【正文】 ................................................... 17 顯示模塊 ................................................................................................................................................... 17 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................................... 22 單片機(jī)通信模塊的設(shè)計(jì) .................................................................................................................................. 23 4 系 統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................................................... 24 超聲波汽車防撞電路的算法 .......................................................................................................................... 25 主程序流程圖 .................................................................................................................................................. 25 超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序 ................................................................................................. 30 5 調(diào)試 ............................................................................................................................................................................ 31 硬件調(diào)試 ........................................................................................................................................................... 31 軟件調(diào)試 ........................................................................................................................................................... 32 6 總 結(jié) ...................................................................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................................................. 36 致 謝 ........................................................................................................................................................................... 37 附錄 .......................................................................................................................................................................... 37 附錄 1 總原理圖 ............................................................................................................................................. 37 附錄 2 PCB 圖 ................................................................................................................................................ 40 附錄 3 源程序 ................................................................................................................................................. 41 基于 51單片機(jī)的簡(jiǎn)易汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 53 頁 1 引言 課題背景 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與汽車科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，公路交通呈現(xiàn)出行駛高速化 、車流密集化和駕駛員職業(yè)化的趨勢(shì)。同時(shí)，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的產(chǎn)量和保有量都在急劇增加。但在公路發(fā)展、交通管理卻相對(duì)落后，導(dǎo)致了交通事故與日俱增，城市里尤其突出。智能交通系統(tǒng) ITS 是目前世界上交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)的前沿技術(shù)，它在充分發(fā)揮現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，提高運(yùn)輸效率，保障交通安全，緩解交通堵塞，改善城市環(huán)境等方面的卓越效能，已得到各國(guó)政府的廣泛關(guān)注。中國(guó)政 府 也高度重視智能交通 系統(tǒng)的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用。汽車防撞系統(tǒng)作為 ITS發(fā)展的一個(gè)基礎(chǔ)，它的成功與否對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有著很大的作用。從傳統(tǒng)上說，汽車的安全可以分為兩個(gè)主要研究方向：一是主動(dòng)式安全技術(shù)，即防止事故的發(fā)生，該種方式是目前汽車安全研究領(lǐng)域的最終目的；二是被動(dòng)式安全技術(shù)，即事故發(fā)生后的乘員保護(hù)。目前汽車安全領(lǐng)域被動(dòng)安全研究較多，主要從安全氣囊、 ABS(防抱死系統(tǒng) )和懸架等方面著手，以保證駕乘人員的安全。從經(jīng)濟(jì) 性 和安全性兩方面來說，這些被動(dòng)安全措施是在事故發(fā)生時(shí)刻對(duì)車輛和人員進(jìn)行保護(hù)，有很大的局限性，因而車輛的主動(dòng)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(cè)距系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是一種可向 司機(jī) 預(yù)先發(fā)出試聽語音信號(hào)的探測(cè)裝置。它安裝在汽車上，能探測(cè)企圖接近車身的行人、車輛或周圍障礙物；能向司機(jī)及乘客提前發(fā)出即將發(fā)生 撞車危險(xiǎn)的信號(hào)，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。 課題設(shè)計(jì)的意義 隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)化的發(fā)展，汽車這一交通工具正為越來越多的人所用，但是隨之而來的問題也顯而易見，那就是隨著車輛的增多，交通事故的頻繁發(fā)生，由此導(dǎo)致的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失數(shù)目驚人。 對(duì)于公路交通事故的分析表明， 80%以上的車禍?zhǔn)怯捎隈{駛員反 應(yīng)不及所引起的。超過 65%的車輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側(cè)面相撞。奔馳汽車公司對(duì)各類交通事故的研究表明：若駕駛員能夠提早 1S 意識(shí)到有事故危險(xiǎn)并采取相應(yīng)的正確措施，則絕大多數(shù)的交通事故都可以避免。 基于 51單片機(jī)的簡(jiǎn)易汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 53 頁 因此，大力研究開發(fā)如汽車防撞裝置等主動(dòng)式汽車輔助安全裝置，減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于提高交通安全將起到重要的作用。顯然，此類產(chǎn)品的研究開發(fā)具有極大的實(shí)現(xiàn)意義和廣闊的應(yīng)用前景。 超聲波測(cè)距在汽車上應(yīng)用的介紹 超聲波 防撞 測(cè)距儀（俗稱電子眼）是汽車防撞安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的數(shù)字形式動(dòng)態(tài)顯示 周圍障礙物的情況。其較早的產(chǎn)品是用蜂鳴器報(bào)警，蜂鳴器越急，表示車輛離障礙物越近。后繼的產(chǎn)品可以顯示 ～ ，并有距離顯示、聲響報(bào)警、區(qū)域警示和方位指示，有些產(chǎn)品還具備開機(jī)自檢功能。目前市場(chǎng)上還出現(xiàn)了具有語音報(bào)警功能的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品存在的主要問題是測(cè)量盲區(qū)大，報(bào)警滯后，未考慮汽車制動(dòng)時(shí)的慣性因素， 使 駕駛者制動(dòng)滯后，抗干擾能力不強(qiáng)，誤報(bào)也比較多。汽車防撞雷達(dá)之所以能實(shí)現(xiàn)防撞報(bào)警功能，主要有超聲波這把無形尺子，它測(cè)量最近障礙物的距離，并告訴給車主。其實(shí)超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單：它發(fā)射超聲波并接收發(fā)射回波，通過 單片機(jī)計(jì)數(shù)器獲得兩者時(shí)間差 t，利用公式 S=Ct/2 計(jì)算距離，其中 S為汽車與障礙物之間的距離，C為聲波在介質(zhì)中的傳播速度。 本文介紹的超聲測(cè)距系統(tǒng)共有 2 只超聲波換能器（ 俗稱 探頭），分別布置在汽車的前 左，后右 2個(gè)位置上。能檢測(cè)前進(jìn)和倒車方向障礙物距離，通過后視鏡內(nèi)置的顯示單元顯示距離和方位，發(fā)出一定的聲響，起到提示和警戒的作用。系統(tǒng)采用一片 STC89C52單片機(jī)對(duì)兩路超聲波信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集。 超聲波是指頻率高于 20KHz 的機(jī)械波。為了以超聲波作為檢測(cè)手段，必須 產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波 傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個(gè)超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)化，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法 TOF(time of flight)。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)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。測(cè)量距離的方法有很多種，短距離的可以用尺，遠(yuǎn)距離的有激光測(cè) 距等，超聲波測(cè)距適用于高精度的中長(zhǎng)距離測(cè)量。 因?yàn)?超聲波在標(biāo)準(zhǔn)空氣中的傳播速度為 基于 51單片機(jī)的簡(jiǎn)易汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 53 頁 米 /秒，由單片機(jī)負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，單片機(jī)使用 ，所以此系統(tǒng)的測(cè)量精度理論上可以達(dá)到毫米級(jí)。 由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)，因而超聲波可以用于距離的測(cè)量。利用超聲波檢測(cè)距離，設(shè)計(jì)比較方便，計(jì)算處理也較簡(jiǎn)單，并且在測(cè)量精度方面也能達(dá)到要求。 超聲波發(fā)生器可以分為兩類：一類用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。本設(shè)計(jì) 屬于 近距離測(cè)量，可以采用常見的壓電式超聲波換能器來實(shí)現(xiàn)觸發(fā)單元。 利用 超聲波測(cè)距的工作，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與 反 射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用。其主要有三種測(cè)距方法： （ 1）相位檢測(cè)法，相位檢測(cè)法雖然精度高，但檢測(cè)范圍有限； （ 2） 聲波幅值檢測(cè)法，聲波幅值檢測(cè)法易受 反 射波的影響； （ 3） 渡越 時(shí)間 檢測(cè)法，渡越時(shí)間檢測(cè)法的工作方式簡(jiǎn)單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計(jì)上都非常容易實(shí)現(xiàn)。其原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接收傳感器的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是渡越時(shí)間。 本設(shè)計(jì)的超聲波測(cè)距就是使用了渡越時(shí)間檢測(cè)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距離。 2 課題的方案設(shè)計(jì)與論證 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本課題研究的是基于 STC89C52 單片機(jī)，利用超聲波測(cè)距法設(shè)計(jì)的一種簡(jiǎn)易汽車防撞系統(tǒng)，主要是利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將超聲波測(cè)距系統(tǒng)和 STC89C52 單片機(jī)結(jié)合為一體，設(shè)計(jì)出一種基于 STC89C52 單片機(jī)的簡(jiǎn)易汽車防撞系統(tǒng)。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收，以測(cè)量汽車與障礙物的距離。因此在設(shè)計(jì)過程中主要的 圍繞超聲波的發(fā)射、接收、處理、顯示以及報(bào)警等方面來構(gòu)建系統(tǒng)，下面分別介紹系統(tǒng)的總體框架圖和研究方法。 基于 51單片機(jī)的簡(jiǎn)易汽車防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 53 頁 總系統(tǒng)方框圖 通過 STC89C52 單片機(jī)給超聲波換能器發(fā)生 40KHZ 的方