基于单片机的车距检测与防撞系统

《基于单片机的车距检测与防撞系统》

作品设计说明书

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设计时间: 2013年 3月10日

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摘要

基于单片机的车距检测与防撞系统

【摘要】本文介绍了AT89S51单片机的性能及特点，设计了以其为核心的一种低成本、高精度、微型化、数字显示的汽车防撞报警器。该防撞报警器将单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，可检测汽车运行中后方障碍物与汽车的距离，通过数显装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出警告声。对防范汽车倒车事故的发生具有重要的意义。

【关键词】单片机;超声波;防撞;报警

目录

引言 (13)

1系统设计的目标和任务 (13)

1.1系统设计的基本要求 (13)

1.2系统设计的思路 (13)

1.3方案论证 (13)

1.3.1发送模块 (13)

1.3.2接收模块 (13)

2 AT89S51单片机与超声波简介 (14)

2.1 AT89S51单片机的概述 (14)

2.2 AT89S51单片机的特点 (14)

2.3 超声波简介 (15)

2.4 基于CX20106超声波测距的调试 (15)

3系统软件部分设计 (15)

3.1超声波系统主流程图 (15)

3.2超声波硬件设计与软件编程 (17)

3.2.1复位电路 (17)

3.2.2显示电路 (18)

3.2.3超声波发送与接收模块 (18)

3.2.4 报警模块 (19)

4 调试及性能分析 (20)

4.1 硬件调试 (20)

4.2 软件调试 (20)

4.3测试结果与分析 (20)

5设计总结 (21)

致谢 (21)

参考文献 (21)

附录1电路原理图......................................................................................... 错误！未定义书签。附录2 PCB图................................................................................................ 错误！未定义书签。附录3程序..................................................................................................... 错误！未定义书签。

引言

随着现代化城市的发展，城市密度越来越大，城市交通越来越拥堵，人们对自身的生命财产安全越来越重视，在公路上车辆行驶的安全性也得到了更多的关注，能否在高速行驶公路上及时提醒司机驾驶安全也变得更加重要。因此，设计一个小车防撞系统也就变得很有必要。目前测量距离一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种[1]。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点，因此经常用于距离的测量。超声波测距主要用于建筑工地以及一些工业现场和移动机器人研制上，可在潮湿，多尘等环境下工作。相对于其他技术而言，超声波定位技术成本低、工作稳定、精度高、操作简单等优点，非常适用于距离测量定位。AT89S51为小车防撞控制系统提供了稳定、可靠的解决办法，充分利用它的片内资源，实现了超声波测距和报警 [2]。

1系统设计的目标和任务

1.1系统设计的基本要求

本次设计的主要内容是设计一种基于单片机汽车防撞报警系统的硬件电路，主要利用单片机对超声波传感器采集的模拟数据的处理及存储。

设计的基本要求：

1.快速自动报警功能：当超声波传感器检测到汽车后方障碍物与汽车的距离小于安全值时，系统能快速进行声光报警。

2.准确地向终端报警：能够及时并准确地向司机进行报警，快速地实现安全检测。

3.实时检测功能：监测模块能实时采集汽车与后方障碍物距离的变化，将这些数据定时传送给单片机，有利于及时了解当前所处情况是否处于安全环境之下[3]。

1.2系统设计的思路

该系统分为监测部分与终端接收部分。

监测部分，通过超声波系统对碰到的障碍物进行检测，再通过单片机系统对接收到的数据进行处理，保证在终端能准确地接收信息，蜂鸣器同时工作；终端接收部分，终端通过单片机分析接收的相关信息，在LED上显示与障碍物的距离[4]。

1.3方案论证

1.3.1发送模块

方案1：采用压电式超声波换能器。压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。

方案2：采用反向器74LS04和超声波发射换能器T构成震荡器。这种电路可以提高超声波发射强度，且电路简单，稳定性高。

方案3：单电源乙类互补对称功率放大电路和UCM—40T发射器。利用单电源乙类互补对称功率放大大路驱动发射器[5]。

经论证比较，三种方案差距不大，但鉴于用74LS04电路简单。故选择方案2。

1.3.2接收模块

方案1：采用集成电路CX20106A。它是一款红外线检波接收的专用芯片，考虑到红外常

用的载波频率38KHZ与测距的超声波40KHZ较为接近，可以利用它制作超声波检测接受电路，且电路简单，灵敏度高，还有较强的抗干扰能力。

方案2：采用uA741构成两级放大电路，这是专用运算放大器，高增益，增益带宽积大，抗干扰能力强，可测距离远，精度高[6]。

经论证比较，虽然方案2相对方案1可测的更远，但方案1已可满足项目功能的要求，且方案1电路结构简单，方便调试，故采用方案1。

2 AT89S51单片机与超声波简介

2.1 AT89S51单片机的概述

AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[7]。

AT89S51单片机的引脚结构如图1所示。

图1 AT89S51单片机引脚图

2.2 AT89S51单片机的特点

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器[8]。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有