基于超声波传感器的汽车倒车防撞报警器
基于超声波测距原理的倒车防撞预警器的设计
based on ultrasonic ranging principle
ZH ONG Yuan,YU Hgo
(College ofInformation Science and Technology,NanjingForestry University,Nanjing 210037,China)
近 年 来 ,层 出 不 穷 的 的 限 购 令 传 闻 。接 连 掀 起 家 用 汽 车
购买 的热 潮 。 自 2014年 9月起 ,随 着 “私 家车 免 检 ”新 规 的 的 实施 和 新 能 源 汽 车 的上 市 ,更 增 加 了 民众 购 买 汽 车 的 热 情 , 国 内 汽 车 保 有 量 持 续 增 长 ,交 通 安 全 问题 也 逐 步 走 进 了 人 们
汽 车 倒 车 防 撞 预警 器 是 利 用 超 声 波 测 距 原 理 ,在 单 片 机 的驱 动 下 ,先 由超 声 波 发 射 探 头 发 出 超 声 波 信 号 ,并 同 步 计 时 . 当 接 收 探 头 收 到 反馈 信 号 后 会 发 送 一 个 低 电 平 给 单 片
摘 要 :介 绍 了 以单 片机 STC12C5A60S2为 微 控 制 器 的 低 成 本 、高精 度 、微 型 化 的 汽 车 倒 车 防 撞 预 警 系统 。 文章 分 析 了 倒 车 防 撞 系统 的 设 计 原 理 。较 详 细 的 介 绍 了超 声波 传 感 器测 距 系统 ,结 合 超 声 波 测 距 的 工 作 原 理 和 系统 构成 ,给 出 了 软 件 控 制 流 程 .并在 数 据 处理 中 采 用 了温 度 补 偿 法修 正 测 量 精 度 ,经过 测 试 ,系统 工 作 稳 定 ,测 距 范 围 为 30-500 cm,
超声波测距汽车倒车防撞报警器设计
超声波测距汽车倒车防撞报警器设计摘要本设计采用超声波测距,可用作汽车泊车安全辅助装置,能以声音和更为直观的LED 显示告知驾驶员汽车周围障碍物的情况,解除了驾驶员在泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的烦扰,并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷,提高了泊车安全性。
本设计硬件部分主要由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路、数码管显示电路、电源电路和报警电路组成,软件部分主要由主程序、超声波发射接收子程序、距离计算子程序及显示子程序等部分组成。
本设计由AT89C2051单片机控制时间计数,计算超声波自发射至接收的往返时间,利用超声波在空气中的传输速度,从而得到实测距离。
该设计的电路设计合理简单、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量误差方面能够达到简单工业实用的要求。
关键词:AT89C2051、超声波、数码管、汽车倒车Auto reverse bull alarm designAbstractThis design uses the ultrasonic ranging, can be used for car parking safety auxiliary devices, to sound and more ocular LED display told the driver of the car around obstacles, lifting the driver in the parking and starting vehicles around when visiting caused the trouble, and help eliminate the vision blind Angle and the driver of sight fuzzy defects, improve the safety car parking.The design of hardware mainly by single-chip microcomputer control circuit, ultrasound circuit, ultrasonic receiving circuit, digital circuit, the pipe display circuit and alarm circuit composition, the software of mainly by the main program, ultrasound receiving interruption program, distance subroutines and display subroutines components. This design by single chip microcomputer AT89C2051 control time count, the calculation to receive from launch ultrasonic round-trip time, use of ultrasonic transmission speed in the air, so as to get the distance. The design of the circuit design simple, reasonable stable and good performance, test speed, simple calculation, easy to do real-time control, and in the measurement error can achieve simple industrial practical requirement.Key words: AT89C2051 ,Ultrasonic, Digital tube,Automobile reverse1. 绪论 (1)1.1课题研究背景及目的 (1)1.2课题国内外研究状况 (2)1.3课题研究方案比较 (3)1.4论文构成及研究内容 (4)2.超声波基本发展史及原理 (5)2.1超声波发展简史 (5)2.2超声波的应用 (6)2.3超生波测距方法 (9)3.系统整体设计 (10)3.1系统整体设计框图 (10)3.2硬件选型 (11)3.2.1超声波探头的中心频率及主要参数 (11)3.2.2单片机的选择 (12)3.2.3其他元器件的选择 (13)4.硬件电路设计 (13)4.1单片机外围电路设计 (13)4.2超声波发射电路设计 (14)4.3超声波接收电路设 (15)4.3.1CX2016A简介 (15)4.3.2超声波接收电路 (16)4.4LED显示电路 (17)4.5报警电路设计 (18)5.软件系统设计 (19)5.1 程序流程设计 (19)5.2汽车倒车报警器程序的程序清单 (20)6.总结 (24)附录 (25)1.绪论1.1课题研究背景及目的随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺,我国汽车的数量逐年攀升。
基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统设计
基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统设计一、本文概述本文针对汽车安全驾驶领域的重要需求,详细探讨并设计了一种基于超声波测距技术的汽车倒车防撞报警系统。
随着城市交通环境复杂性的增加以及人们对行车安全意识的提高,如何有效防止因驾驶员视线盲区和操作失误引起的倒车碰撞事故成为研究热点。
本系统利用超声波传感器作为主要探测元件,通过发射和接收超声波信号来精确测量车辆与后方障碍物之间的实时距离,并结合智能算法分析处理这些数据,以便在车辆靠近障碍物到危险距离时及时发出报警提示,辅助驾驶员做出正确决策,从而显著提升倒车安全性。
文章首先阐述了该系统的背景意义和技术原理,随后深入剖析超声波测距方法及其在汽车应用中的优势和挑战接着,详细介绍了系统架构设计,包括硬件组成(如超声波传感器模块、信号处理电路、报警装置等)及软件算法实现通过实验验证了系统的性能指标,探讨其在不同工况下的稳定性和准确性,并对未来可能的优化方向进行了展望。
通过本文的研究,期望能为汽车主动安全技术的发展贡献一份力量,推动相关产品的实际应用与普及。
二、超声波测距原理及技术超声波测距技术是利用超声波在空气中的传播特性来实现距离测量的方法。
超声波是一种频率高于人耳能听到的上限(约20kHz)的声波,它在空气中的传播速度相对恒定,约为343米秒。
这一特性使得超声波非常适合用于精确的距离测量。
超声波测距的基本原理是发射器发射出一定频率的超声波,当这些波遇到障碍物时会发生反射,反射波被接收器接收。
通过测量超声波发射和接收之间的时间差,可以计算出超声波传播的距离。
由于超声波的传播速度是已知的,因此可以通过以下公式计算距离:这里的“时间差 2”是因为超声波需要从发射器传播到障碍物,再从障碍物反射回接收器,所以总时间是往返时间。
在汽车倒车防撞报警系统中,超声波传感器通常被安装在汽车的尾部。
当驾驶员开始倒车时,系统会自动激活传感器,传感器开始发射超声波。
超声波遇到车辆后方的障碍物时反射回来,被传感器接收。
基于超声波测距的汽车倒车报警器设计
基于超声波测距的汽车倒车报警器设计引言:随着汽车保有量的不断增加,交通事故的发生频率也在逐年上升。
据统计数据显示,导致交通事故的常见原因之一就是倒车操作不当。
为了减少倒车事故的发生,汽车倒车报警器应运而生。
其中,基于超声波测距的汽车倒车报警器成为一种常见的解决方案。
本文将对基于超声波测距的汽车倒车报警器进行设计。
一、原理介绍超声波测距是利用超声波在空气中传播到达障碍物后反射回来的时间差来计算与障碍物的距离的一种技术。
在汽车倒车报警器中,通过将超声波传感器安装在车辆的后部,可以测量车辆与障碍物之间的距离。
当距离过近时,报警器会发出声音或者光信号来提醒驾驶员。
二、硬件设计1.超声波传感器:选择一款高性能的超声波传感器,它能够发送超声波信号并接收反射回来的信号,测量距离。
2.控制器:选用一款可编程的微控制器,用于处理和控制超声波传感器的信号,以及控制报警器的工作。
3.报警器:可选用蜂鸣器、LED灯或者液晶屏等报警装置,用于向驾驶员发出警告信号。
4.电源:选用稳定的直流电源供给整个系统,包括超声波传感器、控制器和报警器等。
三、软件设计1.初始化:在系统上电后,初始化控制器和超声波传感器,设置相应的参数,如采样率、测量范围等。
2.超声波测距:控制器通过超声波传感器发送超声波信号,测量信号反射回来的时间差,然后利用速度乘以时间差的一半来计算距离。
3.距离处理:将测得的距离与设定的安全距离进行比较,如果距离过近,则控制报警器发出声音或者光信号。
4.报警模式:可以设计多种报警模式,如声音频率逐渐加快、LED灯闪烁等,以提醒驾驶员注意。
四、优化设计1.多传感器设计:可以将多个超声波传感器分布在车辆周围,以提高测距的准确性,并增加障碍物的识别能力。
2.声音控制:可以引入声音控制模块,当车内有人讲话或者发出声音时,报警器暂时关闭,避免误报。
3.防水设计:考虑到汽车经常遇到雨水等恶劣环境,对超声波传感器和控制器进行防水设计,以保证系统的稳定性和可靠性。
基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统设计
基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统设计汽车倒车防撞报警系统是一种基于超声波测距技术的安全辅助设备,能够帮助驾驶员在倒车时避免与障碍物发生碰撞,提高行车安全性。
本文将对该系统的设计进行详细介绍。
首先,该系统主要由超声波传感器、控制器和报警器组成。
超声波传感器负责探测车辆周围的障碍物距离,传输给控制器进行处理。
控制器根据传感器的数据判断是否存在碰撞的风险,并通过报警器向驾驶员发出警告信号,提醒其采取正确的行动。
在系统的设计过程中,首先需要选择合适的超声波传感器。
传感器的选择应考虑其测距范围、精度和对环境的适应性等方面。
一般来说,超声波传感器在测距范围内可以提供较高的测量精度,并且对大多数障碍物均有良好的适应性。
接下来,控制器的设计是系统中的关键部分。
控制器需要实时接收传感器上传的距离数据,并进行数据处理和决策。
控制器可以使用嵌入式系统来实现。
在数据处理方面,可以使用一些常见的算法,如滤波算法、虚拟线算法等,来进行数据处理和障碍物的识别。
在决策方面,可以设置适当的距离阈值,当距离低于该阈值时触发警报。
最后,报警器的设计需要考虑其音量和可靠性。
对于音量,报警器应具备足够的声音大小,以确保驾驶员能够听到警报并及时做出反应。
对于可靠性,报警器应具备较长的寿命和稳定的性能,以确保系统能够长时间稳定运行。
此外,为了提高系统的可用性,还可以考虑加入其它功能,如图像显示功能。
通过搭载摄像头和显示器,可以将车辆周围的情况实时显示在显示器上,使驾驶员更加直观地了解障碍物的位置和距离。
总之,基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统是一种重要的安全辅助设备。
通过合理选择超声波传感器、设计有效的控制器和报警器,并加入其它功能,可以实现对倒车过程的有效监控和警示,提高驾驶员的行车安全性。
基于超声波汽车防撞报警系统
摘要随着科学技术的快速发展,超声波将在汽车领域中的应用越来越广。
本文对超声波汽车防撞报警系统进行了理论分析,利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识,采用以stc89c51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案,最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
为了保证超声波汽车防撞报警系统的可靠性和稳定性,采取了相应的抗干扰措施。
就超声波的传播特性,超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换电路及系统功能软件等做了详细说明.实现障碍物的测距、显示和报警,超声波测距范围0.6-2.0米,精度在10厘米左右。
这套超声波汽车防撞报警系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好,而且简单易于制作,经过系统扩展和升级,可以用于倒车、泊车等,例如:测量液位、井深、管道长度等场合。
可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。
关键词: STC89C51,超声波,传感器,LCD,测量距离AbstractAlong with the science and technology fast development, the ultrasonic wave more and m ore will be broad in the science and technology application .This article has carried on th e theoretical analysis to the ultrasonic sensor range finder possibility, the use simulation el ectron, the digital electron, the microcomputer connection, the ultrasonic wave transducer,as well as the ultrasonic wave in medium knowledge and so on dissemination characteristi c, uses take STC89C51monolithic integrated circuit as the core low cost, the high accurac y, the microminiaturized numeral demonstrated the ultrasonic wave distance gauge the hard ware electric circuit and the software design method has designed the system overall conc ept in this foundation, finally has realized each function module through the hardware and the software.Key words: STC89C51, ultrasonic wave, sensor, LCD, Measuring distance目录1 引言 11.1 课题背景 11.2 课题设计的意义: 11.3 超声波测距在汽车上应用的介绍: 12 课题的方案设计与论证 32.1 系统总体设计 32.2 设计方案的论证 53 系统的硬件结构设计 63.1 单片机的选择 63.2 发射电路的设计 113.3 接收电路的设计 154 系统软件的设计 224.1 超声波汽车防撞电路的算法设计 234.2 主程序流程图 244.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 265 调试 285.1 硬件调试 285.2 软件调试 29总结 31致谢 33附录1: 35附录2: 37附录3: 391 引言1.1 课题背景随着经济的发展与汽车科学技术的进步,公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。
基于超声波的汽车倒车防撞报警系统软件设计【文献综述】
毕业设计开题报告测控技术与仪器基于超声波的汽车倒车防撞报警系统软件设计1前言部分[1][2]随着经济的发展,人们的生活水平越来越高。
当今,对许多人来说,汽车进入家庭已不再是奢望,汽车的数量在大幅攀升,交通拥挤状况也日趋严重,撞车事件屡屡发生,造成了不可避免的人身伤亡和经济损失。
因此随之而来的事情就是如何保证汽车使用过程中的安全问题,特别是如何防止汽车与其他物体碰撞的事情发生。
据初步调查统计,l5%的汽车事故是由汽车倒车"后视"不良造成的。
因此,增强汽车的后视能力,对于提高行车安全,减轻司机的劳动强度和心理压力,是十分重要的。
如果车辆能适时检测与周围障碍物的距离并给出警告信息,使司机及早采取行动,可避免车辆相撞事故的发生。
随着科学技术的发展,用超声波进行无接触测量得到了广泛的应用。
超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播,它具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小,反射能力较强,在恶劣工作环境下具有一定的适应能力等优点。
因此可用于液位测量、车辆自动导航等领域。
[1]利用超声波测距技术的汽车倒车防撞雷达(以下简称倒车雷达),近年来逐渐在行业风行。
一些名车如奔驰、法拉利、本田雅阁等相继采用了该系统用于辅助倒车,在现时的车展上屡见不鲜。
究其原因是因为倒车镜有死角,驾车者目测距离有误差等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率,尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。
而倒车事故给车主带来许多麻烦,例如撞上别人的车、消防水笼头,如果伤及儿童更是不堪设想。
据此,这些车厂将倒车雷达作为一个卖点,声称倒车雷达在车主的一生中只要发挥一次作用就很值得了。
既然倒车雷达能够增加汽车的整体安全性能,何以只到近年才得以发展呢?众所周知,超声波测距技术由来已久,多年来已在一些领域得到应用。
例如利用超声波技术的自动测距照相机、建筑商使用的手持式墙面测距仪。
而用于汽车防撞却是近年的事。
这主要原因是传统的超声波传感器不能达到汽车行业的特殊要求。
基于超声波测距的倒车防撞报警系统研究
2、误差分析:对比实际测量距离与系统显示距离,发现误差在5%以内,满足 实际应用要求。
3、实用性评估:在多种不同类型的车型上进行测试,结果表明该系统具有良 好的通用性,可适用于不同车型。
3、实用性评估:在多种不同类 型的车型上进行测试
1、拓展测量范围:目前本系统的测量范围主要集中在20-60厘米,对于更远 距离的障碍物无法检测。因此,未来研究可考虑拓展测量范围,提高系统的实 用性。
超声波是一种频率高于赫兹的声波,人类的听力无法察觉。超声波具有方向性 好、反射能力强、能量集中等特点。本系统利用超声波的这些特点,通过测量 超声波从发射器发出到障碍物反射回来的时间,计算出车与障碍物之间的距离, 从而判断是否有可能发生碰撞。
本系统主要包括超声波发射器、接收器、微处理器和报警装置。 1、超声波发射器:产生高频超声波,向车后发射。
基于超声波测距的倒车防撞报 警系统研究
目录
01 超声波测距倒车防撞 报警系统研究现状
03 参考内容
02 研究方法
超声波测距在倒车防撞报警系统 中的应用与研究
随着汽车技术的不断发展,倒车安全问题越来越受到人们的。倒车时,驾驶员 常常无法全面观察到车后的障碍物,很容易发生碰撞事故。因此,倒车防撞报 警系统应运而生,成为汽车安全领域的研究热点。本次演示将探讨基于超声波 测距的倒车防撞报警系统研究,以期为提高汽车倒车安全性提供有力支持。
3、软件实现部分:采用C语言编写程序,实现超声波的发射、接收及数据处理 等功能。根据不同的障碍物距离,设置不同的报警等级,以便驾驶员根据警报 等级采取相应的措施。
3、软件实现部分:采用C语言编 写程序,实现超声波的发射、接 收及数据处理等功能
1、稳定性测试:在不同速度下进行倒车测试,发现本系统能够稳定地测量障 碍物距离,不受车辆速度影响。
汽车倒车防撞报警装置
汽车倒车防撞报警装置1.设计思路利用超声波测距原理,用超声波传感器发射和接收超声波。
用单片机计算出超声波发射和接收的时间差,从而算出距离,当小于这个距离时实施报警。
2.设计方案2.1报警装置工作原理图1 系统框图超声波发射传感器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就停止计时。
常温下超声波在空气中的传播速度为 C=340m/s,根据计时器记录的时间 t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(S),即:S=C*t/2=C*t0 其中,t0就是所谓的渡越时间。
如果距离小于0.5m,则单片机AT89C51便给P20口一个信号,使得报警电路工作,实现报警。
其中,接收电路的组成有:前置放大电路,带通滤波电路,检测电路。
单元电路的主要功能有:(1) 发射电路:供应电能的脉冲发生器;;(2) 前置放大电路:接收放大器,可以使微弱的回声放大到一定幅度,并使回声激发记录设备;(3) 带通滤波电路:在传感器接收的信号中,除了障碍物反射回来的回波信号外,还混有杂波和干扰脉冲等环境噪声。
而前端放大电路在放大有用信号的同时,会将一部分的噪声信号同时放大,对输入信号的信噪比的作用不大。
噪声产生主要包括50Hz的工频干扰和高频段的接收机内部噪声。
可用运算放大器构成带通滤波器(4) 检测电路:检测电路要求保证每次接收信号都能被准确地鉴别出来,通常利用比较器将输入信号与某一固定电平进行比较,输出不同的电平来产生上升或下降沿触发,转换成数字脉冲去触发单片机的外中断引脚。
(5) 报警电路:实现报警。
2.2主要芯片的选择2.2.1单片机的选择由于本系统中单片机的作用是产生40kHz的方波,和接收回波,以及对电路反馈回来的信息处理计算以及后续的控制,环境也不是很恶劣,故我们选择性价比比较高的AT89C51单片机2.2.2超声波传感器的选择超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。
基于超声波的汽车倒车防撞报警系统硬件设计【文献综述】
毕业设计开题报告测控技术与仪器基于超声波的汽车倒车防撞报警系统硬件设计1前言部分(阐明课题的研究背景和意义)随着我国汽车产业的发展和人民生活水平的不断提高,越来越多的家庭拥有自己的汽车,在享受汽车给我带来便利的同时,一方面汽车的数量逐年增加,公路,街道,停车场和车库拥挤不堪,可转动的空间越来越少,另一方面,新司机非专职司机越来越多,由于倒车而产生的问题也日益突出,倒车引起的纠纷也越来越多。
倒车时,车辆之间,车辆与人之间,车辆与墙壁等障碍物之间的碰撞时有发生,在2002年的车辆事故发生的比例中,倒车引起的事故占21%,到2006年,倒车引起的事故比例占28%,到20008年甚至达到了30%。
倒车已成为一项令人头痛的任务,即使是经验丰富的老司机也在抱怨倒车是一件费力费神的事。
汽车倒车时,由于驾驶员看不见后面的物体和人,往往会引发事故。
由于在视觉盲区,无法看清楚身后的障碍物,司机倒车时很容易刮伤汽车,甚至发生事故,当倒车进入停车场指定泊位时,如果撞到石块或桩基,常常会将车后的消音器,后车灯和后车箱撞坏。
倒车是一个复杂的任务。
他依赖于驾驶员的驾驶经验,驾驶技巧以及反应灵敏程度。
任一环节出现错误都会导致驾驶员无法快速准确的完成倒车任务。
改善倒车遇到的窘境被越来越多的人所关注,人们对汽车操纵的便捷性能提出了更高的要求,希望有种装置能够解决汽车倒车给人们带来的不便,消除驾驶中的不安全因素,解决汽车倒车中存在的困难。
解决汽车的倒车难题目前有两种思路,一是寄希望于汽车自动驾驶技术及其配套设施的日益成熟,目前这项技术仍处于研制开发阶段,短期内尚未能开发应用,第二,据统计,危险境况时,如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间,则可减少倒车事故的30%。
所以用简单的汽车倒车预警系统,亦能很大程度地解决倒车难题,但是传统的汽车倒车预警系统的功能简单,驾驶员仍然需要通过后视镜去判断车后的物体,以及通过估计汽车和车后障碍物的距离来完成倒车任务。
基于超声波测距的汽车倒车报警器设计
基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计1 引言随着汽车的日益普及,停车场越来越拥挤,车辆常常需要在停车场穿行、掉头或倒车。
由于这些低速行驶的车辆与其它车辆非常接近,而且驾驶员的视野也颇受限制,碰撞和拖挂的事故时有发生,在夜间时则更显突出。
为确保汽车安全,本文将介绍一种超声波测距报警装置,可有效地避免此类事故的发生。
2 功能要求此设计最终要实现在汽车进行倒车时,如果与障碍物的距离小于安全距离时,发出声光报警并显示车辆与障碍物间的距离,提醒驾驶员及时采取减速或刹车的措施。
3超声波简介频率高于20kHz的超声波不仅波长短、方向性好、能够呈射线定向传播,而且碰到界面就有显著的反射。
这些特性有利于选用超声波做媒体,测定物体的位置、距离甚至形状等[1]。
3.1超声波传感器特性超声波传感器的特性有以下四点:(1) 在自身特性谐振点40kHz附近可获得较高的灵敏度;(2) 谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制的很窄,有利于抗声波干扰设计;(3) 不受无限电频谱资源限制,易于抗电磁干扰设计;(4) 超声波系统成本低、性能稳定可靠,应用前景好。
3.2超声波测距基本原理超声波测距的基本原理是超声波发射器不断地发射出40kHz超声波,遇到障碍物后反射回反射波,超声波接收器接收到反射波信号,并将其转变为电信号。
测出发射和接收回波的时间差T,然后求出距离S。
在已知速度C的情况下,不难得出[2]12S CT = (1) (1)式中,C 为超声波音速,由于超声波也是声波,故C 即为音速。
音速为C =(2)(2)式中,γ为气体的绝热体积系数(空气为1.4);p 为气体的气压(海平面为1.013*106Pa); 0ρ气体密度(空气为1.29kg/m 3)。
对于1mol 空气,质量为m ,体积为V ,则密度0/m V ρ= (3)故C ==对于理想气体,有pV RT = (5)(5)式中,R 为摩尔气体常热;T 为绝对温度。
因此,有C = 由于γ、R 、m 均为已知常数,故是声速C 仅与温度T 有关。
基于超声波测距的倒车报警系统设计
基于超声波测距的倒车报警系统设计一、本文概述Overview of this article随着汽车工业的快速发展和智能化技术的进步,车辆安全性能越来越受到人们的关注。
倒车安全作为其中的重要环节,直接关系到驾驶员和行人的安全。
因此,设计一种高效、可靠的倒车报警系统显得尤为重要。
本文旨在探讨基于超声波测距技术的倒车报警系统设计。
With the rapid development of the automotive industry and the advancement of intelligent technology, vehicle safety performance is receiving increasing attention from people. Reverse safety, as an important aspect, directly affects the safety of drivers and pedestrians. Therefore, designing an efficient and reliable reverse alarm system is particularly important. This article aims to explore the design of a reverse alarm system based on ultrasonic ranging technology.超声波测距技术以其非接触、高精度、响应速度快等优点,在倒车报警系统中具有广泛的应用前景。
通过发射超声波并接收其回波,可以精确测量车辆与障碍物之间的距离,从而及时提醒驾驶员,避免发生碰撞事故。
Ultrasonic ranging technology has broad application prospects in reverse alarm systems due to its non-contact, high precision, and fast response speed advantages. By emitting ultrasonic waves and receiving their echoes, the distance between the vehicle and obstacles can be accurately measured, thereby timely alerting the driver and avoiding collision accidents.本文将详细介绍基于超声波测距的倒车报警系统的设计原理、硬件组成、软件编程以及实际应用效果。
基于超声波的汽车防撞报警系统的设计
基于超声波的汽车防撞报警系统的设计
基于超声波的汽车防撞报警系统的设计
根据超声波测量距离系统,给出了汽车测距防撞报警系统的设计.该系统能在汽车行驶以及倒车过程中自动检测出汽车与最近障碍物之间的距离(或行车中的车距)并通过LED显示出来,当到达极限距离时,系统能发出声光报警,进而提醒司机以防撞车.试验研究结果表明,该系统具有一定的实用价值以及广阔的推广应用前景.
作者:仇成群胡天云 QIU Chengqun HU Tianyun 作者单位:仇成群,QIU Chengqun(盐城师范学院,江苏盐城,224002)
胡天云,HU Tianyun(盐城供电公司,江苏盐城,224002)
刊名:汽车零部件英文刊名:AUTOMOBILE PARTS 年,卷(期):2009 ""(1) 分类号:关键词:汽车防撞报警系统单片机超声波测距。
基于超声波的汽车倒车防撞报警系统硬件设计【开题报告】
毕业设计开题报告测控技术与仪器基于超声波的汽车倒车防撞报警系统硬件设计1选题的背景、意义随着我国汽车产业的发展和人民生活水平的不断提高,越来越多的家庭拥有自己的汽车,在享受汽车给我带来便利的同时,一方面汽车的数量逐年增加,公路,街道,停车场和车库拥挤不堪,可转动的空间越来越少,另一方面,新司机非专职司机越来越多,由于倒车而产生的问题也日益突出,倒车引起的纠纷也越来越多。
倒车时,车辆之间,车辆与人之间,车辆与墙壁等障碍物之间的碰撞时有发生,在2002年的车辆事故发生的比例中,倒车引起的事故占21%,到2006年,倒车引起的事故比例占28%,到2008年甚至达到了30%。
倒车已成为一项令人头痛的任务,即使是经验丰富的老司机也在抱怨倒车是一件费力费神的事。
汽车倒车时,由于驾驶员看不见后面的物体和人,往往会引发事故。
由于在视觉盲区,无法看清楚身后的障碍物,司机倒车时很容易刮伤汽车,甚至发生事故,当倒车进入停车场指定泊位时,如果撞到石块或桩基,常常会将车后的消音器,后车灯和后车箱撞坏。
倒车是一个复杂的任务。
他依赖于驾驶员的驾驶经验,驾驶技巧以及反应灵敏程度。
任一环节出现错误都会导致驾驶员无法快速准确的完成倒车任务。
改善倒车遇到的窘境被越来越多的人所关注,人们对汽车操纵的便捷性能提出了更高的要求,希望有种装置能够解决汽车倒车给人们带来的不便,消除驾驶中的不安全因素,解决汽车倒车中存在的困难。
解决汽车的倒车难题目前有两种思路,一是寄希望于汽车自动驾驶技术及其配套设施的日益成熟,目前这项技术仍处于研制开发阶段,短期内尚未能开发应用,第二,据统计,危险境况时,如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间,则可减少倒车事故的30%。
所以用简单的汽车倒车预警系统,亦能很大程度地解决倒车难题,但是传统的汽车倒车预警系统的功能简单,驾驶员仍然需要通过后视镜去判断车后的物体,以及通过估计汽车和车后障碍物的距离来完成倒车任务。
为了减少因此带来的损失,需要有一种专门的辅助装置帮助司机可以安全的完成倒车任务。
基于AT89C2051的倒车防撞超声波报警系统
基于AT89C2051的倒车防撞超声波报警系统
本方案所设计的倒车防撞报警系统采用软、硬件结合的方法,具有模块化和多用化的特点。
设计中介绍了超声波检测的发展及基本原理,阐述了超声波传感器的原理及特性。
对于系统的一些主要参数进行了讨论,并且在介绍超声波测距系统功能的基础上,提出了系统设计的总体构成,本方案的提出将对汽车主动防撞乃至自动驾驶产生,给驾驶者提供一个倒车的操作指令。
1.引言
众所周知,要检测两头之间是否有障碍物,一般的做法是一头发射一个信号,在接收处判断是否有信号接收到,若有信号接收到,说明中间没有障碍物;若接收不到,则说明有障碍物。
然而在汽车倒车防撞报警系统的设计中,由于汽车是一个移动的物体,不可能在某一具体的位置上安装接收或发射装置,这就决定了系统的发射与接收装置必须安装于一起,因此如何设计一款将发射与接收装置安装在一起的物体检测装置是我们的研究方向。
2.超声波测距系统介绍
超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。
由于应用要求限定,在这里使用脉冲反射式,即利用超声波的反射特性。
超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就停止计时。
常温下超声波在空气中的传播速度为
C=340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(S),即:
S=C*t/2 (1-1)
可以看出其主要部分有:(1)供应电能的脉冲发生器(发射电路);。
基于超声波的车辆倒车防撞告警器的设计
基于超声波的车辆倒车防撞告警器的设计孙菁宇;高国伟;王夏雨;姬芳芳【摘要】为增加汽车驾驶的安全性,设计了一种以STC89C52作为主控芯片,采用HC-SR04超声波测距模块的汽车倒车防撞告警系统,并利用蓝牙模块实现了主机端和移动端之间的无线通信.给出了系统的基本原理及设计方案,介绍了系统的硬件组成,并对硬件进行了选择.针对该系统的功能,对软件进行了设计.实验测试结果表明,该设计测量误差在3~5cm范围之内,满足车辆倒车防撞告警需求,具有较高的实际应用价值和市场应用前景.【期刊名称】《传感器世界》【年(卷),期】2016(022)002【总页数】4页(P25-28)【关键词】超声波;倒车防撞;STC89C52【作者】孙菁宇;高国伟;王夏雨;姬芳芳【作者单位】北京信息科技大学信息获取与检测实验室,北京100101;北京信息科技大学信息获取与检测实验室,北京100101;北京信息科技大学信息获取与检测实验室,北京100101;北京信息科技大学信息获取与检测实验室,北京100101【正文语种】中文【中图分类】U463.6一、引言经济的快速发展,导致人们对汽车的需求量越来越大,特别是近年以来人口大量的向大中城市流动,造成城市车流量大幅度增加,交通也越来越拥挤。
驾驶员的视线由于各种各样的原因受到限制,给其倒车、转弯带来极大的不便,撞车和刮擦的事故时有发生。
为此,设计一款能够提前提醒驾驶员规避障碍物的汽车防撞告警系统对于驾驶员安全驾驶具有重要意义。
本文所设计的系统,利用单片机及超声波测距仪实现了测距及告警,并引入蓝牙无线通信技术实现了移动端的监控。
通过比较汽车尾部与障碍物之间的距离数值与预先设置好的报警距离阈值,进行距离提示与报警,当障碍物的距离小于设定的阈值时,告警器开始报警,并根据距离的远近发出不同频率的报警声,同时通过蓝牙上传至移动端,便于实时查看并及时做出反应,为驾驶员提供更高的安全保障。
结果表明该设计完全满足车辆倒车防撞告警需求,具有较高的实际应用价值和市场应用前景。
基于超声波传感器的汽车倒车防撞报警器
基于超声波传感器的汽车倒车防撞报警器1.引言由于社会的进步,经济的发展和生活水平的不断提高,汽车数量逐年增长,造成道路交通拥挤不堪,交通事故频繁发生。
汽车倒车报警器:在倒车时不断测量汽车尾部与其后面障碍物的距离,并随时显示其距离,在不同的距离范围内发出不同的报警信号,以提高汽车倒车时的安全性的仪器。
本警器由单片机来控制。
整个控制系统由超声波发射电路、超声波接收电路、报警电路、复位电路、显示电路组成。
实行实时数字显示测得的距离,在不同的距离范围内发出不同的报警信号,驾驶员可根据个人需要调整设置报警距离,以减少事故的发生。
2.超声波传感器测距系统2.1 超声波测距原理及系统原理框图超声波是人耳听不到的一种声波,人耳的听音范围是20~20000Hz,本设计采用的超声波是40000Hz。
超声波的纵向分辨率较高,对色彩和光照度不敏感,对外界光线和电磁场不敏感,可以用于测量较近目标的距离。
本设计采用的超声波传感器往返距离为5m,在有灰尘、烟雾、强磁场干扰、有毒等各种环境下都能稳定工作。
图 1 超声波传感器内部结构本文采用的传感器模块是压电式超声波发射器。
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波发生器内部有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。
反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器。
图2 超声波传感器的等效电路2.2 超声波传感器测距方法超声波发生器在某一时刻发出超声波信号,遇到被测物体后反射回来,被超声波接收器接收到。
只要计算出超声波信号从发射到接收到回波信号的时间,知道在介质中的传播速度,就可以计算出距被测物体的距离:d=s/2=(vt)/2其中d为被测物到测距仪之间的距离,s为超声波往返通过的路程,v为超声波在介质中的传播速度,t为超声波从发射到接收所用的时间。
基于汽车倒车防撞报警器的设计与实现论文
基于汽车倒车防撞报警器的设计与实现论文德州职业技术学院高职专业毕业论文汽车倒车雷达防撞报警系统的设计系部:新能源工程系专业:太阳能光电应用技术姓名:孙强学号: 201410020151 指导教师:田晓龙2016年12 月16 日摘要倒车后视不良一直都是困惑驾驭员,特别是菜鸟的难题。
倒车雷达能以声响或许更为直观的方式奉告驾驭员周围障碍物的状况,协助驾驭员打扫视界死角和消除视野含糊的缺点,进步驾驭的安全性。
这篇文章具体介绍了一种根据AT89C51单片机的超声波脉冲测距的倒车防撞报警器的规划。
该规划以超声波在空气中传播速度为断定条件,使用超声波的反射,测出间隔。
论文概述了超声测距的基本原理及超声传感器的特性,并在超声测距原理的基础上,提出了体系的整体构成,以蜂鸣器报警作为正告提示,具有较强的实用性。
关键词:超声波防撞传感器报警器控制系统目录1、前言 (4)1.1 国内外发展的概况以及存在的问题 (4)1.2 倒车雷达的发展 (5)1.3 本设计的目的 (7)1.4研究意义 (7)2、系统计划选择 (8)2.1 测量计划的比照 (8)2.2 超声波测距的工作原理 (8)2.3 超声波测距的工作方式 (9)3、系统硬件设计 (10)3.1超声波发送模块规划 (10)3.2 超声波接收模块规划 (11)3.3 语音电路规划 (13)3.4 LED显示电路设计 (13)4、硬件实现及单元电路设计 (15)4.1主控制模块 (15)4.2 电源设计 (16)4.3 超声波测试模块 (16)5系统软件设计 (17)6、系统误差分析及改进 (19)6.1发射器探头对接收器探头的影响 (19)6.2回波检测对时间测量的影响 (19)6.3超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响 (20)6.4针对误差产生原因的系统改进方案 (20)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 (25)1前言1.1国内外发展的概况以及存在的问题随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺,汽车的数量在大副攀升。
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基于超声波传感器的汽车倒车防撞报警器1.引言由于社会的进步,经济的发展和生活水平的不断提高,汽车数量逐年增长,造成道路交通拥挤不堪,交通事故频繁发生。
汽车倒车报警器:在倒车时不断测量汽车尾部与其后面障碍物的距离,并随时显示其距离,在不同的距离范围内发出不同的报警信号,以提高汽车倒车时的安全性的仪器。
本警器由单片机来控制。
整个控制系统由超声波发射电路、超声波接收电路、报警电路、复位电路、显示电路组成。
实行实时数字显示测得的距离,在不同的距离范围内发出不同的报警信号,驾驶员可根据个人需要调整设置报警距离,以减少事故的发生。
2.超声波传感器测距系统2.1 超声波测距原理及系统原理框图超声波是人耳听不到的一种声波,人耳的听音范围是20~20000Hz,本设计采用的超声波是40000Hz。
超声波的纵向分辨率较高,对色彩和光照度不敏感,对外界光线和电磁场不敏感,可以用于测量较近目标的距离。
本设计采用的超声波传感器往返距离为5m,在有灰尘、烟雾、强磁场干扰、有毒等各种环境下都能稳定工作。
图 1 超声波传感器内部结构本文采用的传感器模块是压电式超声波发射器。
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波发生器内部有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。
反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器。
图2 超声波传感器的等效电路2.2 超声波传感器测距方法超声波发生器在某一时刻发出超声波信号,遇到被测物体后反射回来,被超声波接收器接收到。
只要计算出超声波信号从发射到接收到回波信号的时间,知道在介质中的传播速度,就可以计算出距被测物体的距离:d=s/2=(vt)/2其中d为被测物到测距仪之间的距离,s为超声波往返通过的路程,v为超声波在介质中的传播速度,t为超声波从发射到接收所用的时间。
为了提高精度,需要考虑不同温度下超声波在空气中传播速度随温度变化的关系:v=331.4+0.61T式中,T为实际温度(℃),v的单位为m/s。
2.3 硬件电路设计2.3.1 系统硬件各单元电路设计2.3.1.1 发射电路由于从单片发射头UC机里发出的40KHz脉冲信号的功率较低,不能直接驱动发射换能器,因而需要一个放大电路将脉冲信号放大后再送至发射换能器,驱动其发出与驱动信号同频率的超声波,所以发射电路的主要功能就是放大,发射电路下图。
图 3 发射电路图图中,与非门74LS00和LM386组成超声波发射电路,用74LS00构成多谐振荡器,通过调节20k的电位器,可产生超声波发射的40kHz信号,其中U3A为驱动器,电路振荡频率f≈1/2.2RC,单片机的控制信号由U2A输入。
为增大超声波的发射频率,本设计利用了单运放LM386,发射距离可达4m。
2.3.1.2 接收电路超声波接收电路如图4示。
接收头采用与发射头配对的超声波接收器R,将超声波调制脉冲变为交变电压信号。
为了进行信号的整形,在设计中的CMOS电平的6非门芯片CD4069,可以减少电路的复杂程度,提高电路的带负载能力。
整形后的信号由C1耦合给带有锁定环的音频译码集成块LM567的输入端3脚,当输入信号的幅度落在其中心频率上时,LM567的逻辑输出端8脚由高电平跃变为低电平。
图4 接收电路图2.3.1.3 温度补偿电路根据上文中可知,温度对声速的影响较大,若不进行补偿,将会带来测量误差,为了提高系统的测量精度,设计了温度补偿电路。
系统采用数字温度传感器DS18B20来采集温度,DS18B20是美国DALLAS公司生产的1-wire总线串行数字温度传感器,它具有微型化、低功耗、抗干扰能力强、易于与微处理器接口等优点,适合于各种温度测控系统。
它的测量温度范围为-55℃~+125℃,精度可达0.0675℃,最大转换时间为200ms。
数字式温度传感器和模拟温度传感器最大的区别是:将温度信号直接转化成数字信号,然后通过串行通信的方式输出。
因此掌握DS18B20的通信协议是使用该器件的关键。
该协议定义了几种信号类型:复位脉冲、应答脉冲时隙;写“0”、读“1”时隙,读“0”、读“1”时隙。
初始化后,传感器输出两个字节的温度,进行数据处理后得到实际温度的值,计算补偿声速。
2.3.1.4 液晶显示电路字符点阵系列模块是一类专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型显示模块,分4位和8位数据传输方式。
它提供5×7点阵+光标和5×10点阵+光标的显示模式。
提供显示数据缓冲区DDRAM、字符发生器CGROM和字符发生器CGRAM,可以使用CGRAM来存储自己定义的最多8个5×8点阵的图形字符的字模数据。
丰富的指令设置:清显示,光标回原点,显示开/关,光标开/关,显示字符闪烁,光标移位,显示移位等。
提供内部上电自动复位电路,当外加电源电压超过+4.5V时,自动对模块进行初始化操作,将模块设置为默认的显示工作状态。
OCM2X16显示两行字符,每行可以显示16个字符。
本设计采用OCM2X16,显示两行字符,一行显示当前的环境温度,一行显示所测距离。
2.3.2 加强系统稳定性的措施2.3.2.1 微处理器控制单元单片机控制发射触发脉冲的开始时间及脉宽,响应回波时刻并测量、计数发射至往返的时间差。
对单片机编程,可对测得数据优化处理使测量误差降到最低限度。
单片机还控制显示电路,通过串行口的控制脉冲输出串行数据送数字显示电路。
计数方式有两种方法:①在单片机发触发脉冲的同时开启T1,收到回波立即关闭T1,这时T1的值为超声波走过的时间。
②把两个上升沿处理为一个脉冲,此脉冲的宽度即是理论上与上述相等。
2.3.2.2 扩大测距范围由于空气对超声波的吸收与超声波频率成正比,因此用来测距的超声波的频率不能很高。
另一方面,频率越低,波长越长,测量的绝对误差就越大。
所以,40KHz的超声波单频测距的范围只有5到6米,无法满足我们的要求。
为了解决测量范围和测量精度之间的矛盾,我们采用双频测距的方法。
其测距原理是:控制器现发出一串频率为fH的超声波,串长度可以有10到16个完整的波形,接着送出4到8fL低频率的超声波。
这种在时域上连续的两种频率的超声波被前方的目标反射后,形成回波,回波经由接收器形成回波脉冲。
由于高频声波先发出,对于同一个目标,其回波先到达单片机,因此,对于较近的目标,首先用高频超声波探测。
当目标较远时,高频超声波被空气吸收而大幅衰减,接收器接收到的回波中只有低频超声波,从而可以达到提高测距范围的目的。
2.3.2.3 抗干扰措施输入和输出通道采用光耦隔离干扰信号。
采用了合理的接地措施,以防止外部干扰的侵入,提高系统的抗干扰能力。
采用了输入和输出驱动法和降低输入阻抗法,以削弱或抑制反射波的干扰。
在硬件电路中,采用了滤波电路和退耦电路,以削弱或抑制瞬变噪声的干扰。
利用了TL7705构成电源监视电路,使单片机系统在掉电时能自动保护现场数据。
在设计和制作电路板时,采取了相应的抗干扰措施。
由于干扰而使运行程序发生混乱,导致程序乱飞或陷入死循环时,采取了使程序纳入正规的措施,如软件冗余、软件陷阱等。
采用软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上的干扰信号。
输入信号的干扰是叠加在有效电平信号上的一系列离散尖脉冲,作用时间很短,当控制系统存在输入干扰,又不能用硬件加以有效抑制时,采用了输入口信号重复检测的方法,达到“去伪存真”的目的。
采用了输出口数据刷新方法。
在本报警器的硬件电路中,使用了8155芯片,工作模式或控制字可能因噪声干扰等原因受到破坏,使系统输入和输出状态发生混乱,在设计中,对有关功能重新设定一次,确保接口的可靠工作。
2.3.2.4 窜绕问题的解决在测距系统中,一般发射换能器和接收换能器的距离非常接近,可能会有一部分超声波信号没有经过被测物体的反射而直接传到接收换能器中,这种窜绕问题给整个系统带来非常大的误差,其次,现场很多的杂波信号也会被接收换能器接收而使系统误动作。
本系统接人一个具有门限作用的单限电压比较器,通过设置它的阀值电压,使高于该电压的信号被转换为高电平,否则被转换为低电平输出,这样就可以达到限幅输出的目的,从而将窜绕信号除掉。
2.4 软件电路设计2.4.1测距系统整体流程单片机通电正常工作后,按照下图顺序依次执行,最终完成工作要求。
图5 流程图3. 系统调试把程序下载到单片机中,进行联机调试,逐个检查各个按键的功能是否实现,反复实验观察,完善功能直到满足系统要求为止。
3.1 软件调试首先是通过软件仿真,先进行单个程序仿真,然后再进行整体程序仿真,不断修改,逐步完善其功能。
在这步完成后应该确定其I/O口的分配,时钟的选择和各输入信号的逻辑性及给出系统所需的信号。
调试的时候一定要细心,有耐心,踏踏实实的一步一步调,不可急,否则程序会一塌糊涂。
3.2 硬件调试由图6所示的超声波测距整体系统组成框图按信号的流向分级安装,逐级级联,这里的每一级是指组成超声波测距系统的各功能电路。
图 6 系统硬件图4. 结束语在环境温度为-20~+50℃的范围内,测量误差为几个厘米,这个误差能满足正常倒车的需要。
因为本设计所采用的超声波传感器的辐射范围是60度,所以安装时,需在车尾装3至4个超声波传感器,这样才能覆盖整个范围。
随着科技的发展,超声波传感器的研究也的到更加的深入和广泛,超声波传感器的生产工艺水平也随之提高,超声波传感器日益小型化、集成度不断提高,测量精度也不断提高,所以超声波传感器将更广泛地应用在人们的日常生活中。
5. 参考文献[1] 陈杰. 传感器电路原理与制作[M]. 成都: 高等教育出版社, 2002.[2] 张和生, 宋明耀. 车载超声测距仪的研制[J]. 仪表技术与传感器. 2003.[3] 程佩青. 数字信号处理[M]. 北京: 清华大学出版社, 2001. [4] 陈国华. 电子降盗报警器电路大全[M]. 北京: 电子工业出版社, 2000. [5] 康华光. 电子技术基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 20 00.。