【正文】 興旺，汽車的數(shù)量在大幅攀升，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(jì)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(jì)的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢在必行。本文介紹了一種基于80C51單片機(jī)控制的汽車倒車測距儀。文章對總體設(shè)計思想進(jìn)行了論述，分析了系統(tǒng)主要功能并以系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖的形式體現(xiàn)，進(jìn)行了方案選擇與方案論證。本設(shè)計通過對各模塊的硬件和軟件的設(shè)計，基本能夠達(dá)到設(shè)計要求，滿足汽車倒車安全指標(biāo)。 single chip microputer。由于倒車后視鏡有死角，駕車者目測距離有誤差，視線模糊等原因，倒車事故發(fā)生的頻率遠(yuǎn)大于汽車前進(jìn)時的事故率。有鑒于此，汽車產(chǎn)品家族中，專為倒車泊車而設(shè)計的“倒車測距儀”應(yīng)運(yùn)而生。倒車測距儀的加裝可以解決駕駛?cè)藛T的后顧之憂，大大降低倒車事故的發(fā)生。該測距儀講單片機(jī)的實時控制及數(shù)據(jù)處理功能，與超聲波的測距技術(shù)、傳感器技術(shù)相結(jié)合，能夠測量并顯示車輛后部障礙物里車輛的距離，同時用間歇的“嘟嘟”聲發(fā)出警報，“嘟嘟”聲間隙隨障礙物距離的縮小而縮短，駕駛員不但可以直接觀察到顯示的距離，還可以憑聽覺判斷車后障礙物離車輛的遠(yuǎn)近，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，并可以幫助駕駛員掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性[1]。倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)經(jīng)歷了三個階段，六代的技術(shù)改良，從早期的倒車防撞儀，只能測試車后有限范圍的障礙物，并發(fā)出警報，發(fā)展到根據(jù)距離遠(yuǎn)近程度分段報警，前兩個階段的倒車?yán)走_(dá)一般采用專用集成電路，功能較簡單。要求倒車?yán)走_(dá)連續(xù)測距并顯示障礙物距離，并采用不同間歇嗚叫頻率的聲音報警提示距離，讓駕駛員全神貫注地注視場景。如最為先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)為“智能可視倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)”，它在車尾部裝上針孔攝像頭，倒車時可以在DVD顯示屏上顯示車后的廣角真實圖像。日本、美國和歐洲等國的大汽車公司都投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力，采用先進(jìn)的毫米波雷達(dá)、CCD攝像機(jī)、GPS和高檔微機(jī)等制成安全預(yù)警系統(tǒng)，使用在其所開發(fā)的高級汽車上。未來兩三年內(nèi)這種新型剎車系統(tǒng)即可量產(chǎn)上市，但價格昂貴，其過高的成本限制了它應(yīng)用的普遍性。該系統(tǒng)用一個內(nèi)后視鏡和兩個外后視鏡采集汽車周圍的景象，三個景象合成一個全景圖像在中控臺的視屏上顯示出來，還用文字說明來傳達(dá)信息。東風(fēng)汽車有限公司乘用車公司推出的全新一代“藍(lán)鳥智尊”配備了倒車影像顯示和NAVI衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，直接將高級別汽車的智能化從“概念”引入了“應(yīng)用”。 研究內(nèi)容及論文構(gòu)成本文將在以單片機(jī)為控制核心的基礎(chǔ)上，設(shè)計出汽車倒車測距儀的電路，并通過數(shù)碼管顯示及蜂鳴器報警來提示障礙物與車后的距離。軟件設(shè)計中，通過C語言編寫程序，完成單片機(jī)對外圍芯片的驅(qū)動與控制，從而完成整個汽車倒車測距儀的功能實現(xiàn)。包括研究背景、意義以及相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。首先介紹汽車倒車測距儀的設(shè)計要求，詳細(xì)介紹測距系統(tǒng)傳感器的選擇、顯示報警系統(tǒng)的方案設(shè)計，然后提出本系統(tǒng)總的方案設(shè)計。第3章為系統(tǒng)硬件設(shè)計。第4章為系統(tǒng)軟件設(shè)計。第5章為硬件組裝及調(diào)試。第6章為結(jié)論。第2章 設(shè)計思想及方案論證 方案選擇 測距傳感器模塊目前常見的測距傳感器，主要有紅外傳感器、激光傳感器、超聲波傳感器。方案二：激光傳感器測距它是利用激光的單色性和相干性好、方向性強(qiáng)等特點，以實現(xiàn)高精度的計量和檢測，如測量長度、距離、速度、角度等。脈沖式激光測距原理與雷達(dá)測距相似，測距儀向目標(biāo)發(fā)射激光信號，碰到目標(biāo)就要被反射回來，由于光的傳播速度是已知的，所以只要記錄下光信號的往返時間，用光速乘以往返時間的二分之一，就是所要測量的距離。其原理猶如蝙蝠，從嘴里發(fā)出超聲波，當(dāng)超聲波遇到小昆蟲時，它的耳朵能夠接收反射回波，從而判斷昆蟲的位置并予以捕殺。根據(jù)以上的性能比較，我們能看出激光傳感器是比較理想的選擇，但是其價格較高，不易為大眾所接受。 顯示模塊方案一：LED數(shù)碼顯示管是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。對LED數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時間向它提供具有一定驅(qū)動能力的位選和段選信號[16]。方案二：點陣字符型液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，可以顯示數(shù)字和西文字符。鑒于本次設(shè)計只需顯示車后障礙物距離車尾的距離，顯示內(nèi)容比較簡單，LED數(shù)碼管可完全滿足設(shè)計要求，且價格低廉，因此選擇LED數(shù)碼管顯示模塊。蜂鳴器比較簡單，只能發(fā)出不同頻率的蜂鳴聲音；語音模塊可根據(jù)需求發(fā)出各種不同的語音。 系統(tǒng)總體設(shè)計思想本系統(tǒng)采用超聲波測距原理，由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。通過方案的對比與論證，最終確定使用超聲波測距模塊進(jìn)行距離測量，使用LED數(shù)碼管作為顯示模塊，使用蜂鳴器報警。倒車測距儀采用超聲波測距方法，在控制器的控制下由傳感器發(fā)射超聲波信號，當(dāng)遇到障礙時，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后，經(jīng)控制器進(jìn)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根據(jù)距離發(fā)出警報信號，從而達(dá)到安全泊車的目的?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。當(dāng)聲波的振動頻率大于20KHz或小于20Hz時，我們便聽不見了。 超聲波的特點超聲波通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其特點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的方向性。(2) 超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。(4) 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象。超聲波有兩個特點，一個是能量大，一個是沿直線傳播。(2) 生物學(xué)方面的應(yīng)用：剪切大分子、生物工程及處理種子等。(4) 治療學(xué)方面的應(yīng)用：理療、治癌、外科、體外碎石、牙科等。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)[17]。以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。本次設(shè)計采用超聲波往返時間檢測法，測量原理圖如下圖31所示。首先有發(fā)射器向特定方向發(fā)射超聲波并同時啟動定時器計時，超聲波在介質(zhì)中傳播時，一旦遇到障礙物就會被反射回來，當(dāng)接收器接收到反射波后立即停止計時。由于常溫下，超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，所以發(fā)射點距障礙物之間的距離為：L=340t2=170t （31）公式（31）中，L為車尾與障礙物的距離，單位為米，t為計時器記錄的時間，單位為秒。 超聲波發(fā)射電路設(shè)計超聲波發(fā)射電路采用基于MAX232的方波發(fā)射電路，利用MAX232的電荷泵輸出177。MAX232主要是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，該器件包含兩個驅(qū)動器、兩個接收器和一個電壓發(fā)生器。信號通過MAX232放大后疊加在超聲波傳感器兩端，信號電壓幅值大約17V，頻率為40KHz，超聲波傳感器在這個電壓的作用下，產(chǎn)生40KHz的超聲波。圖32 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收電路設(shè)計超聲波接收包括接收探頭，信號放大器等部分，超聲波接收探頭必須與發(fā)射探頭型號相同，否則可能導(dǎo)致接收效果不理想，甚至不能接收回波信號。沒有接收到回波信號時，超聲波接收電路的輸出端為低電平，當(dāng)接收到回波信號后，輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖?，且高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。圖33 超聲波接收電路 HCSR04超聲波測距模塊HCSR04超聲波測距模塊是將超聲波發(fā)射探頭、超聲波接收探頭、MAX23TL074C及STC11等器件與超聲波收發(fā)電路集成到的一起的一個超聲波測距模塊。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。HCSR04基本工作原理：(1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給最少10μs的高電平信號(2)模塊自動發(fā)送8個40KHz的方波，自動檢測是否有信號返回(3)有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。圖34 HCSR04接線圖一個控制口發(fā)出一個10μs以上的高電平，就可以在接收口等待高電平輸出。這樣不斷的循環(huán)周期測量，就可以在不停地移動的過程中測量距離值了[2]。HCSR04超聲波測距模塊的時序圖如圖35所示。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。其中LED是一種極低功耗顯示器，廣泛應(yīng)用于測量產(chǎn)品中。LED數(shù)碼管里面有8只發(fā)光二極管，分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp為小數(shù)點，每一只發(fā)光二極管都有一根電極引到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，記作公共端（COM），如圖36所示，而圖37為實物圖，其中引腳的排列因不同的廠商而有所不同。共陽極是數(shù)碼管里面的發(fā)光二極的陽極接在一起作為公共引腳即公共陽極，在使用時此公共引腳接到電源正極。單片機(jī)對數(shù)碼管的顯示可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示能夠穩(wěn)定地顯示數(shù)值，但是搭建電路時比較煩索。這種顯示方式在數(shù)碼管應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用的最為廣泛，這也是本次設(shè)計中所應(yīng)用的顯示方法。圖38 LED數(shù)碼管顯示電路 報警電路設(shè)計本設(shè)計采用峰鳴音報警電路。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。報警電路如圖39所示。4路PWM，8路高速10位A/D 轉(zhuǎn)換，針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。圖310 STC12C5608AD單片機(jī)引腳圖，回波信號傳送給外中斷0 ()，~。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和