基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 毕业论文.doc

基于单片机的汽车倒车防撞系统设计摘要：本文设计了一种汽车倒车雷达预警系统。该系统在常见的汽车倒车预警装置的基础上采用计算机控制技术和超声波测距技术，通过显示障碍物与汽车的距离并根据其距离远近实时发出报警，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了驾驶安全性。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，构建了倒车雷达预警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可视倒车雷达预警系统的测距实现原理，分析了以AT89S51单片机为主控单元的系统硬件和软件设计 关键词：倒车雷达，超声波测距，AT89S51单片机 引言： 随着社会经济的发展，交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大幅攀升，交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件也屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和财产损失，针对这种情况，设计一个响应速度快可靠性高且较为经济的汽车倒车防撞系统势在必行，超声波测距是利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并通过指示灯及蜂鸣器进行报警，起到安全作用。1 系统组成及工作原理本文设计的倒车防撞预警系统是由超声波发射与回波接收电路、超声波电信号放大电路、单片机控制电路、LED 数码管显示电路和蜂鸣器声音报警电路组成。系统组成框图如图2-1所示。回波信号中断申请信号收发一体超声波传感器超声波发射与回波接受电路单片机控制电路LED数码管显示电路声音报警电路超声波放大与整形电路图1 倒车雷达系统组成框图P1.7当汽车倒车时由倒车换挡装置自动接通系统电源，系统上电复位，进入工作状态。单片机编程产生一串40 kHz的矩形脉冲电压，加到超声波发射与回波接收电路，经放大驱动超声波传感器发射出超声波，同时单片机开始计时。发射出的超声波碰到障碍物后形成反射波，部分反射波返回作用于超声波传感器，经超声波传感器的声/电转换，变成微弱的电信号，该微弱的电信号经放大、整形产生负跳变电压，向单片机发出中断申请。单片机收到中断申请的信号后，立即响应中断，执行外部中断服务程序，停止计时，得到超声波发送和返回的时间T，计算出发射点离障碍物的距离S 。若发射出的超声波在测距范围内未遇到障碍物，直到单片机定时中断产生，执行定时中断服务程序，当最小距离值小于预先设定的报警距离时，单片机接通蜂鸣器的电源，蜂鸣器发出报警声。无回波中断申请，则显示“ . ”，表明在安全距离内没有障碍物，再继续下一轮循环探测处理1。图2 超声波测距原理图式中：v为超声波的传播速度；t为传播时间，即为超声波从发射到接收的时间。H=12vtcosarctan(M/H) (2-2)当被测距离H远远大于M时，cosarc tan(M/H)=1，于是式(2-2)变为：H=12vt (2-3)由此可见，要想测得距离H，只要测得超声波的传播时间即可2,3。2. 系统硬件电路设计2.1 测速原理 汽车车速的测量时通过霍尔集成传感器来实现的。将装有永久磁铁的转盘的输入轴与车轮的转轴相连，当车轮转动时，转盘随之转动，此时，转盘上的永久磁铁会经过霍尔传感器，从而在霍尔集成传感器的输入一个磁信号，如果转盘不停的转动，霍尔集成传感器便会输出转速信号。可以说，对汽车转速的测量实质上的是对转速的频率的测量2.2单片机硬件介绍单片机也被称作“单片微型计算机”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。 AT89S511（如图1）是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。AT89S51单片机可为你提供许多高性价的应用场合，可灵活的应用于各种控制领域。AT89S51功能特性描述：AT89S51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件的可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，窜行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。·2.3 系统总体电路构成系统由主控单片机、超声波发射电路、接收电路、报警电路、LED显示电路组成，电路原理框图如图3所示。图3电路原理框图超声波发射电路由CC7555时基电路和超声波发射探头组成。单片机AT89S51的P1.7引脚控制CC7555时基电路产生40KHz的频率信号给超声波发生器，由超声波探头发射的超声波射向障碍物。报警电路由三极管和扬声器组成。AT89S51的P1.6根据测量结果，产生一定频率的信号驱动扬声器发出报警声。LED显示电路用三个数码管显示距离，由P0控制数码管采用动态显示。主控单片机AT89S51主要是完成程序的执行、数据的处理和对外部电路的实时控制。内部定时器T0工作在定时方式，T0在超声波发射时开始计数，当P3.2引脚收到回波后，停止计时，T0所计时间即为超声波往返传输时间，单片机对该数据进行处理，即可测出距离。2.4超声波谐振发生电路超声波谐振频率的发生与调理电路如图3-4所示。NE555和电容电阻组成的电路产生40KHz的方波，以使超声波传感器产生谐振；而后面的CD4049则对40KHz频率信号进行调理。电源+5v是控制超声波信号发射的使能控制端口，当该端口接低电平时，模组将不能发射超声波信号，即40KHz的方波2。图4 超声波发生电路2.6 数码管显示及扬声器报警电路报警电路采用三位数码管显示动态显示距离，数码管采用共阳接法，由P0控制数码管显示。当p3.2引脚接受到回波之后，停止计数，T0所接受到的时间是超声波往返时间。单片机对该数据进行处理，即可测出距离。扬声器由P1.6控制三极管的导通来控制扬声器的发声。图5 报警显示电路2.6 超声波接受电路超声波接收电路由超声波接收探头、放大器和整形器组成。由障碍物反射回来的超声波经接收探头，变换为电脉冲信号，再由放大器、整形器放大和整形后送入到单片机AT89S51的P3.2引脚。3 系统软件设计系统软件采用模块化设计，方便扩展移植。采用汇编语言编程，主要有主程序、T0 中断服务程序、显示程序和报警程序11。3.1主程序设计首先是对系统初始化,中断允许总控制位EA允许中断( EA = 1)；允许外部中断0 中断( EX0 = 1)，采用边沿触发方式( IT0 = 1)； 设置定时器T0 允许中断( ET0 = 1)，以16位工作方式定时约56 ms；设置定时器T1 以16 位工作方式定时/计数，计数初值0000H，然后启动T0 定时。设置显示数据初值为三位BCD 码999 (cm)，对应字形段码显示“- - -”。通过LED 数码管显示。同时该值与设定的1m值比较，如果小于1m ，P1.6端口置0，Q2三极管导通，有源蜂鸣器得电发出报警声。Y开 始系统初始化，T0,定时器、启动T0定时56ms设置显示数据缓冲区置显示数据初值读取显示数据动态显示最小值小于1接通报警断开报警N图 6 主程序流程图3.2显示程序设计DISPLAY: MOV R1, #40H;GMOV R5,#0F7H;GPLAY:   MOV A,R5MOV P0,#0FFHMOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DL1MSINC R1MOV A,R5JNB ACC.0,ENDOUT;GRR AMOV R5,AAJMP PLAYENDOUT: MOV R2,#0FFHMOV P0,#0FFHRET TAB: DB   0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH,88H,0BFH; 3.3 报警程序设计AJMP MAIN ；主程序入口ORG 0003H AJMP INT0 ；转外部中断0服务程序ORG 000BH AJMP ITOP ；转T0中断服务程序ORG 001BH AJMP ITOP ；转T1中断服务程序ORG 0100HMAIN: MOV SP,#60H ；堆栈初始化 ACALL PTOM2 ；对T0，T1初始化RESET: AJMP MAIN ；复位入口转主程序ORG 0003H AJMP INT0 ；转INT0中断服务程序PTOM2: MOV TMOD,#16H ；T0初始化程序MOV TL0,#FFH ；T0初始化MOV TH0,#FFH,SETB TR0 ；启动T0 SETB ET0 ；允许T0中断MOV TL1,#0E3H ；T1置初值MOV TH1;#FEHCLR P1.0 SETB EA ；CPU开放中断RET TOINT: CLR TR0 ；停止T0计数SETB P1.1 ；建立标志RETITOP: MOV TL1,#0E3HMOV TH1,#0FEHCPL P1.0 ；P1.0取反RETILOOP: MOV C,P1.1 ；T0产生过中断否JNC LOOPSETB TR1SETB TR1 ；启动中断结论：本设计充分利用了单片机的内部资源，用软件编程产生超声波矩形脉冲，代替硬件的超声波发生电路，节省了硬件成本。采用一块集成器件实现超声波接收放大和整形，避免了采用多级集成运放组成高增益放大电路易产生自激等问题。在超声波测距的基础上，如可增加防盗报警功能、车载蓄电池电压检测功能等，若增加微型摄像头和小型液晶显示器，便成为可直接观察车后方的可视倒车雷达。本系统实用性强，性价比高。参考文献1 赵广涛基于超声波传感器的测距系统设计传感器与仪器仪表，2006，22 (1) : 1291312 阮成功，蓝兆辉基于单片机的超声波测距系统应用科技，2006，2 (1) : 29313 李文娟，海霞一种基于超声波的检测防撞系统的设计自动化博览，2007，(6): 80814 王兆安，黄俊电力电子技术机械工业出版社，第四版5 童诗白模拟电路技术基础高等教育出版社，20006 李全利，迟荣强单片机原理及接口技术高等教育出版社，20097 Kavanag R C. Improved Digital Tachometer with Reduced Sensitivity to Sensor Nonideality. IEEE Transtland Electron. , 2000 ,47 (4) : 890 8978 Proking M. Extremely Wide range Speed Measurement Using a Double2buffered Method. IEEE Trans. Ind. Electron. , 1994 ,41 (5) :550 559Auto reverse anti-collision system based on single chip microcomputerZhuxinjun (School of Physics and Electrical Engineering of Anqing Normal College, Anqing 246011)Abstract :The thesis introduces a kind of Car Reversing Aid-System in detail. The the technology of computer control and Ultrasonic Distance-Measurement on the curretly Car Reversing Aid-System. The system alarmed in time through displaying the distancebetween obstacles and cars. The system would greatly solve the difficulties and meanwhile improve the driving safety.The thesis mainly analyzed deeply the research on the design of Car Reversing Aid .it presented the theory and characters of Ultrasonic Distance-Measurement and analyzed in detail design of the hardware and software based on the AT89S51 microcontroller. Thirdly the fuzzy control algorithm is proposed, the simulation is introduced into the system. Key Words: Car Reversing Aid-System; Ultrasonic Distance-Measuring