1、乐山师范学院毕业设计（论文） 本科生毕业设计报告 学 院 物理与电子工程学院 专 业 电子信息工程 论文题目： 汽车倒车防撞报警器设计 学生姓名 指导教师 班 级 学 号 完成日期： 2014 年 12 月 题目：汽车倒车防撞报警器 物理与电子工程学院 电子信息工程 学号 摘 要 本设计是以基于 AT89S51 单片机的超声波测距，可用作汽车泊车安全辅助装置，该装置可以数码管显示驾驶员距障碍物多远，并在距障碍物一定警戒距离时发出警报声。使驾驶员在泊车时能够更加安全，减少事故的发生。该设计硬件由单片机最小系统、超声波发射与接收电路、供电与报警电路、数码显示电路组成。软件主要使用汇编语言进行。 关
2、键词 AT89C51 超声波 数码管 测距 传感器 1 设计任务与要求 1.1 研究的背景 汽车业与电子业的不断发展 壮大，使得这俩者之间变得越来越紧密，俩者的相结合，导致了电气一体化这一系统的产生。在交通严重的今天 ,电子控制系统技术可以使汽车的安全性得到很大的提升。广泛的来看其中主要有自动安全气囊，自动门锁，自动空调，自动导航，自动车窗，控制车灯，控制座椅，倒车防撞并液晶显示实时路况，自动诊断汽车故障等。 在经济不断发展的今天，汽车这种交通工具会越来越普及，这就会导致城市交通不断拥挤，最重要的一点就是在停车时有一些驾驶员不够小心或对障碍物的预判距离不足导致发生摩擦与碰撞。如果驾驶能够提前知
3、道障碍物距离多远、在哪里，就可以 及时采取措施，这样就可以避免很多事故的发生。于是，许多安全系统由此诞生，其可分为主动安全系统与被动安全系统。其中主要是主动安全系统，而现阶段对主动安全系统的研究主要放在测距上面。本设计要求设计的汽车倒车防撞系统能够有效的提醒驾驶员距障碍物多远，并可手动设置在距障碍物多远是发动报警，可有效的提高倒车安全性。 1.2 本设计的主要任务 （ 1）设计一套汽车倒车防撞报警系统，要求有一台主机，汽车与物体距离小于设定值时，利用蜂鸣器进行报警。通过按键选择报警的距离并数码显示选择的档位。 （ 2）采用 51 系列单片机中的简易型 产品 AT89C2051 作为中央处理器，
4、选用专用配对的超声波组件，进行超声波信号与电信号的相互转换，利用超声波传感器的选频特性，对接收到的超声波信号进行幅值判断，从而达到不同距离的选择与报警的目的。 1.3 应解决的关键问题 1、对整体电路的设计。 2、超声波测距的计算。 3、超声波测距的死区解决。 4、按键对报警值的设置。 2 设计方案 2 1 方案比较 2.1.1 激光测距 激光测距主要采用脉冲法和相位法。脉冲法就是测距仪发出激光后被测量物体反射后再次被测距仪接受，测距仪记录激光往返时间，以光速的大小乘以时间 的一半来计算距离。相位法是采用无线电波的频率并对激光束进行幅度调制，以此来测量调制光往返以此产生的相位延迟，用调制光的波
5、长算此相位延迟代表的距离。其优点是激光的测量距离很远、速度很快，测量精准。缺点是造价比较高。 2.1.2 红外线测距 红外线测距的原理是利用红外线在碰到不同距离的障碍物时反射回来的强度不同来进行测量。优点是造价便宜，缺点是不够精准，方向性不好。 2.1.3 超声波测距 超声波测距的原理是利用超声波在发射后碰到障碍物后会反射回来，计录其从发射到反射回来的时间，然后以时间的一半乘以超声波在空气中 传播的速度就可得出与障碍物间的距离。超声波测距在中长距离的精度比红外线高，易于控制方向，能量消耗慢。造价比红外线高但少于激光，安全比较高。综合以上方案可以得出，方案三总体较优，故采用方案三。 2.2 电路
6、总体方案 图 2.2 是电路总体结构框图，包括 51 单片机最小系统， HC-SR04 超声波测距模块， LED 数码管显示电路，蜂鸣器报警电路和按键电路。 超声波 图 2.2 电路基本框图 本设计对 51 单片机进行编程使用的是 keil 编程软件， 51 单片机在启动后由P0.1 口产生脉冲信号通过放大电路后传送到超声波发射探头，产生超声波，在发射电路启动时，单片机同时启动中断程序，利用中断定时器的计数功能记录从发射到接收超声波所用的时间。当接收到返回的超声波后，对单片机进行中断申请，执行外部中断子程序，开始计算距离。 在选用器材时，最难选用的是超声波探头， HC-SR04 超声波测距模块
7、测距的精度最高可达 3MM，而测试盲区仅为 2CM，且内含超声波发射与接收器。超声波的发射与接收是分开的，所以必须要求俩个探头为同一水平线，为了减少由于测量距离和信号在空气中传播而引起的误差，要求俩探头 不能靠太进，综合各种资料，HC-SR04 俩探头间距大约为 6CM，最符合本设计，故采用了 HC-SR04 超声波测距模块。其它器件分别是 7*9 万用板、 STC89C51 单片机、 74hc573、 40P IC 座、 20P IC座、 4p母座、四位一体共阴数码管、 9012 三极管 *5、 2.2k 电阻 *5、 220 电阻 *8、10k 电阻、 5V 有源蜂鸣器、 103 排阻、
8、10uf 电解电容、 30pf 瓷片电容 *2、 12MHZ 晶超声波测距模块 AT89C51 数码管显示 蜂鸣器警报 按键设置 驱动 5V 直流稳压电源 振、按键 *3、自锁开关、 DC 电源插口、导线若干、焊锡若干、电池盒 +DC 电源插头。3 设计原理分析 本设计汽车倒车防撞 报警器主要利用 HC-SR04超声波模块测量与被测物的距离，然后将其反馈给单片机，再通过数码管将其显示出来，用单片机来控制是否发出警报声，可通过按键来设置报警的距离，电源采用 5 V 稳压直流电源。下图 3.1 为整体电路原理图： 图 3.1 电路总原理图 3.1 单片机概述 3.1.1 单片机的特性 我们使用的
9、AT89S51 单片机是低电平、高性能 CMOS 8 位单片机，其带有 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能 COMOS8 的微处理器，执行速度最高可达 90MHz，功耗很低。该器件有 40 引脚，速度较快，价格 便宜，烧录方便，通过串口即可下载，还可以实现在线编程。 单片机的引脚如图 3.2 所示。 图 3.2 51 单片机的引脚图 3.1.2 单片机最小系统 单片机最小系统是在应用单片机其他拓展系统的基础，单片机最小系统即一个单片机可以工作的最小配置，对 51 单片机来说，只要有时钟和复位电路就可组成了。单片机最小系统如下 3.3 图 图 3.3 单片机最小系统原理图 3.
10、1.3 复位电路 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路可在供电时提供复位信号，当电源稳定后撤销复位。电路图如图 3.4 所示： 图 3.4 复位电路 3.1.4 晶振电路 晶振电路是单片机系统正常工作的保证，只有当单片机系统正常工作是振荡器才会起振。当振荡器不起振，说明系统出现了故障。晶振电路如图 3.5 所示： 图 3.5 晶振电路 3.2 驱动显示电路及报警电路 显示电路采用 LED 数码管显示，当超过已设定的距离时，蜂鸣器和 LED 可实现报警功能并可通过按键实现有限距离的调整。 3.2.1 LED 数码管显示电路 LED 数码管显示模块主要由一个 4
11、位一体的 7 段 LED 数码管组成。它是一个共阳极的数码管， 每一位数码管的 a,b,c,d,e,f,g 和 dp 端相连在一起来接受单片机PI 口所产生的段码。 S1， S2， S3， S4引脚用来接受单片机 P2 口产生的段码。本系统采用动态扫描方式。当数码管接收到段码后由 COM 端控制那一位数码管被点亮。在轮流点亮数码管的过程中，由于每个数码管被点亮的时间十分短暂，给人印象就是一组稳定的数码显示。具体原理图如图 3.6 所示： 图 3.6 显示电路 3.2.2 蜂鸣器和 LED 报警 通过单片机给定不同频率来使蜂鸣器发出报警声。模块如下图 3.7 所示： 图 3.7 蜂鸣器驱动电路
12、3.3 HC-SR04 超声波测距模 块 3.3.1 HC-SR04 超声波测距模块的性能特点 HC-SR04 超声波测距模块测距的精度最高可达 3MM，而测试盲区仅为 2CM，且内含超声波发射与接收器。反应速度快测量周期仅为 10ms，俩个探头位于同一水平线，切距离大约为 6cm。模块上另有 LED 指示，方便观察和测试。 原理如下： （ 1）可自动发送 840KHZ 的方波，检测信号是否有返回； （ 2）必须给至少 10us 的高电平信号； （ 3）当有信号返回时， IO 口输出一个高电平，此时超声波发射到返回的时间即是高电平持续的时间。 （ 4）当 TRIG 从 0变为 1是，主控 制板
13、启动。 （ 5）当超过 10ms 扔没有出现 150us 的 0 信号时，表示前方无障碍。 3.3.2 HC-SR04 的管脚排列和电气参数 HC-SR04 的外形及管脚排列如图 3.8 所示。 （ 1） VCC 为 5V 电源； （ 2） GND 为地线； （ 3） TRIG 触发控制信号输入； （ 4） ECH0 回响信号输出。 图 3.8 外形及管脚排列图 HC-SR04 的电气参数 如表 3.9 所示： 表 3.9 电气参数表 电气参数 HC-SR04 超声波模块 工作电流 15mA 工作电压 直流电压 5V 工作频率 40Hz 最近射程 2cm 最远射程 4m 测量角度 15 度 输
14、入触发信号 10us 的 TTL 脉冲 输出回响信号 输出与射程成比例的 TTL 电平信号 规格尺寸 45*20*15mm 3.3.3 HC-RS04 超声波测距原理 超声波测距的原理是利用超声波在发射后碰到障碍物后会反射回来，计录其从发射到反射回来的时间，然后以时间的一半乘以超声波在空气中传播的速度就可得出与障碍物间的距离。其模块图如图 3.10 所示 图 3.10 超声波模块 3.3.4 超声波时序图 图 3.11 超声波时序图 由上时序图可看车，只要提供 10us 的一 个脉冲触发信号，就会循环发出 8个40KHz 的脉冲。当检测到右回波信号后则会输出回响信号。回响电平输出与检测距离成正比。这样就可由信号的发射与回响时间间隔计算出距离。距离 =高电平时间 *声速（ 340M/S） /2。 3.4 按键设置电路 通过按键来实现报警距离的更改，一个按键用来实现报警距离的增大，一个按键用来实现报警距离的减小，一个按键用来进入设置报警距离程序和确定更改的报警距离。按键电路如图 3.12 所示： ：
