汽車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、教學(xué)單位 學(xué)生學(xué)號 編 號 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 汽車防撞警報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)名稱 通信工程 指導(dǎo)教師 2015 年 5 月 8 日摘要：Design of vehicle collision warning systemABSTRACT：目 錄一 設(shè)計(jì)正文11 緒論11.1課題的提出及意義11.2課題研究現(xiàn)狀11.3課題要求及設(shè)計(jì)方法22 課題方案的設(shè)計(jì)與論證32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案32.2 傳感器位置42.3 設(shè)計(jì)方案的論證43 硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)53.1 主控制模塊53.2 電源設(shè)計(jì)63.3 超聲波測試模塊63.3.1 超聲波的特性63.3.2 超聲波換能器7

2、3.4 超聲波傳感器原理83.5 測距分析123.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)133.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)143.8 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)143.9 顯示模塊154 系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)164.1 軟件設(shè)計(jì)思路164.2 超聲波汽車防撞電路的算法設(shè)計(jì) 165 調(diào)試205.1硬件調(diào)試205.2 軟件調(diào)試215.2.1 匯編215.2.2 調(diào)試過程216 結(jié)論23參考文獻(xiàn)25謝 辭26二 附錄271 設(shè)計(jì)圖272 實(shí)物圖273 程序代碼284.開題報(bào)告355.結(jié)題報(bào)告 366.答辯報(bào)告37一 設(shè)計(jì)正文1 緒論從經(jīng)濟(jì)性和安全性兩方面來說，這些被動安全措施是在事故發(fā)生時(shí)刻對車輛和人員進(jìn)行保護(hù)，有很大的局限性

3、，因而車輛的主動安全研究尤為重要，引出了本文研究的基于單片機(jī)的超聲波測距系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是一種可向司機(jī)預(yù)先發(fā)出視聽語音信號的探測裝置。它安裝在汽車上，能探測企圖接近車身的行人、車輛或周圍障礙物，能向司機(jī)及乘員提前發(fā)出即將發(fā)生撞車危險(xiǎn)的信號，促使司機(jī)采取應(yīng)急措施來應(yīng)付特殊險(xiǎn)情，避免損失。大測量距離6米，最小測量距離0.2米，顯示分辨率是 0.1米，實(shí)時(shí)數(shù)字顯示測得的距離，在不同距離范圍內(nèi)能發(fā)出不同的聲光報(bào)警信號。另外，論文的原理圖和程序流程圖自畫。防撞報(bào)警有微波、激光和超聲波等多種傳感器。微波系統(tǒng)測距范圍較遠(yuǎn)，由于采用相控陣天線成像技術(shù)，已達(dá)到了實(shí)用化的程度，只是目前成本居高不下。國內(nèi)已有公司設(shè)計(jì)

4、出激光汽車防撞系統(tǒng)樣品，但由于激光波束較窄、路障報(bào)告率偏低而暫時(shí)不能推廣。超聲波的發(fā)射和接收是自然界中的普遍現(xiàn)象。頻率低于20KHZ的聲波人耳可辨，進(jìn)行著各式各樣、錯(cuò)綜復(fù)雜的自然聲音傳遞，因背景復(fù)雜而不利做測試媒體使用。頻率高于20KHZ的超聲波不僅波長短、方向性好、能夠呈射線定向傳播，而且碰到界面就會有顯著反射。這些特性有利于選用超聲波做媒體，測定物體的位置、距離甚至形狀等。超聲波傳感器的特性:1在自身特性諧振點(diǎn)40KHZ附近可獲得較高的靈敏度；2諧振帶寬、波束角可以通過制作工藝控制得很窄，有利于抗聲波干擾設(shè)計(jì)；3不受無線電頻譜資源限制，易于抗電磁干擾設(shè)計(jì)。另外，超聲系統(tǒng)成本低、性能穩(wěn)定可靠

5、，應(yīng)用前景好。因此，本設(shè)計(jì)將采用超聲波傳感器測距。3.3.2 超聲波換能器最常用的超聲測距的方法是回聲探測法超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。 4.3 主程序流程圖 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)及顯示報(bào)警電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機(jī)采用STC89C52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以獲得

6、較穩(wěn)定時(shí)鐘頻率，減小測量誤差。單片機(jī)用P1.0端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波的控制信號，并通過NE555芯片產(chǎn)生。利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機(jī)P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻R1O、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的

7、阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)上稍有不同，使用時(shí)應(yīng)分清器件上的標(biāo)志。超聲波測距儀的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序組成。我們知道C語言程序有利于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的算法，匯編語言程

8、序則具有較高的效率且容易精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行的時(shí)間，而超聲波測距儀的程序既有較復(fù)雜的計(jì)算（計(jì)算距離時(shí)），又要求精細(xì)計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間（超聲波測距時(shí)），所以控制程序可采用C語言和匯編語言混合編程。主超聲波測距儀主程序利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。進(jìn)入中斷后就立即關(guān)閉計(jì)時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)，并將測距成功標(biāo)志字賦值1。如果當(dāng)計(jì)時(shí)器溢出時(shí)還未檢測到超聲波返回信號，則定時(shí)器T0溢出中斷將外中斷0關(guān)閉，并將測距成功標(biāo)志字賦值2以表示此次測距不成功。在元件及調(diào)制方面，由于采用的電路使用了很多集成電路。外圍元件不是很多，所以調(diào)試應(yīng)該不會太難。一般

9、只要電路焊接無誤，稍加調(diào)試應(yīng)該會正常工作。電路中除集成電路外，對各電子元件也無特別要求。根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)調(diào)整與接收換能器并接的濾波電容C0的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。參考文獻(xiàn)1 吳政江. 單片機(jī)控制紅外線防盜報(bào)警器J. 錦州師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2001.2 宋文緒. 傳感器與檢測技術(shù)M. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 余錫存. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2000.4 唐桃波, 陳玉林. 基于AT89C51的智能無線安防報(bào)警器 J. 電子設(shè)計(jì)應(yīng)用, 2003.5 李全利.

10、 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2004.6 薛均義, 張彥斌. MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用M. 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2005.7 徐愛鈞, 彭秀華. 單片機(jī)高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2006.8 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.9 李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993. 6： 87-9310 陳光東.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)(第二版)M.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1999.4：21-2511 徐淑華，程退

11、安，姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999. 6：128-13412 蘇長贊.紅外線與超聲波遙控M.北京：人民郵電出版社，1993.7：26-3514 九州.放大電路實(shí)用設(shè)計(jì)手冊M.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.5 ：13414615 勝全.D18B20數(shù)字溫度計(jì)在微機(jī)溫度采集系統(tǒng)中的序編制M. 南京：南京大學(xué)出版社1998. 3：43-5116 恒清，張靖.加強(qiáng)單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力的方法J.通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2004 .10：217 華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用M.武漢：武漢華中科技大學(xué)出版社，2002 .5：47-6118 李華強(qiáng)高速公路追尾防撞

12、報(bào)警系統(tǒng)目標(biāo)探測技術(shù)及其電源開發(fā)研究D西安：長安大學(xué)200319 繆曉中.電子CADProtel99SEM.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.120 胡漢輝，張宇馳等.傳感器技術(shù)及應(yīng)用J.北京.科學(xué)出版社，2009.8這一個(gè)月里得到了肖寧博老師的悉心指導(dǎo)，每次論文出現(xiàn)問題都是他給我指出問題，使我能夠?qū)φ撐漠?dāng)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行及時(shí)改正，有時(shí)候論文格式結(jié)構(gòu)方面的小問題他也會耐心告訴我，提醒我盡快改正，這些小細(xì)節(jié)的提醒促使我順利完成論文。在此期間我也得到同班同學(xué)的協(xié)助，有很多知識方面的不足，致使自己在論文的編寫方面受到很多阻力，多虧同學(xué)的細(xì)心講解，讓我及時(shí)解除疑惑。同時(shí)因?yàn)樽约汗ぷ鞯脑?，一邊忙工作的?/p>

13、情一方面又要忙論文的事情，基于這些就需要我經(jīng)常熬夜搜資料，準(zhǔn)備論文的前期工作，所以深深地覺得，努力與規(guī)劃時(shí)間對于已經(jīng)上班的我非常重要。如何按照規(guī)定時(shí)間及時(shí)完成論文，是一個(gè)擺在我面前需要認(rèn)真思考的問題。所以老師與同學(xué)的幫助就顯得非常重要了。 在此，我非常誠摯的感謝我親愛的老師和同學(xué)對我的幫助，我會記住你們的，也感謝寶雞文理學(xué)院我的母校對我四年的栽培，正是因?yàn)檫@四年的大學(xué)生活讓我不僅在知識層面有所提高，而且學(xué)到了書本上學(xué)不到的生活經(jīng)驗(yàn)，提高了自己處理問題的能力，讓我不斷成長。也正是因?yàn)槟銈儾抛屛叶昧苏湎?，懂得處理問題的不是蠻干，而是應(yīng)該保持智慧的心態(tài)，不能完全按照自己的意愿做事，要懂得尊重大家的

14、想法。在以后的學(xué)習(xí)和生活中，我會帶著大家給予我的成長，努力完善自己，不辜負(fù)母校對我的期望。謝謝大家！二 附錄1 設(shè)計(jì)圖2 實(shí)物圖3 程序代碼#include <reg52.h> /調(diào)用單片機(jī)頭文件#define uchar unsigned char /無符號字符型 宏定義變量范圍0255#define uint unsigned int /無符號整型 宏定義變量范圍065535#include <intrins.h>#include "eeprom52.h"/數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 56 7 8 9uchar code smg_du=0

15、x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0, 0x60,0x25,0x39,0x26,0x31,0x71,0xff; /斷碼uchar dis_smg8 =0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8;/數(shù)碼管位選定義sbit smg_we1 = P34; /數(shù)碼管位選定義sbit smg_we2 = P35;sbit smg_we3 = P36;sbit smg_we4 = P37;sbit c_send = P32;/超聲波發(fā)射sbit c_recive = P33;/超聲波接收sbit beep =

16、P23; /蜂鳴器IO口定義uchar smg_i = 3; /顯示數(shù)碼管的個(gè)位數(shù)bit flag_300ms ;long distance; /距離uint set_d; /距離uchar flag_csb_juli; /超聲波超出量程uint flag_time0; /用來保存定時(shí)器0的時(shí)候的uchar menu_1; /菜單設(shè)計(jì)的變量/*1ms延時(shí)函數(shù)*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;i<q;i+)for(j=0;j<120;j+);/*處理距離函數(shù)*/void smg_display()dis_smg0 = smg_dudis

17、tance % 10;dis_smg1 = smg_dudistance / 10 % 10;dis_smg2 = smg_dudistance / 100 % 10 & 0xdf; ;/*把數(shù)據(jù)保存到單片機(jī)內(nèi)部eeprom中*/void write_eeprom()SectorErase(0x2000);byte_write(0x2000, set_d % 256);byte_write(0x2001, set_d / 256);byte_write(0x2058, a_a);/*把數(shù)據(jù)從單片機(jī)內(nèi)部eeprom中讀出來*/void read_eeprom()set_d = byte_

18、read(0x2001);set_d <<= 8;set_d |= byte_read(0x2000);a_a = byte_read(0x2058);/*開機(jī)自檢eeprom初始化*/void init_eeprom()read_eeprom();/先讀if(a_a != 1)/新的單片機(jī)初始單片機(jī)內(nèi)問eepromset_d = 50;a_a = 1;write_eeprom(); /保存數(shù)據(jù)/*獨(dú)立按鍵程序*/uchar key_can; /按鍵值void key() /獨(dú)立按鍵程序static uchar key_new;key_can = 20; /按鍵值還原P2 |= 0

19、x07;if(P2 & 0x07) != 0x07)/按鍵按下delay_1ms(1); /按鍵消抖動if(P2 & 0x07) != 0x07) && (key_new = 1)/確認(rèn)是按鍵按下key_new = 0;switch(P2 & 0x07)case 0x06: key_can = 3; break; /得到k2鍵值case 0x05: key_can = 2; break; /得到k3鍵值case 0x03: key_can = 1; break; /得到k4鍵值else key_new = 1;/*按鍵處理顯示函數(shù)*/void key_w

20、ith()if(key_can = 1)/設(shè)置鍵menu_1 +;if(menu_1 >= 2)menu_1 = 0;smg_i = 3;/只顯示3位數(shù)碼管 if(menu_1 = 1)smg_i = 4; /只顯示4位數(shù)碼管 if(menu_1 = 1)/設(shè)置報(bào)警if(key_can = 2)set_d + ;/加1if(set_d > 400)set_d = 400;if(key_can = 3)set_d - ;/減1if(set_d <= 1)set_d = 1;dis_smg0 = smg_duset_d % 10; /取小數(shù)顯示dis_smg1 = smg_dus

21、et_d / 10 % 10 ; /取個(gè)位顯示dis_smg2 = smg_duset_d / 100 % 10 & 0xdf ; /取十位顯示dis_smg3 = 0x60; /awrite_eeprom(); /保存數(shù)據(jù) /*報(bào)警函數(shù)*/void clock_h_l()static uchar value;if(distance <= set_d)value +; /消除實(shí)際距離在設(shè)定距離左右變化時(shí)的干擾if(value >= 2)beep = beep; /蜂鳴器報(bào)警else value = 0; beep = 1;/取消報(bào)警/*數(shù)碼位選函數(shù)*/void smg_we

22、_switch(uchar i)switch(i)case 0: smg_we1 = 0; smg_we2 = 1; smg_we3 = 1; smg_we4 = 1; break;case 1: smg_we1 = 1; smg_we2 = 0; smg_we3 = 1; smg_we4 = 1; break;case 2: smg_we1 = 1; smg_we2 = 1; smg_we3 = 0; smg_we4 = 1; break;case 3: smg_we1 = 1; smg_we2 = 1; smg_we3 = 1; smg_we4 = 0; break;/*數(shù)碼顯示函數(shù)*/v

23、oid display()static uchar i; i+;if(i >= smg_i)i = 0;smg_we_switch(i); /位選P1 = dis_smgi; /段選 /*小延時(shí)函數(shù)*/void delay()_nop_(); /執(zhí)行一條_nop_()指令就是1us_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /*超聲波測距程序*/void send_wave()c_send = 1; /10us的高電平觸發(fā) delay();c_send = 0; TH0

24、= 0; /給定時(shí)器0清零TL0 = 0;TR0 = 0; /關(guān)定時(shí)器0定時(shí)while(!c_recive); /當(dāng)c_recive為零時(shí)等待TR0=1;while(c_recive) /當(dāng)c_recive為1計(jì)數(shù)并等待flag_time0 = TH0 * 256 + TL0;if(flag_time0 > 40000) /當(dāng)超聲波超過測量范圍時(shí)，顯示3個(gè)888TR0 = 0;flag_csb_juli = 2;distance = 888;break ;else flag_csb_juli = 1;if(flag_csb_juli = 1)TR0=0; /關(guān)定時(shí)器0定時(shí)distance

25、 =flag_time0; /讀出定時(shí)器0的時(shí)間distance *= 0.017; / 0.017 = 340M / 2 = 170M = 0.017M 算出來是米if(distance > 500) /距離 = 速度 * 時(shí)間distance = 888; /如果大于3.8m就超出超聲波的量程 /*定時(shí)器0、定時(shí)器1初始化*/void time_init() EA = 1; /開總中斷TMOD = 0X11; /定時(shí)器0、定時(shí)器1工作方式1ET0 = 0; /關(guān)定時(shí)器0中斷 TR0 = 1; /允許定時(shí)器0定時(shí)ET1 = 1; /開定時(shí)器1中斷 TR1 = 1; /允許定時(shí)器1定時(shí)/

26、*主函數(shù)*/void main()beep = 0; /開機(jī)叫一聲 delay_1ms(150);P0 = P1 = P2 = P3 = 0xff; /初始化單片機(jī)IO口為高電平send_wave();/測距離函數(shù)smg_display();/處理距離顯示函數(shù)time_init();/定時(shí)器初始化程序init_eeprom(); /開始初始化保存的數(shù)據(jù)send_wave();/測距離函數(shù)send_wave();/測距離函數(shù)while(1) if(flag_300ms = 1)flag_300ms = 0;clock_h_l(); /報(bào)警函數(shù)if(beep = 1)send_wave();/測距離函數(shù)if(menu_1 = 0)smg_display(); /處理距離顯示函數(shù)key(); /按鍵函數(shù)if(key_can < 10)key_with(); /按鍵處理函數(shù)/*定時(shí)器1中斷服務(wù)程序*/void time1_int() i