基于单片机的汽车倒车防撞系统设计

2012届毕业设计（论文）论文题目：基于单片机的汽车倒车防撞系统设计摘要基于超声波的汽车防撞预警系统是指在汽车行驶过程中通过超声波测距原理，防止汽车发生碰撞障碍物的一种智能报警装置。本次设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示模块以及声光报警模块等部分组成。它由单片机智能控制，能使汽车在行驶和倒车过程中自动检测到障碍物。然后通过超声波测距原理测量出汽车与障碍物之间的距离，并通过数码显示模块将测得的距离显示出来，当汽车与障碍物之间的距离达到安全极限时，单片机控制声光报警模块发出报警信号，达到提醒司机防止撞车的目的。本设计充分发挥了单片机的性能，其硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，具有一定的使用和参考价值。基于单片机的汽车倒车防撞系统设计1关键词超声波测距汽车防撞预警单片机目录前言…………………………………………………………………4第一章课题简介及其发展现状…………………………………51.1课题研究现状及其发展意义………………………………51.2汽车防撞系统的发展过程…………………………………5基于单片机的汽车倒车防撞系统设计21.3超声波简介……………………………………………………6第二章总体设计方案……………………………………………72.1设计总体思路概况…………………………………………72.2超声波测距原理…………………………………………82.3超声波传感器……………………………………………92.4控制系统方框图…………………………………………92.5超声波发射装置的设计……………………………………102.6超声波接受装置的设计……………………………………112.7显示电路的设计…………………………………………122.8报警装置的设计…………………………………………13第三章硬件的设计和制作………………………………………153.1芯片的功能………………………………………………153.1.1AT89C51的功能特点……………………………………153.1.2CX20106功能特点………………………………………163.1.3LED数码管……………………………………………163.1.4系统的特点………………………………………………183.2硬件电路设计和PCB板的制作……………………………183.3超声波测距系统元器件清单………………………………183.4汽车防撞系统实物制作……………………………………19第四章软件的设计………………………………………………21基于单片机的汽车倒车防撞系统设计34.1软件工作过程……………………………………………214.2算法的软件设计…………………………………………214.3主程序流程图……………………………………………21第五章系统调试…………………………………………………245.1硬件调试…………………………………………………245.2软件调试…………………………………………………24结论………………………………………………………………25参考文献…………………………………………………………26致谢………………………………………………………………27附录一……………………………………………………………29附录二……………………………………………………………29附录三……………………………………………………………30附录四……………………………………………………………32前言曾几何时，汽车对很多家庭来说是不敢想象的。但随着社会生产力的发展和经济水平的大幅度提高，让百姓的收入日益鼓胀，解决了温饱问题的家庭开始走向小康，表现得最明显的是交通工具的升级换代上：一些家庭开始购买汽车作为自己的代步工具。近几年我国汽车保有量逐年增加，2009年的保有量为6300万辆，2010年达到7400多万辆。按保守估计，未来国内汽车保有量能够达到4.9亿辆左右，即大约350辆/千人。对于汽车数量的大副度攀升，尽管国家在公路设施上不断地改进，但道路上的车辆仍然还是越来越多，尤其在上下班时段完全避免不了公路上汽车拥挤的现状。再加上在汽车设计上车速的不断提高，基于单片机的汽车倒车防撞系统设计4虽然公路上各路段都有限速，但撞车事件仍然在广大人民的生活中屡屡发生，给人们带来了巨大的人身伤亡和社会财产的损失。针对汽车拥挤的现状，设计一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞报警系统对当今现状是势在必行的。汽车防撞系统是一种向司机的报警装置，此防撞报警系统能将在汽车行驶和倒车过程中自动检测障碍物，然后通过超声波测距原理测出汽车与障碍物之间的距离，并将距离显示出来，当汽车与障碍物之间的距离达极限时。系统发出声光报警，达到提醒司机防止撞车的目。汽车倒车防撞预警系统即是俗称的倒车雷达，是汽车泊车辅助装置。在汽车倒车时，倒车雷达采用超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物的距离，当汽车尾部离障碍物的距离达到探测范围时，倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。当汽车尾部离障碍物的距离达到设定的安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车。现在生产的中高档小轿车大多数都配置有倒车雷达，而出于节省成本等方面的考虑，经济型小轿车、大客车等其他车辆都没有配置倒车雷达。有市场需求的产品，必然会带动产品的开发设计。倒车雷达电路种类较多，本文介绍基于单片机控制的倒车雷达系统，该系统采用通用型单片机作为控制电路，方便系统功能扩展。系统电路主要采用集成器件构成，外围元件少，电路简洁、调试方便、成本低，利于商品化生产。第一章课题简介及其发展现状1．1课题研究现状及其发展意义随着社会经济发展的不断进步，汽车的数量逐年增加，汽车拥挤的现状不可避免，而在汽车拥挤的情况下，恶性事故屡屡发生，时刻威胁着人们的安全。我国交通事故的年死亡人数远高于他国，分别是美国的2.3倍、德国的18.4倍、日本的13.4倍。当现代家庭充分的享受汽车带来方便的同时，也为此付出了沉重的代价。据统计，我国自2010年至2010年，已有150多万人死于道路交通事故，其中大部分的道路交通事故为汽车追尾碰撞事故。面对当今这基于单片机的汽车倒车防撞系统设计5种现状，设计出一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞报警系统势在必行。防撞预警自动测量的技术应运而生，尤其非接触式测量技术发展卓越。在大多情况下，测量与障碍物之间的距离是不能够接触到障碍物的，在这种时候就会用到非接触式测量设备。在物理学中人们发现了电子学技术产生的超声波后，从此超声波技术在测量领域得到了广泛的运用，尤其是在超声波测距方面，结合了其他技术，用超声波测距变得十分常用超声波在介质中传播的距离较远，分辨力较高，且能量消耗小，利用超声波测距比较方便而且速度快计算简单，容易做到实时控制，并且测量精度好，都能够达到工业测量的需要。因此超声测距广泛应用于当今生活中，特别是应用于超声波测距方面。超声波测距利用的是声波反射原理，声波在空气中传播避免了与介质接触。与其它测距方式相比，超声测距不受颜色、光线和电、磁场的影响，使他受到干扰的可能大幅度减少。它还具有可靠性能高、结构简单、价格便宜、安装方便等优点。也能够测量处于黑暗、烟雾、有灰尘、电磁干扰等恶劣环境中的障碍物。但由于超声波传播时温度对声速影响比较大，使超声测距的精确度到了影响，在这里可以采用温度补偿进行校正，能够消除温度对其的影响。1．2汽车防撞系统的发展过程国际上对汽车防撞的研究开始于二十世纪六十年代，以德、美、日为代表的西方国家内开始研究，与众多汽车制造厂商合作，制造出世界上第一批汽车防撞报警器。但局限于当时器件的发展水平和单片机成本过高，导致报警器难以做到体积轻巧、结构简单、价格便宜。此外，报警器的干扰因素很多，在实验室制造的样机，对许多干扰因素考虑不全面，使在实际得应用中，防撞效果并不让众多研究者满意。二十世纪末，奔驰公司组织，计划将组合通信、传感器、智能技术结合于于一个系统中，改进了汽车的经济性、安全性和有效性，在这次研究中研制出了性能优良的汽车防撞报警器，能够帮助驾驶员避免发生交通事故。使得制造出低成主本、高性能的汽车防撞雷达成为可能。欧盟RadarNet研究项目整合己有研究成果，研制新型多功能汽车防撞雷达。其中，德国的汽车生产厂商奔驰公司和英国的电子生产厂商劳伦斯电子公司强强连和，成功研制出了超声波频率为35G赫兹可报警距离为150米的汽车防撞报警雷达，系统能够智能计算出汽车与前方障碍物的距离和两者之间的相对运行速度，并且根据自身行驶速度计算出汽车与障碍物之间的安全距离，当汽车与障碍物之间或与前车之间的距离小于计算出的安全距离时，预警系统便会发出声音报警信号，提醒司机避开障碍物或者紧急停车。这种预警雷达适合于在轿车、客车上使用，应用了汽车防撞预警系统能够对于恶性交通事故的发生起到了较好的预防作用。1．3超声波简介众所周知，当物体在振动的时候就能够发出声音。但是人类耳朵只能听到频率为20～20000赫兹的声波。当声波的振动频率不在这个范围时的声音人类是听不见的。根据这种情况，人们规定把声波频率高于20KHZ的声波称为“超声波”。由于超声波具有方向性好，抗干扰能力强，穿透能力强等优点。在现实基于单片机的汽车倒车防撞系统设计6生活中有着不可替代的作用它常用于清洗，测距，测速等。实际测试发现,相同振幅下,振动频率和物体振动的能量是成正比的,当超声波传播时,声波振动频率很高,物体的震动能量也很大。在现实生活中我们充分的利用了这些能量，例如超声波加湿器，它是把超声波发射到水罐中,物体震动的巨大能量能够使水罐中的水升华成雾气,在把雾气吹入到空气中,这样就使空气的湿度增加。除此之外应用超声波还可以做很多方便现实生活的实用工具，本文介绍的汽车防撞装置也是应用超声波的原理制成的。超声波是声波大家族中的一员。声波指的是物体在机械振动下，物质的质点在其平衡位置进行的往返运动状态。例如鼓经过敲打之后，鼓面就会上下振动，振动通过空气向四面八方进行传播，这就是声波。超声波就使频率很高的声波。超声波在现实生活中能够光泛应用，是因为超声波有以下几种特性，它能够在气体、固体、液体、等介质中进行传播，能够传递巨大的能量，能够发生反射、干涉和共振的现象，并且超声波在液体中进行传播时，可以产生剧烈的空化和冲击的现象。虽然人类的耳朵听不见超声波，但是不少动物却拥有此项能力。他们就是利用超声波来捕捉猎物，并且能够避开障碍物。好多人们疑问为什么蝙蝠能够在完全黑暗的情况下还能够分析在哪能够捕食和避开障碍物。其实蝙蝠就是利用它听到的超声波而进行在黑暗中自己定位的。蝙蝠通过自己的嗓子发出超声波，超声波发出之后四面八方的发射出去，当超声波遇到障碍物之后发生反射，这种反射回来的超声波进入到蝙蝠的耳朵中，蝙蝠听到超声波后，就能自己判断出障碍物或者猎物的位置。然后快速的判断出来从而能够自在的在空中飞翔。国内的超声波研究照比其它国家起步较晚，人们在发现正压电效应和逆压电效应之后，超声波才逐渐应用于电子行业、清洗机械器件、军事、塑料焊接、金属焊接、医学等等领域。尤其在医学方面的应用尤为广泛，超声波在人体里传播时，当超声波在人体内的传播时如果遇到障碍物，超声波便会发生反射和折射。由于每个人的组织结构都是不同的所以他们对于超声波的吸收能力也不同。这种差别在通过仪器设备把他们显示出来，医生便能通过这种差别便能够判断出身体是否发出病变。第二章总体设计方案汽车防撞预警系统是指在汽车行驶过程中防止汽车发生碰撞障碍物的一种智能报警装置。它能自动发现可能与汽车发生碰撞的障碍物体，并且同时检测汽车与障碍物之间的距离，到达极限距离时发出报警信号以避免碰撞的发生。根据题目要求，汽车防撞报警器的功能主要有两个：判断汽车与障碍物之间的距离和当汽车与障碍物之间的距离到达临界距离时发出报警信号。2．1设计总体思路概况基于单片机的汽车倒车防撞系统设计7汽车防撞预警系统的原理是利用超声波的发射和接收，用计时器计出超声波从发射到接收到遇到障碍物后反射声波的时间通过公式计算出汽车与障碍物之间的距离。在实际生活中常用的测距方法