【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(論文)題 目：基于單片機的汽車倒車?yán)走_系統(tǒng)設(shè)計 班 級： 10211 學(xué) 號： 10 姓 名： 指導(dǎo)老師： 成 都 工 業(yè) 學(xué) 院二○一三年 五 月摘 要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。交通擁擠狀況也日趨嚴(yán)重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢在必行。本設(shè)計是利用最常見的超聲波測距法來設(shè)計的一種基于單片機的汽車倒車?yán)走_系統(tǒng)。本設(shè)計的主要是基于AT89C51單片機利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和AT89C51單片機結(jié)合于一體，設(shè)計出一種基于AT89C51單片機的汽車倒車?yán)走_系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點。本設(shè)計論文概述了超聲波檢測的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。在超聲波測距系統(tǒng)功能和AT89C51單片運用的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成，對系統(tǒng)各個設(shè)計單元的原理進行了介紹，并且對組成各單元硬件電路的主要器件做了詳細(xì)說明和選擇。本設(shè)計論文還介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，并通過編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能和要求。關(guān)鍵詞：汽車倒車?yán)走_、AT89C5超聲波、測量距離、LED數(shù)碼管Abstract As social and economic development of the transport industry booming, the number of cars in the first mate to climb. Traffic congestion has bee increasingly serious crash occurred frequently, resulting in the inevitable personal injury and economic loss, for this situation, design a fast response, high reliability and more economical car reversing collision warning system is inevitable line. The most mon design is the use of ultrasonic distance measurement method to design a microcontroller based car reversing radar system. The design is mainly based on AT89C51 microcontroller features and advantages of the use of ultrasound, ultrasonic ranging system and AT89C51 microcontroller bined in one design a car based on AT89C51 microcontroller reversing radar system. The system uses software and hardware bination of methods. The paper outlines the design of the development of ultrasonic testing and the basic principles expounded the principle and characteristics of ultrasonic sensors. In the ultrasonic ranging system functions and AT89C51 monolithic application, based on the overall position of the system proposed, each of the design elements of the system were introduced the principle and hardware circuit for each unit posed of the main ponents of a detailed description and choices. The paper also describes the design of system software architecture, and is programmed to implement system functions and requirements. Keywords: car reversing radar, AT89C51, ultrasound, measuring distance, LED digital tube目錄第一章 緒論 1 1 1 2第二章 超聲波的發(fā)展及測距原理 4 4 4 超聲波測距在汽車上的運用 6 超聲波傳感器的介紹 7 超聲波傳感器介紹 7 超聲波傳感器的特性 8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10 系統(tǒng)設(shè)計的要求 10 系統(tǒng)整體設(shè)計方案 10 單片機系統(tǒng)介紹 11 AT89C51單片機介紹 11 15 16 單片機的電源電路 17 超聲波發(fā)射電路 23 超聲波接收電路 25 CX20106A集成電路介紹 25 26 距離顯示電路 27 報警電路 28 音頻集成功放LM386簡介 28 報警電路的設(shè)計 30第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 30 系統(tǒng)軟件設(shè)計的框圖 30 31 32 34 35 36結(jié)論 37致謝 38參考文獻 39附錄 40附錄一：系統(tǒng)電路圖 40附錄二：主要元器件清單 41附錄三：源程序 42第一章 緒論汽車倒車?yán)走_全稱叫“汽車倒車防撞雷達”，也叫“汽車泊車輔助裝置”，是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。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、倒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，提高駕駛的安全性。本畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容是基于AT89C51單片機倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計，主要是利用超聲波的特點和優(yōu)勢，將超聲波測距系統(tǒng)和AT89C51單片機結(jié)合于一體，設(shè)計出一種基于AT89C51單片機的汽車倒車?yán)走_系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點隨著經(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(guān)注的問題。對于公路交通事故的分析表明，80%以上的車禍?zhǔn)掠捎隈{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。奔馳汽車公司對各類交通事故的研究表明：若駕駛員能夠提早1S意識到有事故危險并采取相應(yīng)的正確措施，則絕大多數(shù)的交通事故都可以避免。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(yuǎn)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(shè)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(shè)置的“倒車?yán)走_”應(yīng)運而生。汽車倒車?yán)走_的加裝可以解決駕駛?cè)藛T的后顧之憂，汽車倒車?yán)走_的設(shè)計大大降低倒車事故的發(fā)生。汽車倒車?yán)走_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，解除駕駛員泊車和起動車輛時因前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員克服視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車?yán)走_的原理與普通雷達一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計開發(fā)的。通過感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波，然后通過反射回來的超聲波來判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車?yán)走_體積大小及實用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離并做出提示。通常的倒車?yán)走_主要由感應(yīng)器、主機、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接收到的信號傳輸?shù)街鳈C，再通過顯示設(shè)備顯示出來。感應(yīng)器裝在后保險杠上，以角45176。輻射檢查目標(biāo)，能探索到那些低于保險杠而司機從后窗又難以看見的障礙物并報警，如花壇、蹲在車后玩耍的兒童等。顯示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車據(jù)后面物體還有多少距離。到危險距離時，蜂鳴器就開始鳴叫，提示司機停車。我國倒車?yán)走_從2000年開始起步，從最初只是奔馳、寶馬等高檔車的專利，發(fā)展到現(xiàn)在成為許多轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_系統(tǒng)已經(jīng)歷了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上還是性能價格上，這六代產(chǎn)品都各有特點，其中使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示、防炫目、和魔幻鏡倒車?yán)走_這四種。因為，大力研究開發(fā)倒車?yán)走_等主動式汽車輔助安全裝置，將減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯誤，對于交通安全起到重要作用。顯然，此類產(chǎn)品的研發(fā)具有極大的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。測距方式對系統(tǒng)測量精度及穩(wěn)定性都有較大影響。因此選擇一種合適的測距方式對系統(tǒng)性能提高有很大幫助。主要距離測量方式有激光測距、紅外線測距、CCD攝象機和超聲波測距這幾種，它們各有優(yōu)缺點，下面對它們各自的特點進行詳細(xì)分析和比較。(1) 激光測距激光測距裝置是一種光子雷達系統(tǒng)，主要根據(jù)激光束傳播時間確定距離。具有測量時間短、量程大、精度高等優(yōu)點，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于激光測距受天氣、接收器表面摩損和污染等影響較大，使反射的激光束在一定功率上探測距離比可能探測的最大距離減少1/2到1/3損失很大，最終影響探測精度。(2) 紅外線測距紅外線傳播時的具有不易擴散的特點，顯著的熱效應(yīng)和較強的穿透云霧的能力，在穿越其它物質(zhì)時折射率很小，所以長距離的測距儀都會考慮紅外線。它主要應(yīng)用于夜間行車或在軍事上使用。但是它比較容易受到光源和熱源影響。(3) CCD 攝像機CCD ( Charge Coupled Device)攝像機即電荷耦合器攝像機，它是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計量準(zhǔn)確等優(yōu)良特性。但目前價格較高，同時由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢。(4) 超聲波測距超聲波一般是指頻率在40KHz以上的機械波，具有穿透性較強、衰減小、反射能力強等特點，超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。超聲波的諧振帶寬、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；不受無線電頻譜資源限制，易于抗電磁干擾設(shè)計。超聲波測距系統(tǒng)成本低、性能穩(wěn)定可靠，同時超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性，應(yīng)用前景好。通過對以上幾種測距方式的分析比較，由于超聲波指向性強、能量消耗緩慢、成本低、性能穩(wěn)定可靠、在介質(zhì)中傳播距離遠(yuǎn)的優(yōu)點，所以超聲波測距方式在短距和低速測量方面比上述其它幾種技術(shù)更具優(yōu)越性。因此本設(shè)計采用超聲波測距方式。第二章 超聲波的發(fā)展及測距原理一般認(rèn)為，關(guān)于超聲波的研究最初起始于1876年F．Galton的氣哨實驗，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波。由于當(dāng)時電子技術(shù)發(fā)展緩慢，對超聲波的研究造成了一定程度的影響，在之后的三十年中，超聲波仍然是一個鮮為人知的東西。人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來探測水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。40年代末期超聲波治療在歐美興起，直到1949年召開的第一次國際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲波技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)，以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測。1956年第二屆國際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進入了實用成熟階段。如今，由于超聲波在物理化學(xué)方面的獨特特性，已廣泛應(yīng)用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。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，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(guān)，表21列出了幾種不同溫度下的聲速。氣溫(℃)05101520聲速（m/s）331334337340343表21 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(rèn)為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)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。然而其超聲波測距的時間主要有以下三種方法： 　　①相位檢測法，相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限； ②聲波幅值檢測法，聲波幅值檢測法易受反射波的影響； 　?、鄱稍綍r間檢測法，渡越時間檢測法的工作方式簡單，直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計上都非常容易實現(xiàn)，超聲波測距一般所的采用方法。本設(shè)計采用渡越時間檢測法，其主要原理是當(dāng)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到發(fā)射波就立即停止計時。其具體的算法如下：假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為，根據(jù)計時器記錄的時間，發(fā)射點距障礙物的距離，如圖21所示圖21超聲波測距原理圖21中兩探頭中心距離的一半用M表示，超聲波單程所走過的距離用表示，由圖可得