基于单片机的汽车倒车防撞语音提示系统.doc
《基于单片机的汽车倒车防撞语音提示系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的汽车倒车防撞语音提示系统.doc(43页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、毕 业 论 文(设 计)中文题目: 基于单片机的汽车倒车防撞语音提示系统 英文题目: Microcontroller-based Auto Reverse Collision Avoidance Voice Prompt System 专业班级 09电信1班 提交日期 2013年5月15日 摘 要 本文介绍了基于AT89C51单片机的倒车防撞语音提示系统的设计。以单片机为核心的一种低成本、高精度,微型化,数字显示的汽车防撞语音提示系统,主要是利用超声波的特点和优势,将单片机的实时控制以及数据处理功能,与超声波的测距技术相结合,可测试汽车运行中后方障碍物与汽车的距离,通过显示装置显示距离,并由发
2、声电路根据距离远近情况发出警报声。该系统采用软、硬件结合的方法,具有模块化和多用化的特点。本汽车倒车防撞语音提示系统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 语音提示Microcontroller-based auto reverse collision avoidance voice prompt systemAbstractThis article describes the design-based the AT89C51 microcontroller reverse collision avoidance voice prompt system.Micro
3、controller as the core of a low-cost, high-precision, miniaturization, digital display car crash voice prompt system, the features and advantages of the use of ultrasonic, single-chip real-time control and data processing functions, and the ultrasonic rangingtechnology, the distance between the test
4、 and the car run an obstacle behind the car. By the display means to display the distance, by voice circuit according to the distance, a warning sound.The system uses a combination of software and hardware, and has a modular and multi-use features. The auto reverse anti-collision voice prompt system
5、 to prevent vehicle reversing accidents is of great significance.Keywords Microcontroller; Ultrasonic; Impact-proof; voice prompts目 录1 绪论11.1课题研究的目的和意义11.2 课题研究现状分析12 系统设计的目标与任务32.1 系统设计的基本要求32.2 系统设计的思路32.3 系统设计方案论证32.3.1 微处理器选择32.3.2 测距传感器选择42.3.3 显示子系统的选择42.3.4语音模块的选择52.4 系统总体框图53超声波测距工作原理73.1超声波
6、介绍73.2超声波测距原理73.3 超声波测距误差分析83.3.1温度误差83.3.2 时间误差83.4 影响超声波探测的因素94硬件电路设计124.1 单片机模块124.1.1 AT89C51 单片机124.1.2 时钟电路144.1.3 复位电路154.2 超声波测距模块 HC-SR04164.3数码管模块194.4 语音提示模块205 系统软件设计255.1 系统主程序的设计255.2 测距模块的设计275.3 显示及语音提示模块286 实验结论30结论与展望32致 谢33参考文献34附件1:系统原理图35附录2 源程序361 绪论 1.1课题研究的目的和意义随着现代社会工业化程的发展,
7、汽车与电子在我们的世界中显而易见,汽车业与电子业成为世界工业的两大金子塔,随着汽车工业与电子工业的不断发展,在现代汽车上电子技术的应用越来越来广泛,汽车电子化的程度越来越高。随着交通运输逐步向高密度发展,电子控制技术又进一步应用于汽车的乘坐安全性和导航等各个应用方面。电子技术在汽车安全控制系统的应用主要是为了增强汽车的安全、舒适和方便。应用的电子技术主要有:雷达式距离报警器,电子控制安全气囊,智能记录仪,自动空调,中央控制门锁,车门、座椅、自动车窗、刮水器,车灯控制,电源控制以及充电器等等。随着技术的增强,汽车导航系统,自动调速系统,汽车监测和自诊断系统以及汽车防撞系统也得到了广泛的应用。随着
8、汽车的广泛应用,越来越多人使用汽车,但是,随着而来出现的问题也越来越多,那就是随着车辆的增多,出现交通事故也就变得频繁,由交通事故导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。交通事故的分析可以看出,有80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的,其中有超过65%的车辆相撞属于追尾相撞,其余则属于侧面相撞或者其他因素。汽车公司对各类交通事故的研究表明:若驾驶员能够提早1秒意识到有事故危险并采取相应的正确措施,则绝大多数的交通事故都可以避免。因此,大力研究开发主动式汽车辅助安全装置,如汽车防撞装置等,减少驾驶员的负担和判断错误,对于提高交通安全将起到重要的作用。可以看出此类产品的研究开发具有极大的实现意义和
9、广阔的应用前景。 本课题采用51单片机对倒车系统的控制,综合运用了微机原理、模拟电子技术、数字控制技术、C语言等诸多方面的知识,是对所学知识的一次综合测试。1.2 课题研究现状分析目前,国内一般使用的超声波测距仪是用专用的集成电路设计的,但是专用的集成电路的成本很高,并且也没有显示距离,操作使用也不方便,而本设计研究的超声波测距成本比较低,性能优良,市场前景十分广阔,对提高我国汽车工业实际水平具有较大的时间意义,在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离,并用数字显示出来,在倒车到极限距离时会发出语音提示,提醒驾驶员注意后方障碍物并且刹车。本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的
10、好帮手,可有效是减少和避免那些视野不良的大型汽车如冷藏车、食品车、垃圾车、载货车、集装箱车、公共汽车等倒车交通事故,另外还特别适用于进入停车场停车到位、倒车入库以及夜间辅助倒车,甚至还能防止盗贼扒车等。 基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统由单片机内部系统,外部测距系统,数字显示系统,语音提示系统等组成,其中外部测距系统设计是该设计的核心环节。测距有多种方式,比如,微波测距,超声波测距,红外线测距和激光测距等。但是,超声波测距为一种简单可行的方法。 超声波是一种频率高于声波的机械波,它具有频率高,绕线现象小,波长短,方向性好等特点。由于超声波具有指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较
11、远等性能,因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速,方便,计算简单,易于做到实时控制,并且在测量精度方面能够达到工业实时要求,因此在移动机器人等科研的研制上也得到了广泛的应用。2 系统设计的目标与任务2.1 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AT89C51单片机的汽车倒车防撞语音提示系统的硬件电路,主要是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,显示距离以及做出相应的语音提示。设计的基本要求: 1. 能快速自动进行语音提示功能: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(1米)时,系统能快速进行语音提醒。2. 准确地向终端发出信号:能够
12、及时准确地向司机进行语音提示,并显示出后方障碍物的距离,快速地实现安全检测。3. 实时检测功能:超声波模块能实时采集汽车与后方障碍物的距离的变化,并将这些数据定时传送给单片机,由单片机传送到显示器显示,有利于让车主及时了解当前所处情况是否处于安全环境之下。2.2 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;终端接收部分,终端通过单片机分析接收的相关信息,在LED数码管上显示与障碍物的距离。2.3 系统设计方案论证2.3.1 微处理器选择方案1:使用51单片机 51单片机具
13、有很强的功能,抗干扰性能力强,软硬件资源都比较丰富,外围接口电路简单,并具有很高的性价比,成本低,而且经过这么多年的发展,技术也相当成熟。方案2:使用MPS430F149系列单片机 此单片机是一款性能高,功耗低的16位单片机,具有的功能非常强大,而且内置高速12位ADC。但是它的价格比较昂贵,而且是TPFQ贴片封装,不利于焊接,需要PCB制版,大大增加了开发的成本。经过综合考虑,本题目采用第一套方案,选取性价比比较高的51单片机。2.3.2 测距传感器选择方案1:红外传感器 其原理是传感器的红外发光管发出红外光,光敏接收管接收前方物体反射回来的红外光,接收管接收到的光的强度随反射物体的距离变化
14、,据此判断前方是否有障碍物并根据接收红外光的强弱判断障碍物的距离。方案2:激光传感器 它是利用激光的单色性和相干性好,方向性强等特点,以实现高精度的计量和检测,如测量长度、距离、速度、角度等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距和连续波相位式激光测距。脉冲式激光测距原理与雷达测距类似,测距仪向目标发射激光信号的往返时间,用光速(30万千米/米)乘以往返时间的二分之一,就是所要测量的距离。方案3:超声波传感器 超声波就是空气中传播的超过人类听觉频率的声波。其原理就像蝙蝠,它嘴里发出超声波,当超声波遇到小昆虫的时候,它的耳朵能够接受反射回波,从而判断昆虫的位置并捕杀小昆虫。超声波传感器的工作方
15、式是通过发射器发射出来的超声波被物体反射后传到接受器接收来判断是否检测到物体,然后再根据超声波在空气中的传播时间可以计算出距离。 通过比较以上各种传感器的性能,我们能看出激光传感器是比较理想,但是其价格比较高,不易为大众接受。考虑到车辆行驶过程中测距应当有较强的抗干扰和较短的响应时间,最终选用超声波传感器作为此方案的技术扩展。2.3.3 显示子系统的选择方案1:采用LED7段数码显示管 LED7段数码显示管成本低,设计简单,易于安装,容易显示监控,但不能显示字符。方案2:采用液晶LCD1602显示器 LCD1602液晶显示器是一款比较通用的字符液晶模块,能显示字符和数字等信息,价格便宜,容易控
16、制。 基于能够实现显示功能以及个人设计简单方面考虑,本设计采用了四位8段数码管实现显示功能。2.3.4语音模块的选择方案1:采用WT588语音芯片 WT588系列语音芯片是广州创维科技有限公司和台湾华邦共同研发出来的集单片机与语音电路于一体的可编程语音芯片,它有多种控制模式,包括并口控制模式和串口控制模式,按键控制模式。它的缺点就是不能现场录音,只能通过电脑连接擦除和改写语音内容。方案2:采用ISD1820语音模块 ISD语音模块是一种可用于各种一段式语音留言的装置,语音提示装置中,能够在电源断开的情况下,可长期保存录音,又可以随意更改录入的内容,整个体积小,厚度为9毫米,使用领域十分广泛,也
17、十分方便。它具有使用方便、语音任意录抹放、断电语音保存、全贴片微型化、微功耗、直推喇叭、音质与磁带效果相当等特点。基于ISD1820语音模块的简单方便符合本设计,故本设计采用ISD1820语音模块作为语音提示。2.4 系统总体框图 系统主要包括超声波模块,单片机控制模块,显示模块和语音提示模块四部分。综合考虑,控制模块采用AT89C51单片机控制,超声波模块采用HE-SR04超声波模块,显示模块采用四位共阳LED数码管模块,语音模块采用ISD1820模块。其系统框图如图2-1所示。单片机AT89C51发送模块接收模块LED显示语音提示 图2-1 超声波系统框图 其中超声波测距模块由发送模块和接
18、收模块组成,通过测距模块采集到的数据经过51单片机处理后在LED显示模块显示并在51单片机控制下设置当距离小于1米时,语音提示系统开始语音提示。3超声波测距工作原理3.1超声波介绍 我们知道,声音是由物体振动发出的。声音的频率是指每秒钟振动的次数,它的单位是赫兹。人耳能听到的声波频率为2020000HZ。当声波的振动频率大于20000HZ或小于20HZ时,我们便听不见了。因此,我们把频率高于20KHZ的声波称为“超声波”,把低于20HZ的声波称为微波。超声波广泛地应用在各种应用技术中。超声波有两个特点,一个是能量大,一个是沿直线传播。由于超声波也是一种声波,超声波在介质中传播的速度和介质的特性
19、有关。 声波是物体机械振动的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的上下或往返运动。超声波和可闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械波,通常以纵波的方式在各种介质内传播,是一种能量的传播形式,其不同点是超声频率高,波长短,在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。超声波具有以下的特点:1) 超声波可在气体、固体、液体、等介质中传播。 2) 超声波可传递很强的能量。 3) 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振等现象。 3.2超声波测距原理 在超声波测距电路中, 发射端输出一系列的脉冲方波, 其宽度为发射超声波到接收超声波的时间间隔, 被测物的距离越远, 脉冲的宽度越大,
20、输出的脉冲个数与被测的距离成正比。超声波测距的方法有多种, 如声波幅值检测法、相位检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高, 但检测范围有限;声波幅值检测法又易受反射波的影响。本文硬件设计采用超声波往返时间检测法。 其原理为: 在超声波发射器两端输入40KHZ 脉冲串, 脉冲信号经过超声波发射器内部的振子并与其产生共振, 振荡产生机械波, 并通过空气介质传播到被测物体, 由被测物体反射到超声波接收器接收, 在超声波接收器两端, 信号是毫伏级的正弦波信号, 超声波经气体介质的传播到接收器的时间, 即为往返时间。 超声测距包括脉冲回波法、共振法和频差法,其中常用的是脉冲回波法测距。超声波测距
21、的原理一般采用渡越时间法 ,其原理为超声传感器发射超声波, 超声波在空气中传播至障碍物, 经反射后由超声传感器接收反射超声波, 测量出超声波从发射到接收的时间, 再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离, 即: L=ct/2 (3.1)式(3.1)中, L为超声传感器与被测障碍物之间的距离, c为超声波在介质中的传输速率, t为超声波从发射到接收的时间。在测量精度要求不是很高的情况下, 一般可以把c为常数340m/s。由于温度影响超声波在空气中的传播速度;超声波反射回波又很难精确捕捉,致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素是使用超声测距引起误差的原因。3.3 超
22、声波测距误差分析 根据超声波测距公式L=ct/2,可知测距的误差是由超声波的温度误差、测量距离传播的时间误差和传播速度误差引起的。3.3.1温度误差 由于超声波也是一种声波。其声速C与温度有关。表3-1列出了几种不同温度下的声速。表3-1 声速与温度关系温度()3020100102030100声速(米秒)313319325331338344349386 这是超声波的温度效应特性,超声波的传播速度“C”可以用公式表示: C331.50.607t(m/s),式中t为温度()。因此要精确测量与某个物体之间的距离时,则应通过温度补偿的方法加以补偿校正。3.3.2 时间误差 当要求测距误差小于1mm时,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 汽车 倒车 语音 提示 系统
链接地址:https://www.31doc.com/p-11055853.html