汽车倒车测距仪的设计.doc
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1、大学本科生毕业设计(论文)汽车倒车测距仪的设计目 录摘要2Abstract2第一章 绪论31. 1 研究背景31. 2 发展概况和当前存在的问题41. 2. 1 发展概况4 1. 2. 2 当前存在的问题4 1. 3 本设计的主要内容和目的5第二章 系统方案相关理论6 2. 1 汽车倒车超声波测距系统主要功能的概述62. 2 汽车倒车超声波测距系统的原理72. 3 超声波测距系统的主要技术指标9第三章 硬件设计及调试10 3. 1 系统装置的硬件组成103. 1. 1 单片机控制系统10 3. 1. 2 超声波发射电路11 3. 1. 3 超声波接受电路11 3. 1. 4 LED液晶显示电路
2、13 3. 2 焊接14 3. 3 调试过程及方法14第四章 软件设计及调试16 4. 1 系统软件设计整体介绍16 4. 2 系统的程序17 4. 3 软件调试简介24第五章 总结25致谢26参考文献27汽车倒车测距仪摘要随着科学技术的快速发展,超声波在传感器中的应用也越来越广。但就目前技术水平来说,人们可以具体利用的传感技术还十分有限,因此,这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。而本文介绍的是一种可应用于倒车测距仪的超声波测距系统。本系统采用STC89C52单片机为核心,结合发射和接受模块以及液晶显示构成整个的测距系统,该系统能够在汽车以较低的速度进行倒车的过程中,识别出车后
3、部的障碍物,并能够测量车与障碍物之间的距离,在车辆与障碍物发生碰撞前,发出声光报警,提醒司机刹车。倒车测距仪是用来探测车身和周围的障碍物并显示其距离,以帮助驾驶员安全倒车或停车的辅助电子设备,对驾驶员倒车的安全起到了很大作用。因此本系统的设计具有广泛的运用价值和意义。 关键词:传感技术 超声波测距 运用价值AbstractWith the rapid development of science and technology, in the application of ultrasonic sensors is more and more widely. But so far the tec
4、hnical level, the specific use range finder technology is limited, so, it is a vigorous development and infinite prospect areas of technology and industry. And this paper is a kind of can be applied to reverse the ranger ultrasonic ranging system. The system uses the STC89C52 microcontroller as the
5、core, combining the launch and accept modules and liquid crystal display constitute the whole range finder system, This system can be identify obstacles at the back of the car and able to measure the distance between the car and the obstacles,and before the car run into obstacles,it can give out sou
6、nd and light alarm signal, remind the driver brakes,when the car reversing with a low speed ,.Reverse rangefinder is an assist electronic equipment what can used to detect the body and the surrounding obstacles and show the distance, to help the driver safety reversing or parking,It plays a large ro
7、le when the drive reversing So the design of system has broad application value and meaning.Keyword:sensor technology ultrasonic ranging use Value第一章 绪论1. 1 研究背景信息高度发达、生活快节奏的现代社会中,电子信息技术的应用随处可见,在生活中已投入使用的有:电视机、手机、电脑、先进的工业控制系统、通信雷达系统和卫星遥感系统,甚至是汽车倒车、无人侦查飞机等无一例外的不使用到电子信息技术。现代信息技术主要包括计算机技术、通信技术和传感器技术,其中
8、,计算机相当于人的大脑,通信相当于人的神经,而传感器就相当于人的感官。由于传感器的重要性,各发达国家都将它视为现代高新技术发展的关键,我国在20世纪80年代以来也已将其列为国家高新技术发展的重点。21世纪是人类进入信息电子化的时代,作为现代信息技术的三大支柱之一的传感器技术必将有更大的发展空间。有专家认为,我国今后传感器方面的研究和开发应是:汽车传感器、环保传感器、工业过程控制传感器、医疗卫生和食品业检测传感器以及新型敏感材料等。随着汽车工业的发展,城市汽车数量是越来越多。近几年来,我国开始进入私家车时代,汽车的数量更是在逐年增加的。公路上、停车场、车库等越来越拥挤。汽车驾驶员越来越担心车的安
9、全了,其中倒车就是一个典型问题。由于存在视觉盲区,无法看见车后的障碍物,司机在倒车时很容易刮伤汽车,甚至发生事故。为了减少因此带来的损失,需要有一种专门的辅助装置帮助司机安全倒车。目前用于辅助司机倒车的装置主要有:语音告警装置、后视系统以及倒车测距仪等。语音告警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在倒车的汽车。这种装置价格便宜,使用方便,但缺点就是只能对车后的行人起警告作用,对于车后的障碍物则起了作用,所以其应用范围很有限。后视系统是由视频捕捉装置和视频播放装置组成,通过后视系统司机可以直观地看到车后的障碍物,消除视觉盲区。由于这类装置的价位较高,目前还没有普遍推广使用。本文设计分析的
10、汽车倒车测距仪即是根据这一实际情况而应运而生的,性价比非常高。系统运用微计算机技术与超声波的测距技术、传感器技术等的交叉融合,进行优化设计,通过液晶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等级。但其主流产品仅仅是独立的控制单元, 无法与汽车数字化信息平台接轨。1. 2 发展概况和当前存在的问题1. 2. 1 发展概况经济的发展和科学技术的进步,推动着交通运输业朝行驶高速化,车流密集化和驾驶非职业化的方向发展。同时,汽车的生产量和保有量都在急剧增加。但相应的公路管理,交通管理系统却相对比较落后,由此造成的事故频繁发生,在一些大城市尤为突出。智能交通系统ITS(Intelligent
11、Transportation System)是当前国际各个国家共同关注的交通管理的前沿技术,它在充分发挥现有的交通基础设施潜能,提高工作效率,增强交通安全性,改善环境方面已取得卓越成效,很多国家都很重视相关项目的开发。中国也已开始进入相关技术的研究开发,倒车测距技术是ITS中的一项重要研究,它的成功与否与ITS有着相当紧密的关系。而汽车倒车测距技术主要是利用超声波方式:超声波是频率大于20 kHz 的声波, 具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点,用于测距计算方法简单, 常用于非接触式距离测量, 其传感器种类较多,由于超声波指向性强,在传输过程中能量损耗缓慢,反射能力强,经常被用
12、于距离的测量。由于超声波测距的探测距离较短,主要用于倒车等近距离测距。1. 2. 2 当前存在的问题倒车测距仪运用超声波测距原理结合单片机或IC的智能技术作为一种汽车倒车安全辅助装置具有结构简单、智能判断不受可见光限制等特点应用到了轿车当中,但现有的倒车测距技术还仍然存在如下一些问题:(1)最大有效探测距离的问题偏小,等到报警后再减速就很紧张,感到预警时间不充足;(2)多数成品倒车测距仪的显示速度因为考虑到抗干扰等因素,显示更新的速度约0.20 4 s,算上从倒车测距仪发现目标到发出警报将需要1-2s,这时车已经行使了一段距离,这显然存在反应迟钝;(3)多数倒车测距仪的超声波传感器23个,单个
13、传感器的水平探测角度约6070度,这样势必造成23个盲区,而增加传感器的个数不但增加成本,而且提高故障率;(4)以往关于倒车测距仪的研究都采用的是部容易购买到的专用元件作为附加电路,使其难以推广。1. 3 本设计的主要内容和目的课题的主要研究内容就是根据超声波测距的原理,选择一块集成度高的IC来完成超声波脉冲测距的倒车测距仪。使它能够在汽车以较低的速度进行倒车的过程中,识别出车后部的障碍物,测量车与障碍物之间的距离并显示出来,在发生碰撞前,对驾驶员发出报警。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好帮手,可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的如集装箱车、食品车、载货车、垃圾车、公
14、共汽车等倒车交通事故,另外还特别适用于夜间辅助倒车、倒车入库以及进入停车场停车到位,本设计性能优良,对提高我国汽车工业实际水平,具有较大的意义。第二章 系统相关理论2. 1 汽车倒车测距系统主要功能的概述 本汽车倒车测距系统应用的是超声波测距系统。在物理世界中,人类能感应到的波谱是声波,即波源所激起的纵波的频率在20Hz到20KHz之间,就能引起人的听觉,在这一频率范围内的振动被称为声振动。而频率低于20Hz的机械波叫做次声波。超声波是频率大于20 kHz 的波段, 具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点,用于测距计算方法简单, 常用于非接触式距离测量, 其传感器种类较多。汽车上
15、常用的是压电式超声波传感器工作频率40 kHz 且收发一体、结构紧凑。一般超身波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两级外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。超声波测距的基本原理其实很简单,同声纳回声定位法的原理是基本相同的,说得高级一些就是多普勒效应,说得简单就是回声效应,当我们在山谷里,朝对面得山坡喊叫一句话,一段很短时间后你会听到从山谷里也传来相同的一句话。超声波测距也是基于这种回音效应,发生器不断发射出40Hz超声波,其总宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔,被测物距越远,脉冲宽度越大,输出脉冲个数与被测距
16、离成正比。该超声波测距系统的主要功能包括:实时显示当前测量距离;具有近距离和远距离两种测量模式;能够实时报警功能;具有开机系统自检功能。2. 2 汽车倒车超声波测距系统的原理 超声波测距的方法有很多种,如相位检测法,声波幅值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,声波幅值检测法容易受反射波的映像。本系统采用超声波往返时间检测法,其原理是:检测从超声波发生器发出的超声波,经气体介质的传播到接收器的时间即往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘再除以2就是检测的距离。即有: L=V*T/2此外,准确的测量目标还要能够精确的计算出超声波传播的时间,显然能够确定的时间的单位越小
17、越好,本系统采用的单片机的定时器0来计算时间,单片机采用12M 的晶振,那么本系统可精确到1US 的最小时间单位,计算所测量的距离可精确到0.0001M,显然这已经能够完全地满足我们的设计要求。超声波测距系统的总电路的组成部分有:单片机控制电路,超声波发射电路,超声波接受电路,液晶显示电路以及报警电路等共同组成。单片机控制电路负责发生40K的方波信号,经一反向器器后分别送到MAX232的两TTL电平输入端,然后产生+/-9V的方波信号驱动超声波换能器。再由超声波接受回来,此时,就可利用单片机定时出发射和接收的时间差。那么单片机就可计算出实际的距离,并将其显示出来。具体的硬件原理框图如下: 微控
18、制器显示报警信号产生驱动信号放大整型发生器接收器利用单片机的定时器/计数器可以较方便地实现该测距原理,设单片机的T0端为起始发射同步定时器(确定起点t0),单片机的T1端为回波测量定时器(确定起点t1),单片机的P1.0(称F端)输出窄脉冲串,各端工作波形如下图所示。测量出t1和t0,就可以算出障碍物和超声探头之间的距离。2. 3 超声波测距系统的主要技术指标测量距离:0.20m-10.00m测量距离精度:1cm实时功率:0.05W系统发射功率:1mW(max)工作电流:80mA(min)、90mA(max)输入电源电压:DC5V第三章 硬件设计及调试3. 1 系统装置的硬件组成3. 1. 1
19、 单片机控制系统单片机控制系统以单片机STC89C52为核心,STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能: 8k字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O 口线,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU
20、停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz,6T/12T可选。STC89C52单片机具有应用简单,操作简便,价格便宜等许多优点,因此我们选用这一型号的单片机作为控制器。单片机的晶振频率为12M,这样有利于我们更准确地计算超声波的往返时间,是后面距离精确计算的基础。图1所示为本设计的单片机最小系统图。图 13. 1. 2 超声波发射电路超声波发射电路采用基于MAX232的方波发射电路,电路的前级用74LS04非门输出正反相的40KHz方波信号驱动MAX232后实
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