【正文】 2012屆畢業(yè)設計（論文） 畢業(yè)設計報告（論文）題 目： 汽車倒車系統(tǒng)的設計 所 屬 系： 自動化技術系 班 級： 電子0921班 摘 要 設計了一款基于單片機的汽車倒車系統(tǒng)。主要闡述了超聲波測距的工作原理、測量和控制方法、理論計算，分析了影響精度的因素，設計了單片機最小系統(tǒng)電路，超聲波接收以及超聲波發(fā)射電路、顯示電路、報警電路、溫度補償電路等。倒車系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、單片機模塊、顯示模塊、報警模塊、溫度補償模塊組成。超聲波接收模塊和超聲波發(fā)射模塊主要是實現(xiàn)計算車距的目的，單片機實現(xiàn)處理信號的功能，溫度補償模塊是利用溫度與聲速之間的關系，來消除溫度對聲速的影響。報警模塊用于實現(xiàn)倒車過程的報警提醒。關鍵詞 汽車倒車 超聲波測距 單片機 溫度補償II目 錄1 前言 12 汽車倒車的工作原理 1 超聲波測距工作原理 1 測量與控制方法 2 理論計算 2 影響精度的因素分析 3 系統(tǒng)工作原理 43 單元電路設計 4 單片機控制電路設計 4 單片機的選擇 4 單片機最小系統(tǒng)的設計 5 超聲波接收和發(fā)射電路設計 6 超聲波接收電路設計 6 超聲波發(fā)射電路的設計 9 顯示電路的設計 10 報警電路的設計 11 溫度補償電路的設計 11 輔助電源電路的設計 124 軟件設計 13 流程圖設計 13 程序清單 145 結論 24參考文獻 24致謝 25 2012屆畢業(yè)設計（論文）1 前言據(jù)美國的最新統(tǒng)計表明，因各種原因造成的車輛倒車事故占公路交通事故總量的90%左右。因此，要降低公路交通事故，必須大力降低車輛倒車事故，而汽車倒車技術的發(fā)展及應用有助于減少汽車倒車事故的發(fā)生。因此，國內(nèi)外都在研究如何利用先進的技術，即汽車倒車技術，輔助汽車駕駛者對影響公路交通安全的人、車、路環(huán)境進行實時監(jiān)控，在危急情況下由系統(tǒng)主動干涉駕駛操縱、輔助駕駛者進行應急處理、防止汽車倒車事故的發(fā)生。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通運輸車輛的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通問題越來越成為人們關注的問題。其中倒車事故由于發(fā)生的頻率極高，已引起了社會和交通部門的高度重視。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠大于汽車前進時的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而倒車事故給車主帶來許多麻煩，例如撞上別人的車、消防水籠頭，如果傷及兒童更是不堪設想，有鑒于此，汽車高科技產(chǎn)品家族中，專為汽車倒車泊位設置的“倒車雷達”應運而生，倒車雷達的加裝可以解決駕駛人員的后顧之憂，大大降低倒車事故的發(fā)生。倒車雷達又稱泊車輔助系統(tǒng)，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。目前測定汽車之間的安全距離一般有三種：超聲波測距、微波雷達測距、激光測距。本文著重研究超聲波測距。超聲波測距由于其能夠進行非接觸測量和相對較高的測量精度，越來越被人們所重視。就目前形勢來看，汽車市場的快速發(fā)展將帶動倒車雷達市場的繁榮。國內(nèi)倒車雷達主流市場已經(jīng)開始有進口高檔汽車向中低檔汽車發(fā)展。技術上向著單芯片功能成靈敏度更高、可視化發(fā)展，設備趨于小型化、人性化、智能化等方向發(fā)展。由此可見，超聲波汽車倒車雷達系統(tǒng)將會在人類今后的生活中扮演越來越重的角色，為人類的發(fā)展作出重要貢獻。超聲波倒車雷達系統(tǒng)一般由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等部分組成，現(xiàn)在市場上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。2 汽車倒車的工作原理 超聲波測距工作原理超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時間差t,然后求出距離S=Ct/2，式中的C為超聲波波速。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關，列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的原理。定時器顯示器振蕩器調(diào)制器接收檢測器電聲換能器計時器控制電聲換能器圖1 系統(tǒng)總體設計流程圖 測量與控制方法聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發(fā)生反射，反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標的距離就可以精確地計算出來。這就是本系統(tǒng)的測量原理。由于此超聲波測距儀可以實現(xiàn)雙向測距，所以需進行測距選擇，而這個測距選擇就以自動選擇功能來實現(xiàn)。 理論計算T 2T 1圖2 測距的原理如圖2所示為反射時間，是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時間來測量距離其原理如圖所示，對于距離較短和要求不高的場合我們可認為空氣中的聲速為常數(shù)，我們通過測量回波時間T利用公式：其中，S為被測距離、V為空氣中聲速、T為回波時間，可以計算出路程，這種 方法不受聲波強度的影響，直接耦合信號的影響也可以通過設置“時間門”來加以克服。這樣可以求出距離： 影響精度的因素分析1）發(fā)射接收時間對測量精度的影響分析 采用TR40壓電超聲波傳感器，脈沖發(fā)射由單片機控制，發(fā)射頻率40KHz ，忽略脈沖電路硬件產(chǎn)生的延時，可知由軟件生成的起始時間對于一般要求的精度是可靠的。對于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過程中會有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。設測量設備基準面距被測物距離為h，則空氣中傳播的超聲波波動方程為：由以上公式可知，超聲波在傳播過程中存在衰減，且超聲波頻率越高，衰減越快，但頻率的增高有利于提高超聲波的指向性。經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過程中衰減很大，收到的回波信號可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個回波確定準確的接受時間，必須對收到的信號進行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時間，會對超聲波測量精度產(chǎn)生影響。2)當?shù)芈曀賹y量精度的影響分析 當?shù)芈曀賹Τ暡y距測量精度的影響遠遠要比收發(fā)時間的影響嚴重。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即：由上式知，在空氣中，當?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準確的當?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y距時的測量精度。工程上常用的由氣溫估算當?shù)芈曀俚墓饺缦拢菏街蠧0=。T為絕對溫度，單位K。 此公式一般能為聲速的換算提供較為準確的結果。實際情況下，溫度每上升或者下降 1℃, 聲速將增加或者減少 /s ，這個影響對于較高精度的測量是相當嚴重的。因此提高超聲波測量精度的重中之重就是獲得準確的當?shù)芈曀佟?對于時間誤差主要由發(fā)送計時點和接收計時點準確性確定，為了能夠提高計時點選擇的準確性，本文提出了對發(fā)射信號和接收信號通過校正的方式來實現(xiàn)準確計時。此外，當要求測距誤差小于1mm時，假定超聲波速度C=344m/s(20℃室溫)，忽略聲速的傳播誤差。則測距誤差s△t 002 907s。根據(jù)以上過計算可知，在超聲波的傳播速度是準確的前提下，測量距離的傳播時間差值精度只要在達到微秒級，就能保證測距誤差小于1mm的誤差。使用的12 MHz晶體作時鐘基準的AT89C51單片機定時器能方便的計數(shù)到1μs的精度，因此系統(tǒng)采用AT89C51的定一時器能保證時間誤差在1mm的測量范圍內(nèi)。 超聲波的傳播速度主要受空氣密度的影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關系。由此可見，測量精度與溫度有著直接的關系，本文采用DS18B20溫度傳感器，對外界溫度進行測量，并在軟件中實現(xiàn)溫度補償。 系統(tǒng)工作原