曹楠楠汽车-倒车防撞系统设计

单位代码：005分类号：IN大学创新学院本科毕业论文（设计）题目：汽车倒车防撞系统设计专业：电子信息工程姓名：楠楠学号：0903024119指导教师：延宁职称：教授毕业时间：二零一三年六月汽车倒车防撞系统设计摘要：本次设计主要是以AT89S52单片机作为主体设计的汽车倒车防撞系统，这种智能的系统给汽车在倒车时提供较高的安全性。

该系统利用了超声波不用接触就能进行测量距离的特点，系统主要包括超声波发射电路模块,超声波接受电路模块，液晶显示模块以及声光报警电路模块。

超声波探头主要是进行超声波的发射和接受部分，液晶显示主要是显示障碍物与车之间的距离，在超出所设定的距离时，蜂鸣器报警，同时发光二极管亮，提醒驾驶员采相应的措施。

提高汽车在倒车过程中的安全性，能很有效的减少交通事故。

关键词：AT89S52；超声波；测量距离；防撞The Design about Collision Avoidance System of ReveringAbstract：This design is mainly based on AT89S52 single chip microcomputer as the main design of the automobile back-draft anti-collision system, this system of intelligent car provides high security in reverse. The system uses ultrasonic without contact can characteristics of distance measurement, system mainly consists of ultrasonic transmitting circuit module, ultrasonic receiving circuit module, liquid crystal display module and an acousto-optic alarm circuit module. The ultrasonic probe is mainly the ultrasonic transmitting and receiving part, LCD display between the obstacle and the vehicle distance, beyond the set distance, the buzzer alarm, at the same time the bright light emitting diodes, to remind the driver to adopt the corresponding measures. Improve the safety car in reversing the process, can be very effective to reduce traffic accidents.KEY WORDS: AT89S52, ultrasonic, measuring the distance,collision avoidance目录1.绪论11.1.本设计的目的和意义11.2.课题研究背景22.超声波介绍22.1.超声波传感器32.2.超声波测距的原理与方式42.2.1.超声波测距的工作原理42.2.2.超声波测距的工作方式53.本设计核心器件简介53.1.硬件部分53.2.单片机的选择63.2.1.AT89S52单片机63.2.2.功能特性描述73.3.超声波传感器的选择83.4.系统总体设计思路94.硬件电路设计94.1.显示电路94.2.报警电路104.3.单片机最小系统114.3.1.电源电路124.3.2.晶振电路124.3.3.复位电路134.4.整个电路设计的原理图135.程序设计145.1.主程序流程图155.2.超声波发射接收流程图175.3.测距流程图185.4.显示和报警流程图186.误差分析197.结束语20参考文献22致231.绪论超声波是那些没有眼睛生物用来防御外来侵略或用于捕食猎物的一种手段，这种生物发出人们所听不到的超声波，利用空气作为传输媒质传播它们所发出的超声波，超声波遇到障碍物时就会反射回来，由发射到反射回来这之间的时间就可以粗略的估算出猎物或障碍物离该生物的距离。

超声波最早开始于1879年，而这种作为人类首次发现的高频信号，在其它行业得到广泛的应用。

可是在汽车领域很少有提及到它，这主要是因为最早期的超声波传感器达不到汽车行业所要达到精确要求。

近些年，由于超声波技术在我国的不断发展，再加上它是一种不用接触就能进行测量的高精度传感器。

所以后来也被用于汽车行业中来，其主要被应用在汽车的倒车防撞系统上。

1.1.本设计的目的和意义随着经济水平的提高,人们对物质要求也越来越高，汽车作为现今社会的主要交通工具，很快在人们的生活中普遍了起来，而在驾驶过程中的安全问题也成为大家所关注的课题。

汽车倒车倒车防撞系统能测量障碍物离车辆的距离并显示该距离,同时用滴滴声报警。

驾驶人员不但可以很直接观测到被显示的距离,还可以用听觉判断，根据车后障碍物距离的远近不同，报警频率是不同，距离越近频率越高。

近几年，由于科技突飞猛进的发展，单片机在对电路的设计中变得越来越重要，并带动传统控制检测技术的发展。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机一般作为一个比较核心部件来使用，仅仅靠单片机方面知识还是不够的，还应该根据具体情况和要求设计硬件结构和软件部分，这些结合起来才能更好的完善对电路的设计。

利用超声波测距方面的知识和单片机设计电路，设计出了汽车倒车防撞系统，此系统采用计算机控制技术和超声波非接触测距特点，通过LCD显示障碍物与汽车之间的距离，并根据所测距离远近的不同，所发出的报警频率是不同的，同时有不同颜色的LED灯亮。

这样就很好的解决了驾驶员在停车和起动车辆时存在的一些安全隐患，提高了驾驶过程中的安全性。

1.2.课题研究背景随着汽车数量一年一年的增多年，对交通，停车位等造成严重的压力，现今社会交通堵塞，停车难已经是个一个令人很头疼的问题，特别是在停车的时候，稍稍不注意就有可能造成很严重的后果。

这一问题得到了驾驶员们的关注，所以他们就对车操纵的便捷性提出了更高的要求，希望可以自己的车上安装某种装置可以解决汽车在倒车中所遇到的难题，减少在驾驶过程中的不安全隐患，以便于他们可以很快的停在所要停的地方，而当出现问题可以及时的报警，以免造成不必要的问题。

这时在汽车上安装倒车防撞系统就显得尤为重要，因此市场上出现了汽车倒车防撞系统。

这种系统主要是利用超声波非接触的特点测量障碍物与车之间的距离。

2.超声波介绍人耳能听到的声波频率在20Hz-20KHz之间。

频率超过20KHz的称为超声波，低于20Hz的称为次声波[1]。

我们通常用所到的超声波的频率围，可从几十兆赫兹到几千兆赫兹。

超声波作为人类首次发现一种高频信号，其特点颇多：比如受它的频率高，波长短，特别是方向性好，能够成为射线而定向传播等。

这一特性应用到测量距离上来，它可以不用接触被测物进行测量，比起那些接触式的测量就比较方便了，特别对于那些比较难测量的区域。

超声波的穿透能力是很强，无论是固体还是液体，尤其是对那些不透明的物体，可以穿透几十米的深度。

超声波在不同的介质中传播会在分界面发生反射，折射和波形转换等现象。

正是因为它的各种特点所以，超声波检测广泛应用在生物医学，国防等各个领域。

2.1.超声波传感器用超声波作为检测的方法，首先必须有能产生超声波的元件。

完成这项任务的元器件就是超声波传感器了，我们习惯上叫它超声波换能器，或是超声波探头。

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成传感器，超成波探头按其结构可分为直探头，斜探头，双探头和液侵探头。

按其工作原理又可以分为压电式，磁致伸缩式，电磁式等[2]。

在实际中比较常用是压电式探头，它其实是利用了压电效应原理，压电效应又可分为逆压电效应和正压电效应。

超声波传感器是一种可逆元件，而压电式超声波就是利用这一原理，也就是电信号和超声波信号的相互转化来。

在超声波的发射这一过程中，是将电信号转化为发射的超声波信号；而在超声波接受过程中，主要是将超声波信号转化为电信号的过程。

超声波是一种振动频率高于声波的机械波,具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点[3]。

超声波传感器是由两个压电晶片和一个共振板组成。

当给它外加一个脉冲信号时，当其频率和压电晶片的固有频率相等时，压电晶片就会产生共振现象，进而带动共振板产生振动，就是超声波发射器了[2]。

超声波发射器如图2-1所示:图2-1 超声波发射器若两电极之间没有电压，共振板接收到超声波信号时，迫使压电晶片产生振动，这样就将机械能转换为电能，此时就是超声波接收器了[2]。

超声波接收器如图2-2所示：图2-2 超声波接收器2.2.超声波测距的原理与方式2.2.1.超声波测距的工作原理超声波测距原理就是利用超声波发射器发射信号，从刚发射超声波时就开始计时，信号在介质中传播，在传播的过程中遇到障碍物就马上返回，超声波接收器收到反射回来的信号时就立即停止计时。

超声波在空气中传播速度v，一般情况认为是340m/s，根据记录时间t就可以计算出发射点距障碍物的距离s,即：S=v·t/2(2.1)超声波测距示意图如图2-3所示图2-3 超声波测距原理图2.2.2.超声波测距的工作方式利用超声波测量距离主要有声波幅值检测法，相位检测法和度越时间法。

声波复制检测法容易受反射波的干扰；度越时间检测法测量精度较高，可使其测量围小[4]，这种方法特别容易实现。

综合所述各种方法的优缺点，本设计系统采用的是度越时间检测法，其原理其实特别简单，就是超声波传感器发射超声波信号，经由介质转播，当遇到障碍物返回,直到超声波接收器接收到回波时，这之间所经历的时间就是度越时间。

3.本设计核心器件简介3.1.硬件部分本设计的硬件电路主要包括单片机控制部分系统，超声波的接收和发射，报警电路以及显示电路四部分组成。

该系统设计以AT89S52单片机为主，它有着12MHz高精度的晶振，可以获得较为稳定的时钟频率，能有效的较少测量误差。

用AT89S52单片机的P3.0口发射出40kHz的方波信号，此信号是超声波传感器所需要的。

利用外部中断INT0端口监测返回的超声波信号。

显示电路采用液晶显示，报警电路采用声光报警。

系统框架图如图3-1所示；图3-1 系统设计框图3.2.单片机的选择[5]3.2.1.AT89S52单片机➢片存储器包含8KB的Flash，可在线编程，擦写次数不少于1000次；➢具有256个字节的片RAM；➢具有可编程的32根I/O口线P0,P1,P2和P3；➢具有3个可编程定时器T0,T1和T2；➢含有2个数据指针TPTR0和TPTR1;➢中断系统具有8个中断源，6个中断矢量，2级优先权的中断结构；➢串行通信口是1个全双工的UART串行口；➢2种低功耗节电工作方式为空闲模式和掉电模式；➢具有3级程序锁定位；➢含有一个看门狗定时器➢具有断电标志POF；➢与MCS-51产品完全兼容；3.2.2.功能特性描述AT89S52是一种低功耗，高性能,采用CMOS8工艺的8为单片机，其片具有8K的可在线编程Flash存储器。