汽车智能测距防撞系统设计

1、黄河科技学院毕业设计说明书 第 页1 绪 论曾几何时，汽车车对很多家庭庭来说是不敢敢想象的。但但随着社会生生产力的发展展和经济水平平的大幅度提提高，让百姓姓的收入日益益鼓胀，解决决了温饱问题题的家庭开始始走向小康，表表现得最明显显的是交通工工具的升级换换代上：一些些家庭开始购购买汽车作为为自己的代步步工具。近几年我国汽车车保有量逐年年增加，20009年的保保有量为63300万辆，22010年达达到74000多万辆。按按保守估计，未未来国内汽车车保有量能够够达到4.99亿辆左右，即即大约3500辆/千人。对于汽车数量的大副度攀升，尽管国家在公路设施上不断地改进，但道路上的车辆仍然还是越来越多，尤

2、其在上下班时段完全避免不了公路上汽车拥挤的现状。再加上在汽车设计上车速的不断提高，虽然公路上各路段都有限速，但撞车事件仍然在广大人民的生活中屡屡发生，给人们带来了巨大的人身伤亡和社会财产的损失。针对汽车拥挤的的现状，设计计一种反应快快，稳定性好好而且经济实实用的汽车防防撞报警系统统对当今现状状是势在必行行的。汽车防防撞系统是一一种向司机的的报警装置，此此防撞报警系系统能将在汽汽车行驶和倒倒车过程中自自动检测障碍碍物，然后通通过超声波测测距原理测出出汽车与障碍碍物之间的距距离，并将距距离显示出来来，当汽车与与障碍物之间间的距离达到到极限时。系系统发出声光光报警，达到到提醒司机防防止撞车的目目的。

3、1.1 汽车防防撞研究的背背景及意义随着社会经济发发展的不断进进步，汽车的的数量逐年增增加，汽车拥拥挤的现状不不可避免，而而在汽车拥挤挤的情况下，恶恶性事故屡屡屡发生，时刻刻威胁着人们们的安全。我我国交通事故故的年死亡人人数远高于他他国，分别是是美国的2.3倍、德国国的18.44倍、日本的的13.4倍倍。当现代家家庭充分的享享受汽车带来来方便的同时时，也为此付付出了沉重的的代价。据统统计，我国自自2010年年至20100年，已有1150多万人人死于道路交交通事故，其其中大部分的的道路交通事事故为汽车追追尾碰撞事故故。面对当今今这种现状，设计出一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞报警系统势

4、在必行1。防撞预警自动测测量的技术应应运而生，尤尤其非接触式式测量技术发发展卓越。在在大多情况下下，测量与障障碍物之间的的距离是不能能够接触到障障碍物的，在在这种时候就就会用到非接接触式测量设设备。在物理理学中人们发发现了电子学学技术产生的的超声波后，从从此超声波技技术在测量领领域得到了广广泛的运用，尤尤其是在超声声波测距方面面，结合了其其他技术，用用超声波测距距变得十分常常用。超声波在介质中中传播的距离离较远，分辨辨力较高，且且能量消耗小小，利用超声声波测距比较较方便而且速速度快计算简简单，容易做做到实时控制制，并且测量量精度好，都都能够达到工工业测量的需需要。因此超超声测距广泛泛应用于当今

5、今生活中，特特别是应用于于超声波测距距方面。超声声波测距利用用的是声波反反射原理，声声波在空气中中传播避免了了与介质接触触。与其它测距方式式相比，超声声波测距不受颜颜色、光线和和电、磁场的的影响，使他他受到干扰的的可能大幅度度减少。它还还具有可靠性性能高、结构构简单、价格格便宜、安装装方便等优点点。也能够测测量处于黑暗暗、烟雾、有有灰尘、电磁磁干扰等恶劣劣环境中的障障碍物。但由由于超声波传传播时温度对对声速影响比比较大，使超超声测距的精精确度到了影影响，在这里里可以采用温温度补偿进行行校正，能够够消除温度对对其的影响。1.2 汽车防防撞系统的应应用60年代人们开开始考虑把主主要用于军事事领域的

6、雷达达技术应用到到商用车辆交交通工具上，以以提高汽车驾驾乘人员的安安全性。经过过多年的研究究，这一构想想成为现实，雷雷达传感器被被认为是很值值得采用的汽汽车安全控制制装置。与其其它技术如红红外、激光、视视频等在汽车车传感器上的的应用相比，雷雷达技术的全全天候和穿透透黑暗的能力力，特别适用用于汽车领域域。经济实用用的汽车雷达达除了能有效效地提高汽车车驾乘人员的的安全性，还还能显著地减减轻驾驶者的的工作负担，使使驾驶既安全又又不易疲劳。1.3 汽车防防撞系统的基基本功能（1）近距离辅辅助测障一种最简单的汽汽车防撞应用用，主要用于于汽车倒车时时探测车后的的障碍物，使使驾驶者有清清晰的路程。（2）碰撞

7、告警警探测汽车前向或或侧向的障碍碍物，检测到到构成碰撞危危险的目标后后，通过声光光报警装置向向驾驶者发出出警告，使其其尽快采取避避碰措施，以以保证行车安安全。（3）行车间距距自功控制根据交通状况和和路面条件，输输入距离信息息，自动调整整车速，与前前面的汽车保保持安全距离离，从而使交交通更畅通，节节省能源。（4）防撞自动动制动汽车防撞系统的的扩展应用，在在紧急情况下下自动刹车。1.4 汽车智智能测距防撞撞的发展前景景电子技术在汽车车上的应用已已成为汽车向向智能化控制制方向发展的的重要手段。因因而，提高汽汽车行驶安全全性的电子产产品的消费市市场也将随之之扩大，这对对于汽车智能能测距防撞的的发展是极

8、具具经济前景的的。1.4.1 技技术支持近些年来，科学学技术的进步步，使电子元元器件性能大大幅度提高，而而价格却不断断下降，尤其其是硅芯片的的大规模集成成、超级计算算机的出现以以及毫米波技技术、雷达技技术的新进展展，为今后开开发低成本的的汽车雷达提提供了技术保保障。1.4.2 发发展方向汽车防撞系统的的发展方向因因各国研制的的侧重点不同同而有所差异异。目前，美美国主要侧重重于碰撞报警警/防撞系统统，而欧洲各各国则注重于于自适应智能能行驶系统的的雷达传感器器的研究。对对于前者，提提高雷达地形形图处理能力力，消除虚警警是技术关键键。对于后者者这种行车间间距自动控制制系统，其角角度分辨率还还不高，要

9、继继续改进天线线的性能，提提高角分辨率率，研究准光光学波束控制制方法，下一一代系统在测测定距离和接接近速度的同同时还具有方方位角度测量量能力，可以以在不对前视视角约为122度的范围内内进行波束转转换的情况下下，提供多目目标的瞬时方方位角度数据据；此外，增增加其功能度度，向具有探探测静目标能能力的更复杂杂的系统方向向发展，增加加报警功能，最最后向着免除除撞车系统发发展。总之，汽车测距距防撞系统是是朝着智能化化、价格低廉廉的方向发展展。在商用车车辆上采用的的集成电路系系统中，汽车车测距防撞系系统与目标导导向交通控制制系统、通信信系统及汽车车的其它机械械和电子系统统相配合，在在有碰撞危险险时自动发出

10、出警告和自动动刹车，在前前方无障碍时时自动加速。除除了解决汽车车安全行驶的的问题，还能能在同样路宽宽的情况下，允允许较多的车车辆运行，增增加交通密度度。随着性能能的不断完善善和功能的扩扩展，汽车测测距防撞系统统在未来智能能化汽车上的的应用会更加加广泛122。2 超声波测距距技术2.1 概述在车辆测距防撞撞系统中，需需要及时采集集环境信息，以以实现避障、定定位、导航等等任务，这些些任务必须依依靠能实时感感知环境信息息的传感器来来完成。视觉觉、红外、激激光、超声波波等传感器都都在车辆测距距防撞系统中中得到实际应应用。由于探探测传感器为为集多种学科科一身的产品品，有些方面面还在探索之之中，随着探探测

11、传感器的的进一步完善善，车辆测距距防撞系统的的功能将越来来越强，将在在更多的领域域为人们做出出更大贡献。在车辆测距防撞撞系统的研究究中，环境信信息的采集是是研究的关键键问题之一。距距离测量为车车辆测距防撞撞系统提供了了周围环境的的二维和三维维信息，是车车辆测距防撞撞系统中不可可缺少的组成成部分。车辆辆测距防撞系系统可以根据据这些距离信信息进行实时时避障、导航航和执行特定定任务。通常常，对获取这这类环境的传传感器有两方方面的要求：一方面，需需要有足够大大的视场来覆覆盖整个工作作区；另一方方面，需要有有较高的采集集速率以保证证在运动的环环境中提供实实时的信息2。2.2 测距传传感器的分类类2.2.

12、1红外外和光电传感感器这类测距传感器器是依靠红外外线或其他不不可见光的直直线传播特性性。通过光敏敏元件来发射射和接收信号号，从而判断断障碍物的存存在与否。由由于光线的传传播速度极快快，通常难以以通过简单的的装置估算其其传播距离，因因此在简单、低低成本的应用用中，这类传传感器也主要要用于状态的的判断（障碍物的有有无、物料是是否到位、液液面是否过高高等）而无法实现现对距离的实实时测量。2.2.2 超超声波测距传传感器超声波作为一种种特殊的声波波，同样具有有声波传输的的基本物理特特性反射射、折射、干干涉、衍射、散散射。超声波波测距即是利利用其反射特特性。关于超超声波测距，成成本低廉，性性能可靠，使使

13、得本技术更更易于推广应应用。超声波传感器是是将两个压电电元件（或一个压电电元件和一片片金属片）粘合在一起起，称为双压压电晶片（由一个压电电元件构成的的称单压电晶晶片）。超声波射射在压电晶片片上，使压电电晶片振动会会产生电压信信号。反之，在在压电晶片加加上电压会产产生超声波。由由压电元件构构成的超声波波传感器的等等效电路如图图2.1所示示。图（a）为超声波传传感器可等效效为一个电感感、电容和电电阻串联的（共振）电路。图（b）为其电抗特特性，其左侧侧和右侧呈现现电容性，中中间部分呈现现电感性。利利用这一特性性构成了超声声波传感器特特有的电路。超超声波传感器器有两个共振振频率，低频频的共振频率率fT

14、叫串联共振振频率，在电电阻（R），电感（L）和电容（C1）的串联电路路中振荡。这这时的传感器器阻抗最低；而在高频处处的共振频率率fa为逆共共振频率，在在L、C1和C0的并联电路路中产生共振振。（a）等效电路路 （b）电抗特性图 2.1超声声波传感器等等效电路和电电抗特性发射超声波在串串联共振频率率上具有最高高灵敏度。超超声波传感器器有两个共振振频率，发射射超声波传感感器的灵敏度度在串联共振振频率fT上最高。接接收超声波传传感器在逆共共振频率faa上具有最高高灵敏度。接接收检测超声声波传感器AAT89C20551的标称为为40kHzz，与前者相相反，在逆共共振频率上接接收灵敏度最最高。超声波传感

15、器可可以分为如下下几种类型：（1）通用型：超声波传感器频频带宽一般可可达数千赫，并并有对频率的的选择性。通通用型超声波波传感器频带带窄，但灵敏敏度高，抗干干扰性强。在在多通道，且且通道间频率率较近的应用用中最好采用用窄频带型的的超声波传感感器。通用型型超声波传感感器一般分别别备有接收传传感器和发送送传感器。因因最大接收灵灵敏度和最大大发送灵敏度度的频率分别别为fT和fa，若若用一个传感感器必然牺牲牲其一。（2）宽频带型型：宽频带超声波传传感器能在工工作频率内有有两个共振点点，因而加宽宽了频带。该该传感器兼作作发送和接收收传感器。（3）封闭型：适用于室外环境境的封闭型超超声波传感器器有较好的耐耐

16、风雨性能，可可用于汽车后后面的检测等等装置上。（4）高频型这种超声波传感感器的中心频频率高达2000kHz，既既可作接收也也可作发送用用，而且方向向性相当强，可可进行高分辨辨率的测量5。由于超声波传感感器是一种采采用压电效应应的传感器，常常用的材料是是压电陶瓷。由由于超声波在在空气中传播播时有相当的的衰减，衰减减程度与频率率的高低成正正比；而频率率高则分辨率率也高，故在在短距离（小于1m）测量时应选选择频率高（100KHHz以上）的传感器，而而长距离测量量时要选择低低频率的传感感器。本课题题研究采用西西安立宇电子子科技有限公公司的超声波波测距传感器器普通型，TT发射型，RR为接收型。它它的标称

17、频率率为40kHHz，分辨率率为1cm，即在在串联共振频频率fT（40kHzz）上发射灵敏敏度最高。超声波传感器具具有如下特性性：（1）在自身特特性谐振点440kHz附附近可获得较较高的灵敏度度；（2）谐振带宽宽、波束角可可以通过制作作工艺控制得得很窄，有利利于抗声波干干扰设计；（3）不受无线线电频谱资源源限制，易于于抗电磁干扰扰设计；（4）超声系统统成本低、性性能稳定可靠靠，应用前景景好。因此，本次设计计的汽车测距距防撞系统中中采用了超声声波测距技术术，利用超声声波来实时测测量车辆与障障碍物之间的的距离，当该该距离达到设设定的报警距距离时，报警警器发出报警警，提醒驾驶驶员正确操纵纵测量，以实

18、实现车辆的安安全避障。它的测量原原理是基于测测量渡越时间间（发射脉冲和和接收脉冲的的时间间隔）。由渡越时时间和介质中中的声速即可可求得目标与与传感器的距距离11。2.3 超声波波测距工作原原理通常，人们的耳耳朵能够听到到的声波频率率范围是由22KHz到220KHz。通通常把20KKHz以上的的声波叫做超超声波（Ultraasonicc Wavess）。超声波具具有波长较短短，绕射小，能能够成为射线线而定向传播播。超声波的的频率越高，就就越与光波的的某些特性（如反射、折折射）相似。超声声波的这些特特性使其在检检测技术中获获得广泛的应应用3。由于声源在介质质中施力方向向与声波传播播方向的不同同，声

19、波的波波的形式也不不同，通常有有以下的种类类：纵波（Longgitudiinal wwave，LL波），质点的振振动方向与波波的传播方向向一致的波，它它能在固体、液液体和气体中中传播；横波（Sheaar wavve，S波）质点振动方方向垂直于振振动方向的波波，它只能在在固体中传播播。表面波（Surrface wave，RRaleiggh波）质点的振动动介于纵波与与横波之间，沿沿表面传播，振振幅随深度增增加而迅速衰衰减的波。由以上分类可以以看出，只有有纵波可以在在气体中传播播。所以，目目前在空气中中的超声波测测量系统大多多数依靠纵波波实现。从低低频到高频依依次为次声波波、声波、超超声波和特超超声

20、波，而实实际测量用的的超声波主要要集中在频率率为2100421006Hz的范围围内。其中，靠靠近低频段主主要用于空气气和液体介质质中的测量系系统，中频和和高频主要集集中于固体介介质的测量。这这主要是由于于介质对声波波能量的吸收收随声波频率率的升高而增增加，频率越越高，声波在在介质中衰减减就越快。而而在固体介质质中，测量的的量程比较短短（例如超声波波探伤，测工工件厚度）。在液体和和气体中，测测量的量程比比较长（例如空气中中的超声波测测距，海洋中中测深度），因此，气气体和液体中中测量所选择择的声波频率率就要比固体体介质中低10。超声波测距是通通过不断的检检测超声波发发射后遇到障障碍物所反射射的回波

21、，从从而测出发射射和接收回波波的时间差TT，则超声波波发生器与障障碍物之间的的距离S为：S=CT/22 （2.3.11）式中，C为超声声波波速，由由于超声波也也是声波，故故C即为音速速。音速为 （2.3.22）式中，气体的绝热热体积系数（空气为1.4）；p气体的的气压（海平面为11.013Pa）；0气体体密度（空气为1.229kg/）。对于1mol空空气，质量为为m，体积为为V，则密度度0=m/V，故故C=p/00=pV/mm （2.3.33）对于理想的气体体，有pV=RT式中，R为摩尔尔气体常熟；T为绝对温温度。因此，C=RT/m由于、R、m均为已知常数，故声速C仅与温度T有关，若温度不变，

22、则声音在空气中速率与压强无关。表2.1中列出几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返时间，即可求得距离。表2.1 超声声波波速与温温度的关系表表温度（）-30-20-100102030100声速（ms）313319325323338344349386通常的超声波测测距是由超声声波发射传感感器发出的超超声波，超声声波在介质中中传播到被测测物体，产生生反射，由接接收传感器接接收反射波，传传感器到被测测物体的距离离有超声波的的传播时间和和速度确定。假假定声速c在在同一介质中中为常数

23、。如如果介质的物物理参数发生生变化，声速速会发生变化化，在精确测测距中是不可可忽略的，为为此要对声速速进行补偿，补补偿公式如下下: （2.3.44）式中：C为超声声波在空气中中的传播速度度，为气体定压压热容与定容容热容的比值值，对空气为为1.40，R为气体普普氏常量，T为绝对温温度，T=2273K+TTC（实际温度）。代入以上上各个参数取取值，得到近近似公式为:C=+0.6007 （2.3.55）式中，CO为零零度时的声速速323m/s。只要测测得超声波发发射和接收回回波的时间差差T以及现场场环境温度TTC，就可以精确确计算出从发发射点到障碍碍物之间的距距离。距离的的精确获得，关关键在于超声声

24、波的传播时时间的测量。由由于传感器接接收到的回波波幅度很小，需需要进行放大大。系统的频频率响应取决决于传感器的的固定频率，其其近似为带通通滤波器，电电子带通滤波波器用于消除除传感器通带带以外的电子子噪声，其理理想的带宽应应等于传感器器的带宽，但但实际上取略略大一些。包包络检测提取取希望的信号号，经阀值比比较器得到的的初始信号和和回波信号上上升沿，在经经过脉宽转换换电路变成时时间的脉宽信信号，送计数数器计数，由由计算机CPPU来读取。3 系统方案设设计汽车防撞预警系系统是指在汽汽车行驶过程程中防止汽车车发生碰撞障障碍物的一种种智能报警装装置。它能自自动发现可能能与汽车发生生碰撞的障碍碍物体，并且

25、且同时检测汽汽车与障碍物物之间的距离离，到达极限限距离时发出出报警信号以以避免碰撞的的发生。根据据题目要求，汽汽车防撞报警警器的功能主主要有两个：判断汽车与与障碍物之间间的距离和当当汽车与障碍碍物之间的距距离到达临界界距离时发出出报警信号。3.1 设计总总体思路概况况汽车防撞预警系系统的原理是是利用超声波波的发射和接接收，用计时时器计出超声声波从发射到到接收到遇到到障碍物后反反射声波的时时间通过公式式计算出汽车车与障碍物之之间的距离。3.1.1 方方案对比目前，超声波信信号采集系统统主要有以下下几种方案：（1）由一对超超声波传感器器和一些电子子元器件组成成的，这种系系统功能单一一，只用来探探测

26、物体存在在与否，不能能满足障碍物物判别系统的的要求。（2）由单片机机控制超声波波传感器的测测距系统。该该系统简单、方方便，实现起起来容易。（3）用计算机机或可编程控控制器（PLC）通过数据采采集卡控制多多个传感器的的方式，这种种方式多用于于工业生产中中。因此，本设计采采取单片机控控制超声波传传感器的测距距系统。3.1.2 系系统的特点本系统有如下特特点：（1）采用ATT89C51来来控制超声波波传感器可靠性高，抗干干扰能力强；控制程序可可变，具有很很好的柔性；编程简单，使使用方便。（2）系统小型型化本系统是一个小小型的分布式式数据采集与与控制系统。在在其电路设计计中，尽量考考虑使用新型型及功能

27、较强强的集成电路路，尽量简化化电路。（3）低功耗，高高可靠性。3.2 系统工工作过程系统检测距离的的原理是通过过单片机发出出40kHzz的方波串后后，检测接收收端是否接收收遇障碍物反反射的回波，同同时利用单片片机计算出收收到回波所用用的时间t和和确定超声波波所处温度下下空气传播的的速度，障碍碍物到汽车尾尾部距离为vvt/2，根根据测出来的的相应距离，通通过CPU计计算后判断作作出报警响应应等相应的控控制。为了能够实现准准确地测出障障碍物到汽车车的距离，尽尽量减少误差差，采取算法法为：两对超超声波收发传传感器分别安安装在车头，两者相隔隔1.6m，如如图3.1所所示，A，BB分别代表两两对超声波收

28、收发器，ABB=1.6mm，假设F代代表障碍物，声声波的传播速速度为v，BB到F所用时时间为t1，A到F所所用时间为tt2，由于声波传传播是来回反反射的，则BBF=vtt1/2，AFF=vt2/2，也就就是只要把时时间t1与t2确定下来就就可以计算出出BF与AFF，然后利用用海伦公式，设设 L=（AF+BFF+AB）2 （3.3.11） 有 （3.3.22）这就可以求出AABC的面积积为S，EFF=2SAAB，其中EEF就是汽车车头到障碍物的的距离9。EAFEAFB图3.1测距算算法3.3系统方框框图汽车防撞控制系系统方框图如如图3.2所所示。该系统统全部由单片片机AT89C51控制，超超声波

29、发射电电路能在单片片机的控制下下发出超声波波。接收电路路接收到信号号之后送人单单片机进行处处理。算出车车与障碍物之之间的距离，将将处理结果送送入显示电路路进行显示，再再按照技术指指标的要求由由声光报警电电路进行报警警。超声波接收超声波发射温度传感器单 片 机 控 制显示距离超声波接收超声波发射温度传感器单 片 机 控 制显示距离报警器图3.2 超声声波测距报警警系统图4 硬件电路设设计此系统是在单片片机的控制下下，利用超声声波测距原理理，测量汽车车在倒车过程程中与障碍物物之间的距离离。当汽车与与障碍物的距距离小于安全全距离时，发发出蜂鸣声并并显示车辆与与障碍物之间间的距离，提提醒驾驶员及及时采

30、取减速速或刹车等措措施，以防发发生事故。整整个系统的硬硬件由发送部部分、接收处处理部分、温温度检测部分分、显示及声声光报警部分分组成。4.1 超声波波传感器的发发射电路超声波发射器包包括两个部分分：超声波产产生电路部分分和超声波发发射控制电路路部分。超声声波探头采用用TCT400。单片机P1.00端口输出440KHz的的超声波信号号，此时定时时器开始计时时。通过输出出引脚输入，经经驱动后推动动发射探头产产生超声波，此此方法充分利利用了软件控控制，灵活性性好。超声波波发射电路设设计图如图44.1所示。图4.1 超声声波发射装置置设计图超声波的发射电电路主要由反反相器74LLS04和发发射换能器构

31、构成。AT889C51单单片机P1.0口输出的的40kHzz的方波信号分分成2路，一一路经反向器器后加到TCT440-16的的一个电极，另另一路通过两两级反向器后后加到TCT440的另一个个电极，采用用这种方式将P1.0发出的方方波信号加到到TCT400的两端上，这这样能够增强强超声波的发发射强度。在在加载反波信信号时使用两两个74LSS04并联，可可以提高驱动动能力。而电电阻R11、RR12可以增增加超声波换换能器的阻尼尼效果，缩短短了震荡时间间，还可以提提高换能器输输出高电平的的驱动能力。4.2 超声波波传感器的接接收电路超声波接收器包包括接收发发射探头、信信号放大电路路和波形变换换电路三

32、个部部分。超声波波探头采用RRCT40。按照超声波原理理，微处理器器需要的只是是第一个回波波的时刻。接接收装置的设设计可用CXX201066A来完成。在在空气中传播播超声波的其其能量的衰减减与距离是成成正比的，距距离越小、衰衰减越少，距距离越大、衰衰减越多，通通常都在1VV之内。图4.2 超声声波接收电路路图超声波的接收装装置如图4.2所示。超超声波的接收收采用CX220106AA集成电路模模块实现。CCX201006由前置放放大器、限幅幅放大器、带带通滤波器、检检波器、积分分器及整形电电路构成。其其中，电平自动控控制电路ABBLC可以保保证在输入弱弱信号时，前置放大器器有较高增益益，而在输入

33、强信信号时，前置放大器器不会过载，使得CX20106在一定遥控距离（约10m）内工作可靠。本设计中，CX20106芯片的5脚连接了一个外接电阻R21，该电阻可以调节滤波器的中心频率。R21的阻值越大，滤波器的中心频率就越低，变化范围在3060kHz之间。CX201066对接收到的信号号具有放大、滤滤波的作用。当当接收到的超声波信号经经由放大器，调调整信号的频频率，然后滤滤波消除干扰扰信号，最后后再经过整形形，由CX201106的7脚脚输出。当接接收到的声波波信号与CXX201066的中心频率率相符时，它它的7脚就会会低电平输出出，而7脚接接到INT00引脚上，这这样就会中断断。若频率和和CX2

34、01106的中心心频率不同时时，即可调节节R21，使使滤波器的中中心频率与超超声波测距的的频率相符。CX201066有8个引脚脚管脚1是超超声波信号输输入端；管脚脚2的电阻和和电容决定接接收换能器的的总增益，通通过增大或者者减小电阻电电容，确定放放大倍数。管管脚3与GNND之间连接接的电容起到到检波作用；管脚5上的的连接一个电电阻，这个电电阻用来设置置滤波器的中中心频率；管管脚6与GNND之间接入入一个电容，该该电容确定探探测距离；管管脚7是集电电极开路输出出端：管脚88接电源正极极。4.3 温度补补偿电路为了方便对温度度信号进行采采集和处理，我我用了DALLASS公司司的DS188B20集成

35、成温度传感器器对超声波的的传播速度进进行温度补偿偿。DS188B20采用用了1-WIIRE总线技技术，能够只只占单片机一一个I/O接接口的情况下下进行工作，方方便了使用者者对其的调试试使用，而且且它在零下十十摄氏度到八十五摄氏氏度的工作环环境下能够保保持0.0005的精度度，足以为超超声波测距装装置提供精度度范围。图4.3所示为为温度补偿设设计图。两个个按键开关用用于控制测量量的开始与结结束之间的切切换。DS118B20硬硬件性能稳定定，接口简单单，只需一根根接口线就能能连接起来。DS18B200温度传感器器里面有两个个晶振，低温温度系数晶振振和高温度系系数晶振。低低温度系数晶晶振的振荡频频率

36、随外界温温度的变化基基本上没有影影响，所以低低温度系数的的晶振产生的的信号是固定定频率的，这这样便把它产产生信号发送送给计数器11。高温度系系数晶振和低低温度系数晶晶振正好相反反，它在温度度变化很大的的时候，它的的振荡频率随随着温度发生生很大的变化化，所以计数数器2的脉冲冲输入信号我我们使用高温温度系数的信信号输入。由由于计数器11对低温度系系数晶振的脉脉冲信号进行行减法计数，当当计数器1的的值减少到00时，温度寄寄存器的数值值就加1，计计数器1的数数值就回重新新装入，计数数器1在重新新开始对低温温度系数晶振振产生的脉冲冲信号进行计计数，这样一一直循环，一一直到计数器器2计数到00时，停止对对

37、温度寄存器器数值的累加加，这时温度度寄存器中的的数值即为所所测温度。图4.3温度补补偿电路设计计图4.4 显示电电路显示电路中显示示测量距离我我使用的是44位共阳的LLED数码管管，它简单实实用并且价格格便宜。段码码使用74LLS245芯芯片驱动，位位选使用四个个PNP三极极管来驱动，显显示电路设计计图如图4.4显示电路路设计图所示示。图4.4显示电电路设计图4.5 报警电电路报警电路采用蜂蜂鸣器实现。蜂蜂鸣器是一种种一体化结构构的电子发声声器，广泛应应用于当今生生活中，尤其其在计算机、报报警器、复印印机、打印机机、电子玩具具、汽车电子子设备、电话话机等电子设设备制造中作作为发声的器器件而广泛

38、应应用。它分为为两种类型，一一种是压电式式蜂鸣器，另另一种是电磁磁式蜂鸣器。压电式蜂鸣器主主要由压电蜂蜂鸣片、多谐谐振荡器、共共鸣箱阻及抗抗匹配器还有有外壳等部分分组成。压电电蜂鸣片是由由铌镁酸铅或或锆钛酸铅压压电陶瓷材料料制造而成。把把在陶瓷片的的表面镀上金金属电极，经经过极化处理理和老化处理理之后，再与与不锈钢钢片片粘贴在一起起就制成了压压电蜂鸣片。而而多谐振荡器器由集成电路路或者晶体管管构造而成。当当电极两端接接通电源以后后,多谐振荡荡器开始振动动,输出音频频信号，然后后阻抗匹配器器便能推动压压电蜂鸣片发发出声音。电磁式蜂鸣器主主要由振荡器器、磁铁、振振动膜片、电电磁线圈和外外壳等部分组

39、组成。在两极极接通电源之之后，振荡器器能够产生的的音频信号，信信号通过电磁磁线圈，便会会使电磁线圈圈生成磁场。这这样振动膜片片便会在磁铁铁和电磁线圈圈的作用下，周周期性反复的的振动从而发发出声音。本设计采用压电电式蜂鸣器，电电路设计如图图4.5所示示。当车辆与与障碍物之间间的距离小于于报警阈值时时，P2.00口输出低电电平，三极管管Q5导通，蜂蜂鸣器发出报报警声，实现现近距离报警警功能。图4.5 报警警装置设计图图5 系统软件设设计超声波传感器安安装在汽车的的尾部，其接接收和发射传传感器距离较较近，之间容容易有较强的的干扰信号。为为防止误测现现象，在软件件上采用延迟迟接收技术，提高系统的抗干扰

40、能力。系统初始化，首首先完成对温温度的采集，确确定该温度下下的超声波速速度，若控制键被被按下，发出出声光报警，告告知周围人员员该车正在进进行倒车，同同时发出发射射超声波的指指令，同时TT0计数器进行行计数，收到到反射波后TT0停止计数，以以此计算出发发射和接收超超声波的时间间间隔；最后通过数数值处理程序序计算出被测测的距离，送送显示器显示示。本系统软软件采用模块块化设计，由由主程序、测测距子程序、测测温子程序、显显示子程序等等主要模块组组成。主程序序框图如图55.1所示。图5.1 主程程序流程图总 结本文从引起超声声测距误差的的原因入手，分分析了温度对对超声波声速速的影响，回回波检测对时时间测

41、量的影影响和超声波波传感器所加加电压对测量量精度和范围围的影响。在在此基础上，开开发出以ATT89C51单单片机为核心心，采用400KHz压电电超声波传感感器，应用于于汽车防撞测测距的报警装装置。超声波测距电路路可以由传统统的模拟或者者数字电路构构建，但是基基于这些传统统电路构建的系统往往往可靠性差差，调试困难难，可扩展性性差，所以基基于单片机的的超声波测距距系统被广泛泛的应用。通通过简单的外外围电路发生生和接收超声声波，单片机机通过采样获获取到超声波波的传播时间间，用软件来来计算出距离离，并且可以以采集环境温温度进行测距距补偿，其测测量电路小巧巧，精度高，反反映速度快，可可靠性好。基基于单片

42、机的的超声波的测测距系统的设设计包含了：电路分析、数数字、模拟电电路和单片机机、EDA、传传感器、C语语言等方面的的知识，另外外还有选材购购买、动手制制作等方面。所所以具有很高高的参考价值值，同时，该该设计的方案案也是来源于于生活中广泛泛的应用领域域，有很强的的应用价值。单片机的应用改改变了传统的的设计思路，以以前构建一个个系统需用用用很多的数字字模拟器件或或者电路单元元来构建，系系统可靠性差差、缺乏灵活活性、维护不不便、成本高高、无法实现现智能化等诸诸多缺点。单单片机的应用用解决了很多多问题，现在在只要写一个个软件，通过过单片机和一一些简单的外外接电路就可可以实现具有有很多功能的的、而且具有

43、有智能化的系系统，同时可可方便升级维维护。所以单单片机的应用用广泛，在日日常生活和生生产中占用重重要位置。所所以我们设计计选择了单片片机的系统其其说明我们深深深的意识到到它的重要作作用。虽然在本次毕业业设计中已经经通过认真的的思考，但是是还有很多不不足的地方。在在本设计中没没有把汽车速速度的测量设设计到汽车防防撞预警系统统中去，对于于这一方面还还没有充分的的研究。对于于测速的初步步想法就是利利用多普勒效效应测出汽车车的行驶速度度，然后根据据测出的速度度确定汽车与与障碍物之间间的极限安全全距离在由单单片机智能控控制发出报警警信号。致 谢四年的大学时光光转眼即逝，经经过四年的刻刻苦学习，半半年多的

44、精心心准备，毕业业设计最终圆圆满完成。在在设计过程中中，由于知识识学的不透彻彻，致使压力力很大，每一一次在图书馆馆中学习，每每一次在网上上收集最新研研究动态，都都极大扩展了了自己的知识识面。感谢我的指导老老师董老师在这这次毕业设计计中对我的悉悉心指导。这这次毕业论设设计没有你对对我专业知识识上的指导，我我不会这么顺顺利的完成毕毕业设计。借借此机会，向向你表示由衷衷的感谢。感感谢帮助我的的同学们，在在这次毕业设设计中你们给给我提出很多多宝贵的意见见，在此真诚诚谢谢你们的的帮助。感谢谢我的室友们们，为我创造造一个和谐融融洽，相互促促进的学习环环境中，祝他他们在以后的的工作和生活活中一切顺利利。最后

45、我要深深地地感谢我的家家人，无论我我身处顺境还还是逆境，你你们都给予我我无限的理解解和支持，你你们是我的坚坚强后盾，正正是你们的支支持，才使我我有足够的勇勇气战胜成长长路上的一切切困难，顺利利的完成大学学学习。参考文献1 张伦维维.防范于未未然汽车车毫米波雷达达J.当当代汽车，22009年55月:10772 叶涛.基于DSPP的多超声波波测距数据采采集处理系统统，中国电子子元器件信息息交易网专业业技术论坛3 罗本成成.机器人多多路超声波环环境探测的研研制J，中中国科学院研研究生学报22002年66月:1722-1764 方建军军.移动式采采摘机器人研研究现状与进进展J，农农业工程学报报2004

46、年年3月:2773-2775 马明山山.室外移动动机器人定位位技术J，电工技术术学报，19998年4月月50-5116 沈进棋棋.移动机器器人多路超声声波数据采集集系统的研究究与实现JJ，电子技技术，20003年11期期:6-97 屠大维维.用于汽车车防撞控制的的行车环境传传感研究JJ，中国机机械工程，第第10卷第66期19999年6月:7701-7038 华强.激光超声声单片机组组合汽车防撞撞系统J，惠州大学学学报，20001年122月:1011-1029 马义德德.汽车防撞撞系统的研究究J，交交通管理，22004年77月:1444-14710 郝继继飞.多超声声波传感器的的工作空间的的识别

47、J，中国矿业业大学学报，22000年77月 56-5711 何希希才,薛永毅毅.传感器及及其应用实例例M.机机械工业出版版社，20004:1388-152.12 王秀秀春;汽车防防撞雷达的发发展前景JJ.江苏交交通，20003年03期期.99-110013 Loouis-AAnne dde Monntmoriillon; Delaaye & Philiippe.NNovel theorreticaalasppects on phhotoreefracttive uultrassonic detecction and iimplemmentattion oofa ssensorr withh a

48、n ooptimuumsennsitivvity, Journnaloff ApplliedPPhysiccs, ISSSN00021-8997914 Kiimiyukki Mitsuui; Makotto Koiike, DDeveloopmentt of a new ddisplaacemennt-meaasurinng ultraasonicc Senssor baased oon asttigmattic foocus eerror detecction-measuuring princciple and iits deemonsttratioon,PrrecisiionEnngine

49、eering, ISSNN 01411-6359915 Veeelaerrt, Peeter; Bogaeerts, Wim.UUltrassonicpotenntialfielddsenssorfoorobsstacleeavoiidancee, IEEE TranssactioonsonnRobooticsandAAutomaation,19900附录1：汽车防防撞系统原理理图汽车防撞系统原原理图附录2: 程序序清单程序清单：;*;* 中断断入口程序 *;*; ORGG 00000H LJMPP STAART ORGG 00033H LJMPP PINNT0 ORGG 000BBH ret

50、ii ORGG 00133H REETI ORG 0001BH LJMMP INNTT1 ORG 00023H RETTI ORG 0002BH REETI ;*;* 主 程 序序 *;*; STARTT: MOVV SP,#44FH MOVV R0,#440H ;400H-43HH为显示数据据存放单元（40H为最最高位） MOVV R7,#00BH CLEARRDISP: MOVV R0,#00H INCC R0 DJNNZ R7,CLLEARDIISP MOVV 20H,#00H MOVV TMOD,#11H ;T1为 T0为16位定时器器 MOVV TH0,#00H ;65毫秒初初值 M

51、OVV TL0,#00H MOVV TH1,#00H MOVV TL1,#00H MOVV P0,#00FFH MOVV P1,#00FFH MOVV P2,#00FFH MOVV P3,#00FFH MOVV R4,#004H ;超声波脉冲冲个数控制（为赋值的一一半） SETTB PX0 SETTB ET1 SETTB EA SETTB TR1 ;开启测距定定时器 startt1: LCCALL DISPLLAY JNNB 00H,SSTART11 ;收到反射信信号时标志位位为1 CLLR EA LCCALL WORK ;计算距离子子程序 llcall baojiing cllr EA MO

52、OV R2,#332h;#664H ;测测量间隔控制制（约4*1000=4000MS） LOOOP: LCCALL DISPLLAY DJJNZ R2,LOOOP CLLR 00H seetb et0 moov th0,000h moov tl0,000h SEETB TR1 ;重重新开启测距距定时器 SEETB EA SJJMP Startt1;*;* 中断程序* *;* ;T1中断，发发超声波用 ;T1中断，665毫秒中断断一次INTT1: CCLR EA CCLR TR00 cclr ex00 MMOV TH00,#00HH MMOV TL00,#00HH MMOV TH11,#00HH

53、 MMOV TL11,#00HH SSETB ET00 SSETB EA SSETB TR00 ;启动动计数器T00，用以计intt11: CCPL VOUUT ;440KHZ nnop nnop ; nop ; nop ; nop ; nop ; nop ; nop ; nop DDJNZ R4,intt111 ;超声声波发送完毕毕， MMOV R4,#04H llcall dellay_2550 ;延延时，避开发发射的直达声声波信号 SSETB EX00 ;开开启接收回波波中断 RETIOUTT: RRETI;外中断0，收收到回波时进进入PINT0: nnop jjb p3.22,pint

54、t0_exiit CCLR TR00 ;关关计数器 CCLR EA ; CCLR EX00 ; MMOV 44HH,TL0 ;将将计数值移入入处理单元 MMOV 45HH,TH0 ; mmov th00,#00hh mmov tl00,#00hh jjnb p3.2,$ SSETB 00HH ;接接收成功标志志pint0_eexit: RRETI;*;* 显示程序 *;* DIISPLAYY: MOOV RR1,#400H;G MOVV R55,#7fHH;G PLAYY: MOVV A,R5 MOVV P00,#0FFFH MOVV P22,A MOVV A,R1 MOVV DPPTR,#T

55、TAB MOVVC A,A+DPPTR MOVV P00,A LCAALL DLL1MS INCC R11 MOVV A,R5 JNBB AACC.4,ENDOUUT;G RR A MOVV R55,A AJMMP PLLAY EENDOUTT: MOVV P22,#0FFFH MOVV P00,#0FFFH RETT; TAB: DB 18h, 7Bh, 2Ch, 29h, 4Bh, 89h, 88h, 3Bh, 08h, 09h,0ffh ;共阳段码表 0 1 2 3 4 566 77 8 9 不亮A-;*;* 延时程序 *;*; DL1MMS: pussh 06h pussh 07h M

56、OVV RR6,#144H DL1: MOOV R7,#119H DL2: DJJNZ R7,DLL2 DJJNZ R6,DLL1 poop 07h poop 06h REET;*;* 距离离计算程序 （=计数值*17/10000cm） *;*;work: PUSHH ACCC PUUSH PPSW PUUSH BB MOOV PPSW, #18h MOOV RR3, 445H MOOV RR2, 444H MOOV RR1, #00D MOOV RR0, #17D LCCALL MMUL2BYY2 MOOV RR3, #03H MOOV RR2, #0E9H LCCALL DDIV4BYY2 LCCALL DDIV4BYY2 MOOV 440H, RR4 MOOV AA,40H JNNZ JJJ0 MOOV 440H,#00AH ;最高位位为零，不点点亮JJ0: MOOV AA, R00 MOOV RR4, A MOOV AA, R11 MOOV RR5, A MOOV RR3, #00D MOOV RR2, #100D LCCALL DDIV4BY