1、 本科毕业设计 （ 20 届） 汽车倒车测距仪的设计 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 随着经济条件的不断提升，人们的生活水平也不断提高。基本上每家都会有一辆自己的小汽车，然而不是每家人都有很好的驾车技术。这样交 通事故发生的频率也在增加。为了避免追尾事故，减少事故伤害，汽车自身必须有安装配置方面的设备。随之，汽车后视系统也应运而生了。 该 系统是以 AT89S52 单片机为控制核心， 使用 时间差检测进行测距，从而实现汽车安全倒车目的。此外还包括超声波发射电路，超声波接收电路，数据显示系统，蜂鸣器报警系统等硬件部分。软件部分则
2、有主程序，显示子程序，蜂鸣器程序等模块。本文还对系统进行性能分析，说明产生误差的原因和解决方法。 经过测试 ，该设计能通过各个模块的运行操作，基本能够达到了预期的设计要求，可以达到汽车倒车测距的要求。 关键词： 单片机；超声波测距；倒车雷达 - 2 - Abstract As economic conditions continue to improve, peoples standard of living is also rising. Basically, each will have an own car, but not every family has a good driving
3、 techniques. This also increases the frequency of traffic accidents. In order to avoid rear-end accidents, reduce accidents, car must have been installed its own configuration of the equipment. Following this, car rearview system also came into being. In order to achieve the purpose of car parking,
4、the system is based on AT89S52 microcontroller as the control center for distance measurement using the time difference detection. It also includes ultrasonic transmitter circuit, ultrasonic receiver circuit, the data display circuit, buzzer alarm circuit and other hardware parts. The software is ma
5、de up by the main program, display routines module and procedures buzzer module. The thesis also analyzes the performance of the system and the errors of the causes, shows the solutions. After testing, the design runs through the operation of each module. The design achieves the desired requirements
6、, rings up to the car parking requirements. Key Words: Single Chip Microcomputer; Ultrasonic Ranging; Car Reversing Radar - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 课题的研究现状及意义 . 1 1.2 研究内容及论文构成 . 2 2 系统总体设计 . 3 2.1 课题的设计目标 . 3 2.2 方案设计与论证 . 3 2.2.1 方案总体构架 . 3 2.2.2 器件选型 . 4 3 硬件设计 . 6 3.1 单片机控制电路设计 . 6 3.2 超声波发射及接收电路设计
7、 . 8 3.2.1 超声波发射电路的设计 . 9 3.2.2 超声波接收电路的设计 . 10 3.3 电源模块电路设计 . 11 3.4 LED 显示及报警电路设计 . 11 3.4.1 显示模块电路设计 . 11 3.4.2 报警电路设计 . 12 3.5 总体硬件电路图 . 13 3.6 小结 . 14 4 软件设计 . 15 4.1 主程序的设计 . 15 4.2 中断程序处理设计 . 16 4.3 测距模块设计 . 17 4.4 显示及报警 模块设计 . 19 4.5 小结 . 20 5 调试以及结果分析 . 21 6 结论 . 23 - 4 - 致 谢 .错误 !未定义书签。 参考
8、文献 . 24 附录 1 系统实物图 . 26 附录 2 实验原 理图 . 27 附录 3 毕业设计作品说明书 . 28 - 1 - 1 引言 1.1 课题的研究现状及意义 近年来由于电子技术的飞跃发展，使得相关技术日新月异。尤其是汽车电子产业的迅速发展，使得高度信息化、电子化的车辆研制有了基础。近几年我国已经进入私家车时代，交通事故发生的频率也在增加，为提高汽车云顶的安全性，倒车雷达预警系统不仅深受驾驶员的青 睐，也逐渐成为汽车电子产业中新的增长点。尤其是近几年，倒车雷达成了商家的电子新爱，众多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车雷达，处在我国汽车电子行业环境的繁荣背景下倒车雷达已经成为一个较大的行
9、业。 倒车雷达（ Car Reversing AidSystem）全称“倒车防撞雷达”又称“泊车辅助装置”，它是汽车比车或者倒车时的安全辅助装置，主要针对汽车倒车时无法目测到车尾的物体和距离车身的距离而设计开发的。倒车雷达在车挂档时开始工作，由探头、主机和显示器三部分构成，探头可以根据需要安装不同的数量，目前比较常见的是 4探头和 6 探头的；除了一般的放置位置之外，显示器也可以替代原来的后视镜并兼顾这两种功能，它可以显示多种信息。倒车雷达的提示方法也可以分为数码显示、声音提示和语音提示等，国外汽车倒车雷达预警系统早期大多采用红外线的发射与接收原理，不属于雷达的产品，最大的缺点是红外线波易受干
10、扰，系统很容易会失效。后来欧美出现一种电磁感应倒车雷达。日本、美国和欧洲等国的大汽车公司先采用先进的奥秘雷达、 CCD 摄像机、 GPS 和高档微机等制成安全预警系统，使用在所开发的汽车中 1。 目前的汽车倒车测距仪主要是以数码管或者液晶屏的精确显示和精 确的语音播报为主。这个时期主要是采用以单片机为核心的只能测距传感系统，能够使汽车驾驶辅助系统更加简便易用，而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求。 随着电子技术的高速发展，汽车倒车测距仪的应用也越来越广泛。各种先进的倒车测距设备应运而生，满足了人们的生活需求。为了避免追尾事故，减少事故伤害，汽车自身必须有安装配置方面的设备 2。 本课题主要是
11、微机控制的汽车倒车测距仪的设计，能测量并显示车辆后部障- 2 - 碍物离车辆的距离，同时用间歇的“嘟嘟”声发出警报，“嘟嘟”声间隙随障碍物距离缩短而缩短，驾驶员不但可以 直接观察到检测的距离，还可以凭听觉判断车后障碍物离车辆距离的远近。本文主要从总体设计、硬件电路和软件、调试结果以及结果分析等方面展开叙述。 1.2 研究内容及论文构成 本课题的主要研究内容是汽车倒车雷达预警系统的设计和实现，经过单片机综合处理后，采用间歇不同的鸣叫声进行语音报警和显示距离。它包括了超声波测距模块，控制单元 89S52、蜂鸣器报警模块和显示模块等。 论文构成为如下： 第一章：研究背景、意义以及相关技术在国内外的研
12、究现状 第二章：系统总体结构。其中包括控制器的选择，测距系统的选择，显示报警系统的方 案，以及之后提出本设计系统的中方案。 第三章：系统硬件设计。分析了超声波传感器的工作原理，以及超声波发射与接收模块的设计，最后还介绍了系统显示报警模块的电路设计。 第四章：系统软件设计。在软件中采用模块化设计思想，分为主程序模块，测距模块，中断检测模块，蜂鸣器报警模块和显示模块的程序进行了软件设计。 第五章：硬件组装及性能分析。先对系统的硬件组装和连接进行分析，然后对系统性能误差进行讨论。 第六章：总结。对全文进行总结，指出不足之处，并提供解决的方案和对未来前景的展望。 - 3 - 2 系统总体设计 2.1
13、课题的设计目标 本课题的设计任务是微机控制的汽车倒车测距仪的设计，能测量并显示车辆后部障碍物离车辆的距离，同时用间歇的“嘟嘟”声发出警报，“嘟嘟”声间隙随障碍物距离缩短而缩短，驾驶员不但可以直接观察到检测的距离，还可以凭听觉判断车后障碍物离车辆距离的远近。 其具体设计要求：测量范围在 0.5-5 米，测量精度为 5cm，测量时与被测物体无直接接触，且能够清晰稳定的显示测量结果；根据距离远近发出报警声并显示距离，障碍物距离小于 1m，距离值变化 5cm 更换显示，否则不更换；距离在1m以上，新值与原值之差大于 10cm 更 换，否则不更换。 2.2 方案设计与论证 2.2.1 方案总体构架 经分
14、析和总结，汽车倒车测距系统由三个子系统组成，分别为测距系统，控制系统和显示报警系统。其总体框图见图 2-1。 图 2-1 系统硬件结构图 系统硬件结构图解析： 1.单片机：单片机最小系 统由 AT89S52 单片机及外围电路组成，是整个超声波测距仪的核心电路。 2.发射电路：超声波发射电路的实- 4 - 现目的是为超声波发射器提供它所需要的脉冲电信号。 3.发射传感器：系统中，超声波传感器的型号是 T40-16T（发射探头），超声波发射器向某一方向发射超声波。 4.接收传感器：超声波接收电路使用 T40-16R（接收探头）传感器 3 。在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就
15、立即返回来，超声波接收器接收到反射波就立即停止计时。 5.接收电路：接收电路完成了超声波回波信号的换向识别、转换、信号的放大 和整形以及产生中断信号等功能。 6.数据显示：显示模块是主要把测量的数据通过 LED 显示屏显示出来。 7.报警电路：当接通电源后，多谐振荡器起振，输出音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 2.2.2 器件选型 (1) 主控芯片选型 本设计中最主要的是距离的测量，其他都是围绕着距离测量来展开，距离测量最主要的设备当属传感器，选择了好的传感器再经由合适的核心芯片处理就能达到所需精度。在选择核心芯片的时候，我们要注意选功能强大、抗干扰能力强、软硬件资源都比较丰富等特点的
16、主控芯片。也要选外围接口电路简单，性价比高的主 控芯片 2 3。 该系统设计选用的是 8051 系列的 AT89S52 单片机为核心，开发超声波测距系统。 AT89S52 是一个 8K字节可编程 FPEPROM 的高性能微控器。具有内存较大，功能强，抗干扰能力强，软硬件资源都比较丰富等特点，其外围接口电路简单，具有很高的性价比，成本低，而且它经过多年的发展，技术也相当的成熟。它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案 4 5 6。 总而言之，该单片机简单，体积小，安装简易，成本低等特点，本设计系统就采用了 AT89S52 为控制系统。 (2) 传感 器选型 目前汽车倒车测距仪的测距
17、技术主要有激光传感器、红外传感器、超声波传感器等。 1激光传感器：它是一种光子雷达系统，它具有测量时间段、量程大、精度高等优点，在很多领域得到广泛的应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系- 5 - 统可分为非成象式激光雷达和成象式激光雷达。成象式激光雷达又可分为扫描成象激光雷达和非扫描成象激光雷达 7。 2.红外传感器：这个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光，接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号强弱判断物体距离。 3.超声波测距传感器：超声波简单的说就是音频超过了人类耳朵所能够听到的范围。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在
18、介质中传播的距离较远，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因而超声波经常用于多距离的测量。超声波的工作方式是通过发射器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接收来判断是否检测到物体 8。 综上所述，由于测量行驶过程中测距应当有较强的抗干扰和较短的响应时间，我们就能看出要选择的传感器是超声波传感器作为这个方案的技术扩展。 (3) 显示系统选型 显示器是一个输出设备，在很多电子产品中都有使用到显 示器。它的应用很广泛，在电子产品中运用到的区别只是在于结构类型不同。相对来说， LED 发光二极管的设计比较简单，也容易安装，成本也比较低，所以通常都用这款。但是这款给出的只是一个简单的开关量信息，而
19、复杂的比较完整的显示器应该是 CRT监视器或者屏幕较大的 LCD 液晶屏，其成本在几十元到百元不等。 结合课题的要求，成本以及考虑单片机的借口资源，本系统采用的是 LED实现显示功能。 (4) 报警系统选型 由于在这个设计中报警声音比较简单，可以直接用单片机的一个引脚产生一方波控制，所以我们就采用了有源蜂鸣器，根据距离远近 进行报警。 统由超声波发射，回波信号接收，计时测量、数据处理和只能算法、显示和报警等构成。 AT89S52 单片机系统是超声波测距仪的核心部分，控制一个 40KHz的脉冲驱动振荡电路。超声波发射电路作用是将振荡电路振荡出的脉冲信号，将驱动超声波发射传感器，发射电路 9。超声波接受电路主要是用来对接收到的回波进行放大和整形，即将回波信号转变成单片机的中断信号。显示报警系统采用简单实用的 3位共阳极七段 LED 数码管。
