回后，接收超聲波，計(jì)時(shí)往返時(shí)間，并計(jì)算出距離顯示結(jié)果，當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)距離時(shí)報(bào)警且自動(dòng)剎車。二、數(shù)字超聲波倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)的主要功能是：當(dāng)車掛入倒檔后，超聲波發(fā)射電路開始連續(xù)不斷的發(fā)出超聲波，遇到障礙物后反射，超聲波接收電路接收，控制電路通過相應(yīng)的計(jì)算，可以計(jì)算出相應(yīng)的距離，并送至顯示電路進(jìn)行顯示。如果所測距

3、離小于預(yù)先設(shè)置好的報(bào)警距離，則報(bào)警電路就會(huì)報(bào)警并且使制動(dòng)系統(tǒng)停止工作完成自動(dòng)剎車的功能。具體指標(biāo)為：警報(bào)觸發(fā)最小距離為50cm；實(shí)時(shí)測距誤差控制為5%-10%；工作電壓5v；超聲波產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度為40khz；測距范圍為2-500cm；6 超聲波的發(fā)射頻率為1s測量2-3次。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)按照系統(tǒng)所需功能，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可以劃分為：測距系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、鍵盤電路、顯示和語音報(bào)警系統(tǒng)以及制動(dòng)系統(tǒng)。其中，測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構(gòu)成；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對(duì)stc89c52單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；顯示報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)要對(duì)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器和動(dòng)態(tài)態(tài)顯示電路進(jìn)行設(shè)計(jì)；鍵盤電路主要用于控制報(bào)警系統(tǒng)

4、的閥值；制動(dòng)系統(tǒng)主要對(duì)小車電動(dòng)機(jī)的控制。三、系統(tǒng)模塊選用1.超聲波模塊選用超聲波傳感器：本系統(tǒng)的目標(biāo)測量范圍為2cm-500cm，精度要求3mm，響應(yīng)時(shí)間為2s。根據(jù)以上指標(biāo)選用hc-sr04測距模塊。hc-sr04測距模塊可提供2cm-600cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)到3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。超聲波的測距原理及實(shí)現(xiàn)：本設(shè)計(jì)的超聲波測距是使用了渡越時(shí)間檢測法。在移動(dòng)車輛中應(yīng)用的超聲波傳感器，是利用超聲波在空氣中的定向傳播和固體反射特性（縱波），通過接收自身發(fā)射的超聲波反射信號(hào)，根據(jù)超聲波發(fā)出及回波接收的時(shí)間差和傳播速度，計(jì)算傳播距離，從而得到障礙物到車輛的

5、距離。2.單片機(jī)模塊選用單片機(jī)的選用：單片機(jī)是系統(tǒng)控制的核心，本設(shè)計(jì)選擇stc89c52作為本系統(tǒng)的控制部件。stc89c52單片機(jī)最小系統(tǒng)：89c51單片機(jī)，由于片內(nèi)已經(jīng)自帶有了程序存儲(chǔ)器，所以只要單片機(jī)外接時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就可以組成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)了。3.顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì)顯示報(bào)警單元是經(jīng)過超聲波發(fā)射接收電路及單片機(jī)stc89c52處理后把信號(hào)轉(zhuǎn)化為人為可以知覺的數(shù)字顯示和報(bào)警響應(yīng)。顯示報(bào)警電路由顯示和報(bào)警兩部分電路組成，主要實(shí)現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的顯示報(bào)警功能，以此提醒駕駛員。4.報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警部分采用一個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，利用單片機(jī)控制輸出一個(gè)一定頻率的信號(hào)。由于蜂鳴器的工作電流比

6、較大，以至于單片機(jī)的i/o口無法直接驅(qū)動(dòng)，所以用三極管來放大電流。5.制動(dòng)電路本設(shè)計(jì)的制動(dòng)電路采用了l298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和兩個(gè)直流電機(jī)來完成，兩個(gè)直流電機(jī)分別控制兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)在正常情況下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路正常運(yùn)行，當(dāng)超聲波測距測到的距離小于設(shè)置距離時(shí)，單片機(jī)發(fā)送指令使電機(jī)停止運(yùn)行。這樣就達(dá)到了自動(dòng)剎車的功能。四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)利用keil軟件，采用c語言編寫。與同樣具有單片機(jī)編寫能力的匯編語言相比，c語言在編寫程序時(shí)，更加簡單、容易理解而且移植性特別強(qiáng)，可以靈活運(yùn)用，使得本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)可以直接利用現(xiàn)有的模塊程序。1.主程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)主要是利用單片機(jī)eepr

7、om的存儲(chǔ)功能，系統(tǒng)初始化后，將預(yù)先設(shè)置好的最小報(bào)警距離參數(shù)存進(jìn)eeprom中，再利用超聲波測距模塊發(fā)送超聲波，計(jì)算出最終的距離，并且與預(yù)先設(shè)置好的最小報(bào)警距離作比較。如果小于報(bào)警距離，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，并且同時(shí)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送剎停信號(hào)，產(chǎn)生自動(dòng)剎車；如果距離合適就顯示在數(shù)碼管上，如此反復(fù)。五、系統(tǒng)測試本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)，其范圍為2cm到500cm。根據(jù)以上測試，得出該超聲波測距的誤差范圍在±4cm之內(nèi)，當(dāng)距離較小時(shí)，其測量值較準(zhǔn)確；隨著測量距離的增大，測量的準(zhǔn)確性降低，誤差越來越大。造成這些誤差的可能應(yīng)該為以下幾點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)障礙物較多：在焊接時(shí)可能出現(xiàn)漏洞：超聲波本身衰減：不同溫度下超聲波傳播速度不同。六、結(jié)論本文主要講述了超聲波測距儀的原理和設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離，并以數(shù)字的形式顯示測量距離，在距離小于20cm時(shí)發(fā)出報(bào)警。超聲波測距的原理是利用超聲波的發(fā)射和接收，根據(jù)超聲波傳播的時(shí)間來計(jì)算出傳播距離。超聲波測距儀硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機(jī)采用lst89c52，采用12mhz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)控制超聲波發(fā)射與接收