检测技术与自动化仪表课程设计

河南理工大学

检测技术与自动化仪表课程设计说明书汽车倒车防撞警报系统设计

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汽车倒车防撞警报系统设计

电科级班指导老师：

摘要：本文在查阅、分析了现有的几种不同的测距原理分析确定了超声波测距，并对基于超声波测距的倒车雷达预警系统的研制进行了深入探讨和研究。该系统分为测距模块、系统控制模块和显示报警模块，并分别对其进行方案分析，最终确定汽车倒车防撞警报系统的系统构架和设计方案；在硬件电路中，详细阐述了运用单片机技术实现的倒车雷达预警系统的测距实现原理，分析了以AT89S52单片机为主控单元的系统硬件和软件设计，并对该系统进行误差分析，使我们对于系统的各种性能有了进一步认识。

试验结果显示，该系统对有限距离的距离测量具有较高的精度，实现倒车提示和距离报警功能，其主要技术指标达到了系统设计要求。

关键词：倒车雷达；超声波；测距

目录

1 绪论 (1)

2 系统硬件电路设计 (4)

3 软件编程 (10)

3.1控制电路 (12)

3.3接收收电路 (12)

3.4语音报警电路 (13)

3.5显示电路 (14)

4结论........................................................ (15)

参考文献 (16)

1概述

改革开放以来，人们的生活越来越好，在满足基本的生活需求之后，对生活的质量有更高的要求。在国家要想富先修路的号召下，公路的建设发展迅速，这也带动汽车的发展。交通事故的发生越来越高，这就要求汽车安装汽车倒车防撞报警系统。

汽车防撞的关键技术是车辆测距技术和实时监控技术。驾驶员凭借测距装置实时测量前后左右障碍物距离，通过警报系统或数码屏幕显示来了解汽车与障碍物之间的状态，从而避免因疏忽误判引起的碰撞事故。

本系统采用以以8051系列的AT89S52单片机系统为核心开发超声波测距系统。系统硬件原理图如图1-1：

系统硬件原理图1-1由超声波发射，回波信号接收，计时测量、数据处理和智能算法、显示和报警等构成。整个系统由微处理器控制，根据“回波测距”的原理设计的。由超声波的发射电路发射超声波，超声波在空气中传播至障碍物后发生反射，反射的回波经空气传播给超声波接收换能器接收并转换成电信号，再经滤波、放大、整形后，输入到微处理器的外部中断口INTO处产生中断，计数器停止计数，测出从超声波发射脉冲串时刻到接收回波信号时刻差，超声波在同温同介质中的传播速度由测温系统得知，将时刻差与声速相乘得出距离，并在显示系统上显示。它的各部分电路的说明如下。

(1) AT89S52 单片机系统是超声波测距仪的核心部分，主要任务有：控制一个40KHz的脉冲驱动振荡电路，启动振荡电路工作，振荡电路振荡出与超声波发射器的固有频率相同频率，使换能器能最大效率工作；实现串Ca通讯；TO计时，完成

测距数据的计算和处理软件除干扰。

(2) 超声波发射电路作用是将振荡电路振荡出40KHZ的脉冲信号，信号幅值是18V(可调节)，脉冲信号将驱动超声波发射传感器，发射超声波。

(3) 超声波接收电路主要包括微弱信号放大、电压比较中断信号输出、温度测量电路等部分。它是用来对接收到的回波进行放大和整形，即将回波信号转换成单片机的中断信号。通过分析声速受温度的影响，设计温度测量电路，温度测量电路是实时测量出测量时空气中的温度，再将实时温度换成实时的速度，以保证测量距离的精度。

(4) 通过显示电路将测距结果实时地显示出来。

2 汽车倒车防撞警报系统硬件电路设计

系统由三大部分组成：（1）超声波发射接收电路；（2）单片机AT89S52租车系统控制电路；（3）距离显示电路和声光报警电路；

控制单元由单片机AT89S52和周围器件构成。AT89S52是一个8k字节可编程EPROM的高性能微控制器。它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微控制器，它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。在这个系统里，它的作用是形成用于超声波的发射控制、形成必要的时序、控制LCD字符的显示、控制继电器通断以及对采集到的数据进行运算。

2.1 控制电路

AT89S52单片机最小系统由AT89S52单片机及其外围电路组成，是整个汽车倒车防撞系统的核心。

AT89S52单片机在高温环境中稳定性好，支持在线编程ISP，无需专用的编程器，方便调试.AT89S52单片机对很多嵌入式控制应用提供了一个高灵活有效的解决方案。它的作用使形成用于产生超声波的40KHZ信号、形成必要的时序、控制LCD 字符的显示。AT89S52单片机各个引脚分布如图2-1所示，P1.4为控制超声波发射；P3.2接收超声波回波信号，TO引脚为信号输出供超声波传感器产生40KHZ共振频率的信号，使超声波产生共振；P18和P19为单片机自身的11.0592MHZ晶振；P9是复位信号：P17引脚输出报警信号；P3.2接温度传感器TEMP，测量温度，实时计算出距离；P00-P07引脚对应液晶显示屏的DBO-DB7，控制液晶屏的写入字符；

TXD

引脚控

制写入

下载程

序；RD

接蜂鸣

器的

WARN

，当距

离达到

限定值

图2-1 单片机引脚图

就启动蜂鸣器，开始鸣叫报警，以提醒驾驶员注意倒车情况。 2.2 超声波的发射电路

超声波的发射电路是发射40kHz 振荡信号。40kHz 振荡信号由555集成块和周围电路产生,然后送至放大电路驱动压电传感器发出一系列的脉冲群，每一个脉冲群持续时间大约为0.15ms 左右。信号经过三级管放大,再经过阻抗匹配电路即变压器

(变压器输入输出比为1 ∶10 ) 后，驱动超声波发射头1,发射换能器两端就加上了高电压,内部的压电晶片开始震动，经过压电换能器将发出40kHZ 的脉冲超声波。发射电路如图2-2：

2.3 超声波的接收和处理电路

当超声波遇到障碍物时就会产生反射波，反射波返回到超声波传感器上，尽管发射部分的脉冲电压比较高,但是由回波引起的接收压电晶片产生的射频电压幅度近距离有1V ，但是由回波引起下，声的接收压电晶片产生的射频电压幅度近距离有几毫伏，远距离还不到几毫伏，由于在远的情况的回值的距离较小，波很弱，因而转换为电信号的幅度小，为此要求将信号放大，而且此时的信号要求将信号放大6000倍左右。信号经过放大整形电路产生一个负脉冲信号使单片机产生中断。在接收端第一级，要求其放大倍数为62倍左右，故选用了B 运算放大电路。在B 运算放大电路中，我们只选用了一个三极管即可满足要求。经过一级发达后 ，为了去掉信号中的杂波，加了电容和一个电阻进行一次滤波。紧接着是二级放大运算放大电路A 。为了满足接受超声波的接收和处理电路要求的放大倍数，在运算放大电路

A

图 2-2 超声波发射电路