【单片机汽车倒车防撞报警系统设计：6300字（论文）】

一、引言随着我国汽车保有量的持续增长，最大的问题是停车难度很大。许多汽车在狭窄的停车区域都有头疼。如果他们有点粗心，很有可能汽车就会碰撞。哪怕是每一辆汽车上面都安装有后视镜，但还是有一些地方处于后视盲区使驾驶员看不到的。在停车期间，驾驶员使用车内的安全系统，即倒车防撞报警装置，检测汽车周围的障碍物并通过警报系统警告驾驶员，它可以提高驾驶安全性，也可以提供一些视野死角无法处理的问题。让驾驶员在倒车、停车以及启动车子的时候不再需要前后左右的去观察周遭情况。二、防撞报警系统设计原理（一）超声波测距方法频率高于20kHz的机械声波通常称为超声波。它们具有衰减慢，良好的韧性和高反射率，容易获得相对高密度的声能并穿透到一定的厚度。典型的超声波测量系统主要包括重要的模块，例如超声波发射器，接收器和信号处理系统。首先，超声测量是使用高强度和聚焦超声的物理特性。超声波传输系统在操作期间发射方波信号，并将窄脉冲发送到脉冲计时器作为用于确定范围的触发信号。当在发射超声波之后遇到测量对象时，由于反射强度高，所以反射具有更集中的能量的超声波，可以被接收装置接收。在接收装置获得回波信号时，计时器停止工作。信号处理系统会根据内部的计时器计量的脉冲数量信息计算超声波行走的时间，最后，达到辐射源和测量对象之间的距离。（二）超声波倒车测距原理通常我们使用两种方法进行超声测量。其中之一是采集电压输出脉冲装置，电压与距离成正比，因此可以在测量电压时知道距离。另一种方法是测量输出端的脉冲宽度，即超声波和传输之间的时间间隔。在超声波扫描模式中，发射器接收输出脉冲的方波，并且发射超声波的时间段等于振幅。当待测物体之间的距离大时，脉冲宽度变宽，测量距离与输出信号中的脉冲数成比例。第二个是精确输出脉冲宽度的测量。当超声波在空气中传播时，其速度为331.4米/秒。假如将12.0MHz晶体振荡器用于微控制器可以实现以毫米为单位的理论精度。超声波测距算法设计：空气速度340m/s（15°C），X2是声波，X1是声波。当发送声音时，X2-X1是视差的绝对值，X2-X1=0.03秒，340米*0.03秒=10.2分钟。因为在10.2分的时间里，超声波发出到碰到返射物进行返回的距离如下：图2-1超声波测距原理三、系统方案整体设计（一）系统整体设计方案该系统设计主要是通过单片机系统进行控制，其数字显示由速度指示器电路操作，可以知道目前汽车的距离输出，在行使到自己设定好的上限倒车距离时，报警电路就会进行报警提示，这样驾驶员就知道目前的汽车倒车危险，驾驶员在看到报警之后就会及时做好反应，并进行调整，以此确保人身安全。单片机内已经设定好的值与实际的产生的数值进行比较，如超出了通过系统输入设定的最大值，便能够对汽车倒车安全距离进行判断，并经过蜂鸣器来进行报警提醒。图3-1单片机汽车倒车防撞报警系统整体方案设计（二）功能模块的介绍1、单片机最小系统的设计如下图3-2所示，它是微控制器系统硬件电路的原理图。根据设计要求，只有少数非常小的控制器可以实现最小的系统，几乎没有应用程序集成。作为低压处理器，AT89C51是一些主流微处理器的选择，配置有128字节随机数据位RAM，使用高密度非易失性存储器技术，常用的CPU和闪存以及命令MCS-51和8个内核。这些芯片相互兼容，并具有功能强大的CMOS4字节CMOS微控制器，能够删除只读存储器。只要微控制器进入复位状态，就需要高RST。当微控制器复位后，程序将会继续第一个命令。图3-2单片机最小系统设计2、时钟电路DS1302需要16个时钟脉冲和8个预寻址，以便向读取器读取以存储命令和输入功能。DS1302是一款低功耗，功能强大的实时钟芯片。连接微控制器只需要三根电线。它协调3线CPU和SPI之间的数据传输，并提供RAM信号或多极时钟信号。这个在单片机最小系统中是经常用到的系统时钟线路了，因此该设计电路非常可行，稳定性也很好。图3-3时钟电路3、复位电路图3-4显示了单片机复位的最常用方法。RST端子是复位信号的输入端，适用于复位信号为高电平时。在复位操作结束之前，MCU必须至少存储24个周期。如果RST端子的脉冲宽度窄，则可以有效地执行手动复位和自动复位。复位信号T89C51应通过RST引脚施加到施密特微控制器。随着时间的推移，电容器的电压缓慢增加，RST引脚的电压降低。当它下降到较低水平时，它会使微控制器返回正常状态并重新启动。在12MHz时钟时，一般C7取22μF，R2可取1kΩ，需要持续达到2μs以上才可以使得复位操作完成。图3-4复位电路4、振荡电路微控制器有一个强大的放大器。芯片XTAL1引脚是放大器的输入端，XTAL2触点是放大器的输出端。如果需要将微电路振荡器连接到两个电容器，XTAL1和XTAL2必须通过。频率转换器通过振荡电路的脉冲产生本地周期信号作为时钟系统信号，并且基于原始双向频率以三个频率产生ALE信号。下面的图3-5显示了振动模式。图3-5振荡电路四、硬件电路设计（一）电源电路设计电源电路的功能：该电路在整体设计中发挥着重要作用，是设备运行的动力。电源是直流电源，包括负载，整流，滤波和电压调节。最后，主电源中的220VAC电压转换为5VDC电压并馈入下一个工作电路。电源在整个电路中起着重要作用，如果电源不能实现整个电路，则电源无法工作。1、电力变压器：该系统是一个降压变压器，220伏的交流电压可以转换为较低的交流电压并发送到整流电路。变压器的比率由变压器的二次电压决定。考虑到变压器性能，变压器次级绕组相对于初级绕组的效率为P2/P1=η，其中η是变压器的效率。由于电源中的η为22，因此阻尼电压后的次级侧电压为10V。2、整流电路：使用4二极管桥式整流器（D1-D4）将50Hz正弦交流电转换为脉冲直流电。整流电压约为9V。3、滤波电路：整流器电路输出电压的大部分可变部分用C101滤波，以获得相对平坦的DC电压。4、稳压器电路：稳压器电路7805被设计成稳定输出DC电压，并且不应随AC系统的电压变化和负载电阻而变化。可调电源可用作TTL或单芯片电路的电源。有三种主要类型的三极调节器。其中一个是固定输出电压，称为3针稳定器，另一个是可调节的3针输出镇流器。基本原理是相同的和两个连续的电压调节器电路。线性集成稳压器被广泛使用，因为它们只有三个3引脚稳压器，外部元件较少，易于使用，运行稳定且价格便宜。有三种主要类型的三极调节器。一个输出电压称为3路镇流器，另一个输出电压称为可变输入和3极镇流器。两个系列的基本原理相同。使用的稳压电路类型。LM7805简介：LM7805是一款应用广泛的三相控制器。它通常用于TO-220封装。输出电压为DC5V，广泛用于过流保护和过载保护电路（见图4-1）。图4-1直流稳压电源电路（二）采集节点模块电路液晶显示采用LCD1602，这样就算是在不使用计算机的情况下，控制系统系统也能正常运行，并且能具有直观的可视性。显示电路主要是通过键盘，实现医院实验室的各功能设定、当前参数等设定。该模块的价格略低于相同点阵的图形LCD模块的价格。下图是该显示器的原理图4-2所示。图4-2LCD显示原理图与具有图形面板的相同类型的LCD模块相比，具有相同方形矩阵的LCD模块的结构远小于硬件电路或程序小的结构，并且元件的价格略小于图形。该系统允许通过键盘设置反向安全数据，并在人与计算机之间进行良好的交互。（三）超声波测速模块1、超声波发射模块为了使CH_CLOSE门信号起作用，需要通过4通道与非门SN74F00D，输出波形由门信号CH_CLOSE决定。每个半波输出信号被组合以形成完整的波形。系统中使用的测量模块的超声信号由软件生成。因此，在超声换能器将超声电信号转换成机械波之前，在适当的激励电路中处理超声电信号以激励超声换能器。在操作期间，超声波传输电路如图4-3所示。图4-3超声波发射电路2、高频变压器的设计为了控制工作电压为1000V，额定频率为26kHz的超声波换能器，上面得到的PWM波必须通过高频变压器输出高频高压信号。压电材料的这种周期性变形引起外围介质循环的往复运动，以将超声信号传输到介质。绕组电阻由磁芯的定义决定。对于本设计中使用的双面（2冲程）变压器，磁通密度在理论上是正的和负的。图4-4升压发射电路图3、超声波接收电路处理模块（1）精密放大电路该设计使用集成的超声波传感器，使得大的传输信号直接到达接收电路并且对接收信号具有恒定的干扰。在接收到超声回波信号后，接收电路对其进行处理，输出包含流量信息的模拟信号，并输入数字信号处理电路进行进一步处理。为此在精密放大之前必须经过二极管双向限幅环节对接收信号放大器的输入电压进行箱位，来保护后续的放大电路。如图4-5所示。图4-5前置放大电路（2）带通滤波电路在带通滤波器中，这里使用一个内置运算放大器来形成电压控制的二阶带通滤波器电路，如图4-6所示。图4-6带通滤波电路4、蜂鸣器报警电路声音检测模块驻极体传声器作为检测器，通过电平变换电路，使得在流动方向上的驻极体传声器急剧下降的内部电阻，使晶体管的变化，从而达到声音，以确定是否为目的。三极管采用8050NPN型晶体管，将其基极接于P2.6口，当高电平晶体管被导通时，低电平晶体管被截止，如图4-7所示。当测速存在超速后，蜂鸣器会发出声音进行提示。图4-7蜂鸣器与单片机的接口电路图报警电路如图4-7所示。监控P2单片机端口，P2.3至P2.6四个LED端口控制P2和报警，如图所示。五、系统软件设计（一）编程语言的选择51系列微控制器支持BASIC，PL/M，汇编器和C语言。C语言通常是UNL操作系统的语言，C语言也称为结构化语言。C汇编语言具有以下优点：首先，C语言不需要知道MCU指令集，只需要基本了解存储器的结构。C语言也非常便携，并提供许多类型的数据和运算符以便于编程。C语言还具有丰富的函数库，不仅可以加速计算，还可以提供高编译效率，并允许直接实现对系统设备的实际控制。其次，C语言也称为结构化编程语言。自上而下的编程技术，C语言具有非常完整的程序结构，用户可以使用模块化编程技术进行软件开发。C语言开发系统通常是实用的。缩短了开发周期，并且为了改进和扩展，该程序得到了极大的改进。并且研制出更大规模的、性能更加完善的系统。第三、在利用C语言进行编程的时候，不需要对单片机跟接口结构作很深层次方面的了解。利用好C语言对51系列单片机系统进行开发，编程者能够更加专一地对应用软件部分的进行设计，不需要把很多的精力用在内存分配等这些较为底层工作上面浪费精力时间，进而很大程度上让软件开发的速度更快。所以，本文系统利用CS1语言来对系统的软件进行设计。它具有汇编语言功能，功能多样，易于阅读，便于携带。（二）主程序设计下面图5-1中的软件包括两个主程序和一个终端维护程序。主程序通过完成任务的初始化，控制超声波的接收/发送顺序，中断维护程序来读取时间值。当执行操作并计算距离并打印结果时，三向超声波旋转以定时器中断服务程序结束。图5-1超声波测距系统的软件设计当实际测量距离以10进制BCD码的形式传输到LED时需要大约0.5秒，然后通过超声波脉冲重复先前的测量步骤。主程序用C语言编写，适用于计算距离和程序结构。（三）子程序设计1、数据采集处理子程序图5-2A/D转换子程序流程使用微控制器输出多路复用器地址和数字多路复用器移位寄存器，上述扩展过程可以将数据从模拟转换为数字。数据处理主要包括数字滤波，十进制转换和表搜索。在数据过滤和部分转换之后，显示字体大小表数据。程序流程图如图5-2所示。2、中继子程序图5-3安全距离的中继子流程图系统在确定速度测量数据有效时必须显示测量数据。此设计旨在测量小于50cm的安全性，并且显示屏保持两位小数。换句话说，使用3位显示器。3、系统显示子程序我们利用软件来进行消抖，利用对子程序延时的调用来解决，能够较为不错地处理好单片机抖动的问题。LED显示的要求可以转换为BCD码，因为微控制器数据可以通过A/D转换单元以十六进制形式储存。图5-4LED显示子程序流程图4、报警子程序程序设计蜂鸣器在其两个保险丝只有3至15v直流电压，可以产生大约3KHZ的声音蜂鸣器振动。可以使用一个晶体管驱动程序。报警程序流程图如5-5所示。图5-5报警程序流程图5、超声波测距软件设计超声波测距模块测量从车尾到车辆后方障碍物的距离，然后根据预定义的串行通信协议通过串行端口将数据发送到ARM基础系统。超声波测量模块的主控芯片是AT89C51单片机。该模块的软件设计是单芯片程序，超声波测量模块使用内部定时器TZAT89C51通过将具有P1.0引脚的40kHz方波和输出发送到超声波发送电路来发送超声波。引脚P3.3（INT1）AT89C51用作接收输入引脚，并在收到回波时产生接收中断。超声波测量过程如图所示。图5-6超声波测距软件设计流程图由于系统和环境等因素以及超声波本身的特性，在传输超声波时不可能仅传输一个超声波。为了在接收超声波时准确地接收超声波，通常需要发送由具有8到10个超声波的若干超声波组成的一组超声波。回声系统具有死区测量功能。在此期间，系统无法检测到回声。延迟250μs用于传输十个超声波以形成超声波组，延迟1ms是为了避免盲测区域。回波检查的目的是确定是否已接收到超声回波中断，或者是否未检测到障碍物，或者超时是否已被距障碍物的距离中断。当标志为1时，中断表示回显中断；当标志为2时，中断表示40ms超时中断。当系统测量行程时间并计算距离时，距离数据通过串口传输到主ARM系统。系统初始化主要是对每个寄存器的值进行初始化，设置定时器运行方式，完成初始定时器值、中断启动和串行口传输速率的设置。该系统使用T2单片机生成带有超声波信号的40kHz方波和T1控制定时器。串行端口传输速率。T0定时器用于记录超声波的传播时间。返回超声波后，使用以下公式计算行程时间。介数是一个计数脉冲的周期除以具有一个芯片的微计算机的12个主脉冲11.0592MHz。以下公式计算以厘米为单位的精确距离，V为超声波的速度。总结由于超声波具有方向性强、能耗低、可测范围宽等特点，常用于距离测量，超声波距离的设计和确定更为方便。当车辆与后车之间的提前设置安全距离、声光报警器在车辆与后车之间的距离小于安全距离，发出警报，提醒驾驶员减速，并要求驾驶员采取制动措施以避免事故发生，从而解决了汽车在倒车的过程中与后方车辆发生碰撞的问题。致谢虽然毕业论文快要完成，但是我觉得这并不是我学习的结束，我认为这是我的一个新的学习起点。在写这篇论文的过程中，我遇到了各种各样的困难，但在老师和同学的帮助下，这篇论文比较顺利。在此，我衷心的感谢指导老师对我的帮助，从一开始的选题到写作的进度等都付出了不少心血，感谢老师的帮助，一点一点，我会记住的。特别是在写作过程中遇到的问题，通过与老师的沟通，老师严谨务实的态度让我肃然起敬的同时，更是让我了解除了跟随老师学习的