毕业设计(论文)-阳基于AT89C51单片机倒车防撞报警系统设计.doc
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1、 专科生毕业设计(论文)摘 要随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺,汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重,撞车事件屡屡发生,造成了不可避免的人身伤亡和经济损失,针对这种情况,设计一种响应快,可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行,超声波测距法是最常见的一种距离测距方法,本文介绍的就是利用超声波测距法设计的一种倒车防撞报警系统。论文的内容是基于AT89C51单片机倒车防撞系统的设计,主要是利用超声波的特点和优势,将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体,设计出一种基于AT89C51单片机的倒车防撞报警系统。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。论文概述了超
2、声波检测的发展及基本原理,阐述了超声波传感器的原理及特性。对于系统的一些主要参数进行了讨论,并且在介绍超声波测距系统功能的基础上,提出了系统的总体构成。通过多种发射接收电路设计方案比较,得出了最佳设计方案,并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍,并阐述了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构,通过编程来实现系统功能。最后,通过对系统的误差分析,给出了系统的改进方案。关键字:单片机 超声波 AT89C51 AbstractIs day by day prosperous along with the social economy development tran
3、sportation shipping industry, the automobile quantity climbs in the first mate. Traffic congestion condition also day by day serious, the collision event occurred repeatedly, has caused the inevitable person casualties and the economic loss, in view of this kind of situation, designed one kind to re
4、spond quickly, the reliability was high also a more economical automobile guards against hits the early warning system imperative, the ultrasonic wave range finding was the most common one distance range finder method, this article introduces is guards against using the ultrasonic wave range finding
5、 design one kind of back-draft hits the alarm system.The paper is based on the contents of the AT89C51 monolithic integrated circuit reverse collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration AT89C51
6、monolithic integrated circuit, AT89C51 monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems. The system used software and hardware integrated approach of a modular and multi-use characteristics. The paper outlines the development and the basic principles
7、 of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. Some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basis, the overall composition of the system. Through multiple launch reception circuit design comparison,
8、the best designed programme drawn, and various system design modules principles introduced. On the composition of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. Papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function. Finally, t
9、hrough the analysis of system error, giving the system improvement programme. Key word:monolithic integrated circuit;ultrasonic wave;AT89C51目 录第1章 绪论11.1 超声检测发展综述11.2 论文主要内容和章节安排31.3 本设计时间安排3第2章 超声波测距原理52.1 超声波传感器介绍52.1.1 超声波传感器特性62.2 超声波检测概述72.2.1 超声探伤82.3 超声测距原理及实现 9第3章 单片机超声波测距系统构想103.1 超声波测距系统总体
10、方案103.2 系统主要参数考虑113.2.1 传感器指向角113.2.2 测距仪的工作频率123.2.3 声速123.2.4 发射脉冲宽度123.2.5 测量盲区13第4章 单片机倒车防撞报警系统各组成单元方案设计144.1 发射接收电路方案设计144.2 显示报警单元方案设计224.2.1 系统显示电路设计224.2.2 系统报警电路设计234.3 单片机复位电路244.4 时钟电路254.5 稳压电源25第5章 系统硬件及软件实现275.1 单片机硬件介绍275.1.1 单片机AT89C51介绍275.1.2 8155芯片介绍285.1.3 74LS244芯片介绍295.1.4 74LS
11、06芯片介绍 305.2 运算放大器315.3 LM567芯片介绍325.4 探头UCM介绍 335.5 系统软件结构 345.5.1 主程序 345.5.2 显示子程序和蜂鸣报警子程序 37第6章 系统误差分析及改进396.1 误差产生原因分析396.1.1 温度对超声声速的影响396.1.2 回波检测对时间测量的影响406.1.3 超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响406.2 针对误差产生原因的系统改进方案40参考文献42致谢4343第1章 绪 论随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺,汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重,撞车事件屡屡发生,造成了不可避免的人身伤亡和经济
12、损失,针对这种情况,设计一种响应快,可靠性高且较为经济的汽车防撞报警系统势在必行,超声波测距法是最常见的一种距离测距方法,应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离,低速状况,以及在汽车倒车防撞报警系统中,超声波作为一种特殊的声波,同样具有声波传输的基本物理特性折射,反射,干涉,衍射,散射。超声波测距即是利用其反射特性,当车辆后退时,超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置,并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员,起到安全的作用。1.1 超声波检测发展综述高速度,高效率是现代工业的标志,而这是建立在高质量的基础之上的。设计和工艺人员理应了解:非均一的组织结构,随机出现的
13、微观,宏观缺陷,常常可以有时甚至是只能依靠无损检测技术的运用方可予以发现,评价。当然,这与数十年来多方的重视和广大从业人员的艰辛努力,使无损检测技术在这方面已具有一定的能力有关。现在,在工业发达国家,无损检测在产品的设计,研制,使用部门已被卓有成效的运用,1981 年美国前总统里根在给美国无损检测学会成立 40 周年大会的贺信中就说过:“你们能够给飞机和空间飞行器,发电厂,船舶,汽车和建筑物等带来更大程度的可靠性。没有无损检测,我们就不可能享有目前在这些领域和其他领域的领先地位。”无损检测正在以迅猛之势向纵深发展,客观的需要毕竟是一种专业可以发展的最大动力。我国无损检测技术是从无到有,从低级阶
14、段逐渐发展到应用普及的现阶段水平。超声波检测仪器的研制生产,也大致按此规律发展变化。五十年代,我国开始从国外引进超声波仪器,多是笨重的电子管式仪器。如英国的 UCT-2 超声波检测仪,重达 24Kg,各单位积极开展试验研究工作,在一些工程检测中取得了较好的效果。五十年代末六十年代初,国内科研单位进口了波兰产超声仪,并进行仿制生产。随后,上海同济大学研制出 CTS-10 型非金属超声检测仪,也是电子管式,仪器重约20Hg。该仪器性能稳定,波形清晰。但当时这种仪器只有个别科研单位使用,建工部门使用不多。直至七十年代中期,因无损检测技术仍处于试验阶段,未推广普及,所以仪器没有多大发展,仍使用电子管式
15、的 UCT-2,CTS-10 型仪器。1976 年,国家建委科技司主持召开全国建筑工程检测技术交流会后,国家建委将混凝土无损检测技术列为重点攻关项目,组织全国 6 个单位协作攻关。从此,无损检测技术开始进入有计划,有目的的研究阶段。随着电子工业的飞速发展,半导体元件逐渐代替了电子管器件,更有利于无损检测技术的推广普及。如罗马尼亚 N2701 型超声波测试仪,是由晶体管分立元件组成,具有波形和数码显示,仪器重量 10Kg。七十年代,英国 C.N.S 公司推出仅有 3.5Kg 重的 PUNDIT 便携式超声仪。1978 年 10 月,中国建筑科学院研制出 JC-2 型便携式超声波检测仪。该仪器采用
16、TTL 线路,数码显示,仪器重量为 5Kg。同期研制出的超声检测仪器还有 SC-2 型,CTS-25 型,SYC-2 型超声波检测仪。从此,我国有了自己生产的超声波仪器,为推广应用无损检测技术奠定了良好的基础。超声波检测技术是我国重点发展和推广的新技术,其具有高精度,无损,非接触等优点。目前,已经广泛地应用在机械制造,电子冶金,航海,宇航,石油化工,交通等工业领域。此外,在材料科学,医学,生物科学等领域中也占具重要地位。国外在提高超声波测距方面做了大量研究,国内一些学者也做了相关研究。对超声波测距精度主要取决于所测的超声波传播时间和超声波在介质中的传播速度,二者中以传播时间的精度影响较大,所以
17、大部分文献采用降低传播时间的不确定度来提高测距精度。目前,相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。超声波检测技术作为无损检测技术的重要手段之一,在其发展过程中起着重要的作用,它提供了评价固体材料的微观组织及相关力学性能、检测其微观和宏观不连续性的有效通用方法。由于其信号的高频特性,超声波检测早期仅使用模拟量信号的分析,大部分检测设备仅有A扫描形式,需要通过有经验的无损检测人员对信号进行人工分析才能得出正确的结论,对检测和分析人员的要求较高,因此,人为因素对检测的结果影响较大,波形也不易记录和保存,不适宜完成自动化检测。八十年代后期,由于计算机技术和高速
18、器件的不断发展,使超声波信号的数字化采集和分析成为可能。目前国内也相继出现了各类数字化超声波检测设备,并已成为超声波检测的发展方向。厦门大学的某位学者研究了一种回波轮廓分析法。该方法在测距中通过两次探测求取回波包络曲线来得到回波的起点,通过这样处理后超声波传播时间的精度得到了很大的提高。意大利的Carullo等人介绍了一种自适应系统,采用特殊的发射波形来获得好的回波包络,同时采用对环境噪声进行估测,设置一定的回波开平电路,且采用自动增益的控制放大器,通过这些措施来提高超声波的探测精度。另外,也有大量的文献研究采用数字信号处理技术和小波变换理论来提高传输时间的精度。这些处理方法都取得了较好的效果
19、。目前国内外在超声波检测领域都向着数字化方向发展,数字式超声波检测仪器的发展速度很快。国内近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析系统。国际上对超声波检测数字化技术的研究非常重视,国外生产类似产品和研究的公司有美国的泛美(PANAMETRICS)公司、METEC公司,加拿大的R/D TECH公司,德国的K-K公司、法国的SOFRATEST公司和西班牙的TECNATOM公司等等,上述这些公司生产的超声波检测采集、分析和成像处理系统的技术水平较高,在世界上处于领先水平。随着检测技术研究的不断深入,对超声检测仪器的功能要求越来越高,单数码显示的超声检测仪测读会带来较大的测试误差。进一步要求以后生
20、产的超声仪能够具有双显及内带有单板机的微处理功能。随后具有检测,记录,存储,数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析仪相继研制成功。超声仪研制呈现一派繁荣景象。其中,煤炭科学研究院研制的 2000A 型超声分析检测仪,是一种内带微处理器的智能化测量仪器,全部操作都处于微处理器的控制管理之下,所有测量值,处理结果,状态信息都在显像管上显示出来,并可接微型打印机打印。其数字和波形都比较清晰稳定,操作简单,可靠性高,具有断电存储功能,其串口可以方便用户对仪器的测试数据进行后处理及有关程序的开发。与国内同类产品相比,设计新颖合理,功能齐全,在仪器设计上有重大突破和创新,达到了国际先进水平。目前,计算机
21、市场价格大幅度下降,采用非一体化超声波检测仪器,计算机可发挥它一机多用的各种功能,实际上是最大的节约。过去那种全功能的仪器设置,还不如单独的超声仪,计算机可充分发挥各自特点。高智能化检测仪器只能满足检测条件,使用环境,重复性测试内容等基本情况一样,才可充分发挥其特有功能。仪器设计也应从实际情况出发,才能满足用户的要求。综上所述,我国超声波仪器的研制与生产,有较大发展,有的型号已超过国外同类仪器水平。1.2 本论文的主要内容,章节安排本论文第一章绪论部分主要介绍了超声波的发展状况,以及目前的现状和前景。第二章超声波测距原理主要介绍了超声波传感器,超声波传感器的特性,传感器的检测概述和超声波测距的
22、原理及实现。第三章单片机倒车防撞报警系统总体构想主要介绍了超声测距系统的总体方案,系统主要参数考虑和超声测距系统的总体构成。第四章超声波测距系统各组成单元方案设计(包括发射接收电路设计、显示电路设计、报警电路设计、晶振电路设计、复位电路设计等)。并详细介绍了最终确定的各单元设计方案以及最终方案的设计原理。第五章系统硬件软件实现部分主要介绍了各模块中的硬件部分以及软件的实现。第六章给出系统的误差分析和系统改进。1.3 本设计时间安排第01周至第02周:查阅中文及英文资料(并翻译一篇外文资料),了解超声波测距技术和单片机技术,收集相关资料。第03周至第03周:完成毕业设计(论文)开题报告,并开始进
23、行毕业设计。第04周至第07周:完成超声测距方案论证与比较设计,完成控制模块的电路设计和方案论证;第08周至第09周:完成外围电路和电路控制模块的硬件设计;第10周至第12周:完成电路控制模块的软件设计;第13周至第15周:整理相关资料,完成毕业设计(论文)手稿及最终电脑打印的毕业论文;第16周至第16周:毕业设计(论文)小组答辩;第17周至第17周:答辩。第2章 超声波测距原理2.1超声波传感器介绍超声波由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点,而经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场,例如液位、井
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