基于單片機(jī)的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車業(yè)與電子業(yè)是世界工業(yè)的兩大金字塔,隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展,在現(xiàn)代汽車上,電子技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越來(lái)廣泛,汽車電子化的程度越來(lái)越高;隨著交通術(shù)在汽車安全控制系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了增強(qiáng)汽車的安全性;汽車中應(yīng)用的電子技術(shù)系統(tǒng)被人們廣泛應(yīng)用;在過(guò)去20~30年中,人們主要把精力集中于汽車的被動(dòng)安全性方面,例如,在汽車的前部或后部安裝保險(xiǎn)杠、在汽車外殼四周安裝某種彈性材料、在車內(nèi)相關(guān)部位安裝各種形式的安全帶及安全氣囊等等2,以減輕汽車碰撞帶來(lái)的危害;安裝防撞保險(xiǎn)杠固然能在某種程度上減輕碰撞給本車造成損壞,卻無(wú)法消除對(duì)被撞物體的傷害；此外,車上安裝的安全氣囊系統(tǒng),在發(fā)生車禍時(shí)不一定能有效地保護(hù)車內(nèi)乘車人員的安全;所有這些被動(dòng)安全措施都不能從根本上解決汽車在行駛中發(fā)生碰撞造成的問(wèn)題;為預(yù)防撞車事故的發(fā)生,必須在提高汽車主動(dòng)安全性方面下功夫;汽車發(fā)生碰撞的主要原因是由度太高;為了防止汽車與前方物體發(fā)生碰撞,汽車與前方物體之間要保持一定的距離;這樣就會(huì)大大提高汽車行駛的安全性,減少車禍的發(fā)生;發(fā)展汽車防撞技術(shù),對(duì)提高汽車智能化水平有重要意義3;據(jù)統(tǒng)計(jì),危險(xiǎn)境況時(shí),如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時(shí)間,則可分別減少追尾事故的30%,路面相關(guān)事故的并及時(shí)提醒司機(jī)及早采取措施或自動(dòng)緊急制動(dòng)4,避免嚴(yán)重事故發(fā)生;汽車防撞裝置是鑒于交通事故的不可預(yù)測(cè)性和不可絕對(duì)避免性,為了減少交通事故,優(yōu)化交通秩序,利用計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)來(lái)提高道路交通安全和效率已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn);二十世視覺(jué)系統(tǒng)在智能車輛中起到環(huán)境探測(cè)和辨識(shí)作用10;與其他傳感器相比,機(jī)器視覺(jué)具有檢測(cè)信息量大,單純以當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)條件出發(fā)解決,容易導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差11;根據(jù)計(jì)算車輛與目標(biāo)的相對(duì)位移,并用自適應(yīng)濾波對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以減少環(huán)境的不穩(wěn)定性造車的距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)14,當(dāng)兩車距離小于設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒本車駕駛員;日產(chǎn)汽車公司使用緊急制動(dòng)勸告系統(tǒng),利用先進(jìn)的車距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)跟車距離進(jìn)行來(lái)提醒駕駛員,并及時(shí)監(jiān)測(cè)駕駛員操縱駕駛踏板的踏踩狀態(tài),必要時(shí)使汽車的自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)起作用降低車速,在最危險(xiǎn)時(shí)刻自動(dòng)制動(dòng);本田公司使用具有扇形激光束掃描的雷達(dá)傳感器15,即使車輛在彎道行駛也能檢測(cè)到本車與前方汽車或障礙物的距離降到設(shè)定值時(shí),駕駛員仍未及時(shí)采取相應(yīng)措施,便發(fā)出警告信號(hào);三菱和日立公司在毫米波雷達(dá)防撞方面也做了大量的研究,其雷達(dá)中心頻名汽車生產(chǎn)廠商,其采用的雷達(dá)為調(diào)頻毫米波雷FrequencyModulationContinuous探測(cè)距離為150m,當(dāng)測(cè)得的實(shí)際車間距離小于安全車間距離時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào);該系統(tǒng)已經(jīng)得到應(yīng)用;美國(guó)的汽車防碰撞技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn),福特汽車公司開(kāi)發(fā)的汽車防碰撞系統(tǒng)的工m從而可避免旁車道上目標(biāo)物的影響;戴姆勒-克萊斯勒公司的防撞結(jié)構(gòu)主要是兩個(gè)測(cè)距儀和一個(gè)影像系統(tǒng),她能夠測(cè)出安全距離,發(fā)現(xiàn)前方有障礙物,計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)引發(fā)制動(dòng)裝置;戴姆勒-克萊斯勒公司近距離報(bào)警如倒車?yán)走_(dá)現(xiàn)已蓬勃地車輛上安裝使用,但國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的中遠(yuǎn)距離測(cè)量普遍達(dá)不到要求,表現(xiàn)在最遠(yuǎn)測(cè)距距離近,測(cè)距誤差大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不滿足高速公路的安全究;超聲波傳感器分機(jī)械方式和電氣方式兩類,它實(shí)際上是一種換能器,在發(fā)射端它把電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成聲能,接收端則反之;本設(shè)計(jì)中超聲波傳感器采用電氣方式中的壓電式超聲波換能器20;它是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的;它有兩個(gè)壓電晶體和一個(gè)共振板21;當(dāng)它的兩級(jí)外加脈沖信號(hào)其頻率等于壓電晶體的固有振蕩頻率時(shí),壓電晶體片將會(huì)發(fā)生共振,并帶動(dòng)共振板振動(dòng),產(chǎn)生超聲波;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),將壓迫壓電晶體片做振動(dòng),將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào),就成為超聲波接量越大,所能檢測(cè)到的距離也越遠(yuǎn);超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在其結(jié)構(gòu)上稍有不同,使用時(shí)應(yīng)看清器件上的標(biāo)志23;超聲波測(cè)距的方法有很多種：如往返時(shí)間檢測(cè)法、相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法助空氣媒質(zhì)傳播,到達(dá)測(cè)量目標(biāo)或障礙物后反射回來(lái),經(jīng)反射后由超聲波接收器接收脈沖26,其所經(jīng)歷的時(shí)間即往返時(shí)間;往返時(shí)間與超聲波傳播的路程的遠(yuǎn)近有關(guān)27;根據(jù)測(cè)試傳輸時(shí)間可以得出距離;04K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定32條可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AM作直到下一個(gè)硬件復(fù)位;~輸入信號(hào)用于控制LED段選;：E存的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié);而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí),ALE端將有可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出;更有一個(gè)特點(diǎn),當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器,ALE會(huì)EA;電路單片機(jī)AT89S51作為主控芯片,控制整個(gè)電路的運(yùn)行;單片機(jī)外圍需要一個(gè)復(fù)位電至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后,撤消復(fù)位信號(hào);信號(hào),以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位;該設(shè)計(jì)采用含有電阻的復(fù)位電路,復(fù)位電路可以有效的解決電源毛刺和電源緩慢下降電池電壓不足等引起的問(wèn)題,在電源電壓瞬間下降U或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時(shí),為擺脫困境,可上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方法;本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位,當(dāng)按下按鍵后,電容被短本設(shè)計(jì)中采用了12MHZ的晶體振蕩器;只要在晶體振子板極上施加交變電壓,就會(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng),此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng);當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí),就會(huì)發(fā)生壓電諧振,從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大;晶體振蕩電路連接圖如圖2-3所示;第1管腳：VSS為電源地,接GND;第2管腳：VDD接5V正電源;第3管腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地電源時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度;第4管腳：RS為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器;第5管腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作;當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址,當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù);第6管腳：E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令;第7~14管腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線;第15管腳：BLA背光電源正極+5V輸入引腳;注意：液晶模塊背光須消耗電流約為50mA左右,S51增強(qiáng)型實(shí)驗(yàn)板上設(shè)計(jì)了DIP微動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)控制背光的開(kāi)關(guān),如右圖所示,當(dāng)實(shí)驗(yàn)板上的DIP開(kāi)關(guān)第3位撥打到ON狀態(tài)時(shí),液晶背光顯示,撥到OFF狀態(tài)時(shí),背光關(guān)閉;M和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是看到字母“A”LEDLED常用的有兩類：數(shù)碼管管腳,每一段有一根管腳;其中P為小數(shù)點(diǎn);數(shù)碼管常用的有另外兩根管腳為一個(gè)數(shù)碼管數(shù)碼管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件,它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的;當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí),相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)亮,控制不同組合的二極管導(dǎo)通,就能顯示出極為高電平時(shí),發(fā)光二極管點(diǎn)亮,相應(yīng)的段被顯示;同樣,共陽(yáng)極LED顯示管的發(fā)光二極管的陽(yáng)極接在一起,通常此共陽(yáng)極接正電時(shí),發(fā)光二極管被點(diǎn)亮,相應(yīng)的段被顯示;本次設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管相同,根據(jù)材料不同正向壓降一般為—2V,額定電管管腳值dp01b0a0f0e0d0c0g23456700000000000000000000000000000089ABCDEF000000000000000000000000000000000000000000高速CMOS--六反相器.對(duì)稱的傳輸延遲和轉(zhuǎn)換時(shí)間相對(duì)于LSTTL邏輯IC,功耗減少很多兼容直接輸入LSTTL邏輯信號(hào),VIL=Max,VIH=2VMin兼容CMOS邏輯輸入,1μAatVOL,VOH如圖2-4所示;TY VV4A4Y24增益越高;但取值過(guò)大時(shí)將造成頻率響應(yīng)變差,為10uF;采用峰值檢波方式檢波電容為前置放大器限幅放大通帶濾波峰值濾波前置放大器限幅放大通帶濾波4784輸出R輸出DD制及數(shù)據(jù)處理功能與超聲波的測(cè)距技術(shù)相結(jié)合,可檢測(cè)汽車運(yùn)行中與前方障礙物的距本設(shè)計(jì)中將電路分為以下幾個(gè)主要的組成部分,分別是超聲波發(fā)射,超聲波接收,溫量,顯示和報(bào)警,電源等硬件電路部分以及相應(yīng)的軟件部分構(gòu)成;系統(tǒng)框圖如圖3-1發(fā)射電路接收電路顯示電路報(bào)警電路路單片機(jī)外測(cè)溫電路超聲波發(fā)射換能器超聲波接收換能器障礙物整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)AT89S512控制,超聲波傳感器采用收發(fā)分體式,分別是一支超聲波發(fā)射換能器和一支超聲波接收換能器;超聲波信號(hào)通過(guò)超聲波發(fā)射換能器發(fā)射到空氣中,遇被測(cè)物反射后回聲波被超聲波接收換能器接收;進(jìn)行相關(guān)處理后,輸入單片機(jī)INTO超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器能向外界發(fā)出40KHZ左右的方波脈S發(fā)射距離足夠遠(yuǎn),滿足測(cè)量距離要求,最后送給超聲波發(fā)射換能器以聲波形式發(fā)射到空氣中;發(fā)射部分的電路如圖3-2所示;圖中輸出自由振蕩的時(shí)間;超聲波換能器發(fā)射的超聲波信號(hào)在空氣中傳播遇到障礙物就會(huì)返回,超聲波接收模塊是為了將反射回波順利接收到超聲波接收換能器進(jìn)行轉(zhuǎn)換成電信號(hào),并對(duì)此電信超聲波接受換能器將得到的一個(gè)負(fù)脈沖送給單片機(jī)的INT0引腳,便產(chǎn)生一個(gè)中斷;接到輸出端7由于聲音的速度在不同的溫度下有所不同;為提高系統(tǒng)的精確度,本設(shè)計(jì)采用了溫感器DS18B20;其具有精度高、智能化、體積小、線路簡(jiǎn)單等特點(diǎn);將單片機(jī)的口與1VDD和共陽(yáng)數(shù)碼管,本系統(tǒng)中使用共陰數(shù)碼管,其工作原理為：公共端接地低電位,然后給原理：~口為高電平時(shí),三極管截止,S1~S4為低電平,數(shù)碼管位選通；~口為低電平時(shí),三極管導(dǎo)通,S1~S4為高電平,對(duì)~口賦予高電位或低電位可以選擇不同位的數(shù)碼;可實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的檢測(cè)作用,方便及率;儀表板上有指示燈指示車輛與障礙物的距離,在車輛與障礙物十分接近時(shí)有指示燈和聲音報(bào)警;本設(shè)計(jì)中采用一個(gè)蜂鳴器,由輸出一定頻率的信號(hào),在連接到蜂鳴器之前經(jīng)過(guò)一個(gè)三通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì),由此可以基本確定本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體電路的上電開(kāi)始上電開(kāi)始超聲波測(cè)距是顯示報(bào)警L<=80cm無(wú)復(fù)位否數(shù)碼管顯示電結(jié)束的程進(jìn)入新一輪測(cè)試;初始化NYT超聲波脈沖YN調(diào)用測(cè)溫子程序補(bǔ)償聲速調(diào)用距離計(jì)算子程序距離小于預(yù)設(shè)值Y調(diào)用揚(yáng)聲器報(bào)警子程調(diào)用子程序顯示距離并延時(shí)清回波接收成功標(biāo)志位NY第一步,通電觀察;將電路通電觀察有無(wú)異常現(xiàn)象,例如有無(wú)器件冒煙現(xiàn)象,有無(wú)異常氣味,手摸集成電路外封裝,是否發(fā)燙等;如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象,應(yīng)立即關(guān)斷電源,待排除故障后再通電;第二步,靜態(tài)調(diào)試;將信號(hào)輸入端加固定的電平信號(hào)后進(jìn)行的直流測(cè)試,可用萬(wàn)用表測(cè)出電路中各點(diǎn)的電位,通過(guò)和理論估算值比較,結(jié)合電路原理的分析,判斷電路直流工作狀態(tài)是否正常,及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路中已損壞或處于臨界工作狀態(tài)的元器件;通過(guò)更換器件或調(diào)整電路參數(shù),使電路直流工作狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求;第三步,動(dòng)態(tài)調(diào)試;動(dòng)態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,在電路的輸入端加入合適的信號(hào),按信號(hào)的流向,用示波器順序檢測(cè)各測(cè)試點(diǎn)的輸出信號(hào),若發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象,應(yīng)分析其原因,并排除故障,再進(jìn)行調(diào)試,直到滿足要求;所謂軟件調(diào)試,是將編制的程序投入實(shí)際運(yùn)行前,用手工或編譯程序等方法進(jìn)行測(cè)試,修正語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤的過(guò)程;這是保證單片機(jī)正確運(yùn)行的必不可少的步驟;編完單片機(jī)程序,必須送入單片機(jī)中測(cè)試;我把軟件調(diào)試過(guò)程分為兩步：第一步,使用軟件調(diào)試程序;將編輯好的匯編語(yǔ)言程序進(jìn)行編譯連接,消除基本的語(yǔ)法錯(cuò)誤,再通過(guò)軟件自帶的調(diào)試工具進(jìn)行必要的程序調(diào)試;第二步,聯(lián)系程序的實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)試程序;此步主要是消除程序中的邏輯錯(cuò)誤,因?yàn)樵诰庉嫵绦驎r(shí)在邏輯思維上可能會(huì)出現(xiàn)漏洞導(dǎo)致操作時(shí)出錯(cuò);我們將編輯好的匯找邏輯上的錯(cuò)誤,不斷的修改程序,最終達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的操作步驟及顯示格式等多方為了保證實(shí)際制作出來(lái)的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,我們對(duì)各個(gè)功protus仿真測(cè)試;但實(shí)際制作出的電路和理論又會(huì)在本電路的調(diào)試中,如果一直發(fā)射超聲波,在7腳將會(huì)有周期的低電平產(chǎn)生;不會(huì)常見(jiàn)錯(cuò)誤;只要通過(guò)單片機(jī)來(lái)來(lái)計(jì)算發(fā)射信號(hào)時(shí)到收到信號(hào)是產(chǎn)生下降沿這段時(shí)間的長(zhǎng)度,再通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算,轉(zhuǎn)化為距離,然后在顯示器上顯示;內(nèi)仍然會(huì)發(fā)送,故這段時(shí)間內(nèi)不可立即開(kāi)啟INT0接收回波,要等待一段時(shí)間后,免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測(cè)物就直接繞射到接收端;4、最大測(cè)試距離將取決于：兩次脈沖發(fā)送之間的最小時(shí)間間隔和脈沖的能量;一般來(lái)說(shuō)發(fā)射端脈沖個(gè)數(shù)越多,能量越大,所能測(cè)的距離也越遠(yuǎn);但也不是無(wú)限制的;本設(shè)計(jì)中讀取定時(shí)器T0結(jié)論作穩(wěn)定,能滿足一般近距離測(cè)距的要求,且成本較低、有良好的性價(jià)比、設(shè)計(jì)中在超聲廣泛應(yīng)用于小距離測(cè)量;通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計(jì)系統(tǒng)靈活方便,工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強(qiáng),精確度高,能夠有效的防止小車碰撞前面的障礙物;超聲波換向器能很好的接收和發(fā)射信號(hào),很大程度圍實(shí)物的干擾性,提高抗干擾性;得到了預(yù)期的效果;：響這條指令;致謝本論文是在我的指導(dǎo)老師李艷輝老師的親切關(guān)懷與細(xì)心指導(dǎo)下完成的;從課題的選擇到論文的最終完成,李老師始終都給予了細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持;在他的身上,我們可以感受到一個(gè)學(xué)者的嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí),這些都讓我們獲益菲淺,并且將終生受用無(wú)窮;畢竟“經(jīng)師易得,人師難求”,希望借此機(jī)會(huì)向李老師表示最衷心的感謝此外,本文最終得以順利完成,也是電氣信息工程學(xué)院其他老師的幫助分不開(kāi)的,雖然他們沒(méi)有直接參與我的論文指導(dǎo),但在開(kāi)題時(shí)也給我提供了不少的意見(jiàn),提出了一系列可行性的建議,在此向他們表示深深的感謝最后要感謝的是我的父母,在未來(lái)的日子里,我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)和工作,不辜負(fù)父母對(duì)我的殷殷期望我一定會(huì)好好孝敬和報(bào)答他們22Bickford,.,AnIntroductiontotheDesignandBehaviorof