基于89C51单片机的汽车倒车测距仪的毕业设计.doc
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1、东莞职业技术学院 毕 业 论 文 汽车倒车测距仪的设计 学生姓名:黄瑜学 号:201330140307年级专业:2013级电子信息工程技术指导老师:胡叶容系 部:电子工程系 广东东莞 提交日期:2016年5月 目 录 目 录I摘要II1前言11.1课题研究的意义和背景11.2国内的发展现状11.3设计思想及方案论证21.3.1设计要求21.3.2总体方案论证与选择22 硬路设计32.1系统硬件设计及组成32.1.1总体方案组成框图32.1.2超声波测距模块32.1.2单片机最小系统42.1.3时钟电路82.1.4复位电路82.1.5 蜂鸣器报警模块82.1.6 显示模块92.1.7 键盘接口模
2、块102.2 焊接103 软件设计123.1程序流程123.2数据处理(距离计算)、显示以及报警函数124调试及误差分析144.1硬件调试144.2硬软件联调144.3测试结果分析164.3.1测试中仪器仪表164.3.2 数据分析164.3.3超声波测距误差分析165总结18参考文献19致谢20汽车倒车测距仪的设计作 者:黄瑜指导老师:胡叶容 (东莞职业技术学院2013级电子信息工程技术,东莞 523808)摘要随着汽车的日益普及,由于人为原因而产生的碰撞问题也日益增多,而倒车碰撞占碰撞事故的大部分。为提高汽车驾驶和倒车的安全性,设计了一种基于AT89C52的汽车倒车测距仪的系统。该系统利用
3、超声波在空气中传播遇障碍物反射的原理,以超声波传感器为借口部件,应用AT89C52单片机利用超声波在空气中的时间差来数据处理设计出了能精确测量点间距离的超声波测距仪,利用所设计出的汽车倒车仪能精确测量车后障碍物的距离,实时发出报警信号,使驾驶员能时刻链接倒车时车后的环境并采取积极有效的处理措施,从而实现汽车驾驶的安全。本文在介绍超声波测距系统功能的基础上,提出了系统的总体设计方案,分析了基于超声波测距的汽车报警系统各部分的硬件及软件实现。硬件部分主要由超声波发射电路、超声波接收电路、LCD显示电路、蜂鸣器报警电路等。软件部分采用模块化设计思想,整个程序的编写分主程序、显示子程序、蜂鸣器报警程序
4、等模块。关键词:单片机 超声波传感器 测距仪II1 前言1.1课题研究的意义和背景随着我国经济的飞速发展,交通运输车辆的不断增多,由此产生的交通问题越来越为人们所关注。由于倒车后视镜有死角,驾车者目测距离有误差,视线模糊等原因,倒车事故发生的频率远大于汽车前进时的事故率。倒车事故不仅会对自己的车和他人财物造成损伤如果伤及儿童更是不堪设想。有鉴于此,汽车产品家族中,专为倒车泊车而设计的“倒车测距仪”应运而生。经过调查,绝大部分非职业汽车驾驶员都希望有一种能发现汽车尾部障碍物的“后视眼”。倒车测距仪的加装可以解决驾驶人员的后顾之忧,大大降低倒车事故的发生。 倒车测距仪是一个由单片机控制的汽车泊车安
5、全辅助装置。该测距仪讲单片机的实时控制及数据处理功能,与超声波的测距技术、传感器技术相结合,能够测量并显示车辆后部障碍物里车辆的距离,同时用间歇的“嘟嘟”声发出警报,“嘟嘟”声间隙随障碍物距离的缩小而缩短,驾驶员不但可以直接观察到显示的距离,还可以凭听觉判断车后障碍物离车辆的远近,解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰,并可以帮助驾驶员扫除视野死角和视线模糊的缺陷,提高驾驶的安全性。1.2国内的发展现状超声波倒车防装系统是倒车雷达的一种,倒车雷达在车挂倒挡时开始工作,由探头、主机和显示器三部分构成。倒车雷达系统经历了三个阶段,六代的技术改良,从早期的倒车防撞仪,只能测试车后有限范
6、围的障碍物,并发出警报,发展到根据距离远近程度分段报警,前两个阶段的倒车雷达一般采用专用集成电路,功能较简单。随着人们对汽车驾驶辅助系统求的提高,以及单片机价格不断下降和汽车电子系统网络化发展的要求,新型的倒车雷达都是以单片机为核心的智能测距传感系统。要求倒车雷达连续测距并显示障碍物距离,并采用不同间歇呜叫频率的声音报警提示距离,让驾驶员全神贯注地注视场景。汽车电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的倒车雷达具有通信功能,能够把数据发送到汽车总线上。如最为先进的倒车雷达系统为“智能可视倒车雷达系统”,它在车尾部装上针孔摄像头,倒车时可以在DVD显示屏上显示车后的广角真实图像。德国大众公
7、司将超声波测距技术应用在倒车雷达上。日本、美国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力,采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等制成安全预警系统,使用在其所开发的高级汽车上。戴姆勒克莱斯勒公司成功开发出供商用车(尤指卡车)使用的电子刹车系统,它与其他刹车系统的区别在于,其在卡车车头设有雷达感应器,感应器在车前观察四周环境,并将所有收集的信息交由一控制器加上处理,形成一虚拟景象,再借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车。未来两三年内这种新型刹车系统即可量产上市,但价格昂贵,其过高的成本限制了它应用的普遍性。通用公司的Precept概念车装了Donnelly公司生产的
8、以摄像机为基础的后视镜系统。该系统用一个内后视镜和两个外后视镜采集汽车周围的景象,三个景象合成一个全景图像在中控台的视屏上显示出来,还用文字说明来传达信息。摄像机也可在倒车时使用,当车后近处有消火栓等障碍物时,就及时让驾驶员知晓。东风汽车有限公司乘用车公司推出的全新一代“蓝鸟智尊”配备了倒车影像显示和NAVI卫星导航系统,直接将高级别汽车的智能化从“概念”引入了“应用”。在驾驶者挂入倒挡时,中控台上的液晶显示屏会自动切换画面,将车尾摄像头拍下的环境状况展示在驾驶者眼前,最大程度地方便泊车,这项功能在夜间尤其具有价值。1.3设计思想及方案论证1.3.1设计要求1、计算出障碍物与车尾的距离,并进行
9、数字显示。2、根据障碍物与车尾的距离远近情况发出不同等级的报警声。1.3.2总体方案论证与选择方案一:纯硬件电路系统,各功能采用分离的硬件电路模块实现。用时序逻辑电路实现但这种实现方法可靠性差、控制精度低线路复杂、安装调试不方便,而且不方便实现对系统的扩展。 方案二:采用STC公司及51系列单片机作为系统的控制核心,由于使用了单片机,整个系统可编程,系统的灵活性大大增加了。 经过以上的比较论证,选用方案二来完成项目设计的要求。172 硬路设计2.1系统硬件设计及组成2.1.1总体方案组成框图由超声波模块、单片机最小电路、液晶显示模块、报警模块、按键模块构成。如图2.1所示。液晶显示STC89C
10、52障碍物报警模块超声波模块按键输入图2.1总体方案组成框图2.1.2超声波测距模块目前常见的测距传感器,主要有红外传感器、激光传感器、超声波传感器。按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择:方案一:红外传感器测距 其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的反射光,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的强弱判断物体的距离。 方案二:激光传感器测距 它是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点,以实现高精度的计量和检测,如测量长度、距离、速度、角度等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距仪和连续波相位式激光测距。脉冲式激光测距原理
11、与雷达测距相似,测距仪向目标发射激光信号,碰到目标就要被反射回来,由于光的传播速度是已知的,所以只要记录下光信号的往返时间,用光速乘以往返时间的二分之一,就是所要测量的距离。方案三:超声波测距超声波就是空气中传播的超过人类听觉频率极限的声波。其原理犹如蝙蝠,从嘴里发出超声波,当超声波遇到小昆虫时,它的耳朵能够接收反射回波,从而判断昆虫的位置并予以捕杀。超声波传感器的工作方式是通过发送器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接受来判断是否检测到物体的。 根据以上的性能比较,我们能看出激光传感器是比较理想的选择,但是其价格较高,不易为大众所接受。考虑到车辆行驶过程中,测距应当有较强的抗干扰能力和较
12、短的响应时间,最终选择方案三。HC-SR04超声波测距模块是将超声波发射探头、超声波接收探头、MAX232、TL074C及STC11等器件与超声波收发电路集成到的一起的一个超声波测距模块。可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。HC-SR04基本工作原理:(1) 采用IO口TRIG触发测距,给最少10s的高电平信号(2) 模块自动发送8个40KHz的方波,自动检测是否有信号返回(3) 有信号返回,通过IO口ECHO输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。(4) 模块接线图2.2如下:图2.2 HC-S
13、R04模块接线图一个控制口发出一个10s以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时间就为此次测距的时间,通过运算即可得出距离。这样不断的循环周期测量,就可以在不停地移动的过程中测量距离值了。但是,为防止发射信号对回收信号的影响,HC-SR04超声波测距模块的测量周期最好定在60ms以上,所以本设计将测量周期定在80ms。2.1.2单片机最小系统本系统中央控制器采用的单片机STC89C52,复位电路采用上电复位电路。由于本系统不进行远距离的数据传输通信,所以外接的晶振先12MHz晶振。系统的最小系统电路图如图2.3所示。图2
14、.3最小系统电路图STC89C52单片的引脚图和逻辑图如图2.4所示,逻辑符号如图所示,它有40个引脚。AT89C52单片机引脚和封装定义表格如表2.1所示。图2.4 STC89C52单片的引脚图和逻辑图表2.1 AT89C52单片机引脚和封装定义引脚名称F226,F230,48F221,F231,32类型说明VDD11,318数字电源GND5,6,8,139地XTAL1156模拟输入为晶体或陶瓷谐振器的内部振荡电路XTAL2147模拟输出为晶体或陶瓷谐振器的激励驱动器P0.0/TX3928数字I/O口模拟输入端口0位0P0.1/RX3827数字I/O口模拟输入端口0位1P0.2/INTO37
15、26数字I/O口模拟输入端口0位2P0.3/INTI3625数字I/O口模拟输入端口0位3P0.4/TO3524数字I/O口模拟输入端口0位4P0.5/T13423数字I/O口模拟输入端口0位5P0.6/T23322数字I/O口模拟输入端口0位6P0.73221数字I/O口模拟输入端口0位7P2.02116数字I/O口模拟输入端口2位0P2.12215数字I/O口模拟输入端口2位1P2.22314数字I/O口模拟输入端口2位2P2.32413数字I/O口模拟输入端口2位3P2.42511数字I/O口模拟输入端口2位4P2.52612数字I/O口模拟输入端口2位5P2.627数字I/O口模拟输入
16、端口2位6P2.728数字I/O口模拟输入端口2位7(1) 主要电源引脚 VCC 电源端 GND 接地端(2) 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部,它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时,该引脚接收振荡器的信号,既把此信号直接接到内部时发生器的输入端。 XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部,它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时,此引脚应悬浮不连接。(3) 控制或与其它电源复用引脚RST、ALE/、和/VPP 复位输入端。当振荡器运行时,在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/当访
17、问外部存储器时,ALE(地址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器,ALE端仍以不变的频率(此频率为振荡器频率的1/6)周期性地出现正脉冲信号。因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。然而要注意的是:每当访问外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲()。 程序存储允许()输出是外部程序存储器的读选通信号。当STC89C54由外部程序存储器取指令(或常数)时,每个机器周期两次有效(既输出2个脉冲)。但在此期间内,每当访问外部数据存储器时,这两次有效的信号将不出现。/VPP 外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存
18、储器(地址为0000HFFFFH),则端必须保持低电平(接到GND端)。当端保持高电平(接VSS端)时,CPU则执行内部程序存储器中的程序。(4) 输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P1.0P1.7、P2.0 P2.7 和P3.0P3.7 P0端口(P0.0 P0.7) P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时,每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入,对端口写1时,又可作高阻抗输入端用。P1端口(P1.0 P1.7) P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这
19、时可用作输入口。作输入口时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P2端口 (P2.0P2.7) P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。P2作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。P3端口(P3.0P3.7) P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流,这是由于
20、上拉的缘故。P3口也可作为STC89C54的一些特殊功能,这些特殊功能见表。表2.2 P3端口的特殊功能 端口引脚 兼 用 功 能 P3.0RXD (串行输入口) P3.1TXD (串行输出口) P3.2 (外部中断0) P3.3 (外部中断1) P3.4T0 ( 定时器0的外部输入) P3.5T1 (定时器1的外部输入) P3.6 (外部数据存储器写选通) P3.7 (外部数据存储器读选通)2.1.3时钟电路单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准,有条不紊地一拍一拍地工作。因此,时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟设计有两种方式,一种是
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