毕业设计论文汽车倒泊防撞报警器的设计.doc
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1、毕毕业业设设计计(论论文文) 题目:题目: 汽车倒泊防撞报警器的设计汽车倒泊防撞报警器的设计 I 本科毕业设计(论文)本科毕业设计(论文) 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文) 汽车倒泊防撞 报警器的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果,其 内容除了在毕业设计(论文)中特别加以标注引用,表示致谢的内容外, 本毕业设计(论文)不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作 品。 班 级: 学 号: 作者姓名: 年 月 日 I xx xx 大学大学 xx xx 学院学院 机电机电 系系 电子信息工程电子信息工程 专业专业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文
2、 任任 务务 书书 一、题目及专题:一、题目及专题: 、题目 汽车倒泊防撞报警器的设计 、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 由于随着科学技术和汽车工业的发展,许多汽车安全装置也得到 大力的发展.汽车上面安装防撞报警器能够极大地方便司机的驾驶,保障司 机的安全,并且能在紧急的情况下自动刹车防止汽车之间的相撞.随着人们 安全意识的提高,在汽车上安装防撞倒泊警报器将必不可少 . 三、本设计(论文或其他)应达到的要求:三、本设计(论文或其他)应达到的要求: 1.熟悉超声波的相关知识,知道超声波传感器的主要性能特性; 2.了解单片机的概念及特点,知道单片机的发展及应用范围; 3.设计两
3、个设计方案,并选择出一个合适的设计方案。此设计中,最终选择的是基 于 AT89C51 单片机的超声波防撞报警系统。介绍一下选择该方案的原因; 4.对基于 AT89C51 单片机的超声波防撞报警系统的设计进行硬件设计,包括芯片的 选择、用 Protel 画出相应的硬件图; 5.对设计进行软件设计,包括程序流程图、中断流程图的研究及系统程序的编程; 6.对设计进行误差分析。 四、接受任务学生:四、接受任务学生: 班班 姓名姓名 II 五、开始及完成日期:五、开始及完成日期: 自自 年年 月月 日日 至至 年年 月月 日日 六、设计(论文)指导(或顾问):六、设计(论文)指导(或顾问): 指导教师指
4、导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 xxxxxxxx 年年 xxxx 月月 xxxx 日日 III 摘摘 要要 随着中国经济的高速发展和居民生活水平的不断提高,居民拥有汽车的数量越来越多。 道路上、停车场变得越来越拥挤。倒车的总次数不断增长,而汽车驾驶员视野又是非常有 限,碰撞和拖挂的事故时有发生,夜间就更不安全了。驾驶员希望能有一种汽车报警系统,在 行驶的时候能够不断测量车辆车尾与后面障碍物的距离 (或车与车的距离), 而且能够 在仪表板上显示出来,并在不同的警示距离范围发出不同的报警信号,以
5、提高驾驶的安全性。 实时数字显示测得的距离,在不同距离范围内能发出不同的声光报警信号。 目前超声波测距已得到广泛应用, 国内一般使用专用集成电路根据超声波测距原理设 计各种测距仪器, 但是专用集成电路的成本较高、功能单一。而以单片机为核心的测距仪 器可以实现预置、多端口检测、显示、报警等多种功能, 并且成本低、精度高、操作简单、 工作稳定可靠。能够有效的提高汽车的安全性能,保障汽车驾驶人员的安全。 本文介绍的是基于 AT89C51 单片机的超声波倒泊防撞报警器,介绍了硬件选择,软件 方案,系统基本功能,和待改进的方向。 关键词关键词:超声波;测距;报警系统;单片机 IV Abstract Wi
6、th Chinas rapid economic development and the continuous improvement of living standards of residents, the residents have an increasing number of motor vehicles. Roads, parking lots become more crowded. The total number of reversing the growing, and the car driver is a very limited field of vision, c
7、ollision and trailer when the accident occurred the night even more dangerous. Drivers want to have a car alarm system, when in a moving vehicle can be continuously measured and the back of the rear obstacle distance (or the distance between cars and trucks), and can be displayed in the dashboard, a
8、nd alerts from different range of different alarm signals in order to improve driving safety. Real-time digital display of the distance measured in the range of different distances can be issued a different sound and light alarm signal. At present, ultrasound has been wide ranging applications, the
9、use of domestic general ASIC design based on the principle of a variety of ultrasonic ranging range finder device, but the high cost of application specific integrated circuit, a single function. The single-chip microcomputer as the core of the range finder can be the achievement of preset, multi-po
10、rt detection, display, alarm and other functions, and low-cost, high precision, simple operation, reliable work. Can effectively improve the performance of automotive safety, protect the safety of motorists. In this paper, it is based on AT89C51 microcontroller parked down anti-ultrasonic alarm syst
11、em on hardware options, software programs, the basic functions of the system, and the direction to be improved. Key words: ultrasonic;distance measurement system;warning system;microcomputer V 目目 录录 1 绪论 .1 1.1 课题来源.1 1.2 科学依据.1 1.3 超声波传感器.1 1.4 超声波应用.1 1.5 超声波传感器的主要性能指标.2 1.6 研究内容.2 2 单片机基础知识.3 2.1
12、 单片机的概念及特点3 2.2 单片机的发展3 2.3 单片机的应用4 3 设计方案 .6 3.1 备选方案.6 3.1.1 方案一:基于 AT89C2051 单片机的超声波防撞报警系统6 3.1.2 方案二:基于 AT89C51 单片机的超声波防撞报警系统7 3.2 选择方案依据.8 4 硬件设计 .9 4.1 芯片的选择9 4.1.1 控制器选择9 4.1.3 超声波接收电路13 4.1.4 LED 显示电路.15 4.1.5 高低频报警电路16 4.2 硬件图.18 4.2.1 总体结构框图18 4.2.2 系统总体硬件图19 5 软件设计 .21 5.1 程序流程图.21 5.2 中断
13、流程图22 5.3 系统子函数.22 5.3.1 蜂鸣器报警子程序和信号灯.22 5.3.2 延时子程序.23 5.3.3 单片机初始化子程序.23 5.4 系统总程序24 6 误差分析 .28 VI 由温度产生的误差28 7 结论与展望 .29 7.1 结论.29 7.2 不足之处及未来展望.30 致谢 .31 参考文献 .32 汽车倒泊防撞警报器的设计 1 1 绪论绪论 1.1 课题来源课题来源 由于随着科学技术和汽车工业的发展,许许多多的汽车安全装置也得到大力的发展。 汽车上面安装防撞警报器能够极大的方便司机的驾驶,保障司机的安全,并且能在紧急情况 下能自动刹车防止汽车之间的相撞。随着人
14、们安全意识的提高,在汽车上安装防撞倒泊警 报器将必不可少。 1.2 科学依据科学依据 单片机的应用日益普及,汽车的数量急剧增加,保障汽车驾驶人员的安全也变得越来越 重要了。目前在汽车警报器经过20多年的发展 ,已经历了从开始的由单片机的蜂鸣器到由 频率控制声音的急促报警到进一步的可视的智能化防撞报警系统。 汽车防撞装置主要是通过车与障碍物之间的距离,车速信号的发射与接收由信号控制 系统既是利用单片机来控制车速。并发出不同频率的报警信号。当车速与车距距离进入 比较危险的状态时,单片机自动控制发出紧急制动信号刹车,以此来达到防撞的目的。 由上述可知,汽车与障碍物的距离只有在危险距离状态才有发生碰撞
15、的可能,汽车防撞 装置系统的设计任务主要是采集汽车与障碍物的距离和本车车速,并与当时车速下安全警 报距离与危险距离之间进行比较,判断汽车与障碍物的距离是否安全。当达到的安全警报 距离时能发出声音报警。 1.3 超声波超声波传感器传感器 用超声波作为检测手段,必须有超声波发射器和超声波接收器分别来发射和接收超声 波,完成这两种功能的器件就是超声波传感器(本设计中采用 CSB40T1 和 CSB40R1) 。超 声传感器探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可 以有许多种。超声波是一种振动频率高于声波的机械波(高于 20KHZ),在电压的激励下 压电晶片发生振动产生的。
16、超声波传感器具有以下几个特性: (1)在自身特性谐振点 40KHz 附近可获得较高的灵敏度,通常选用 40KHZ 为其工作频 率。 (2)谐振带宽、波束角可以通过制作控制得很窄,有利于抗声波干扰设计。 (3)不受无线电频谱的资源限制,易于进行抗电磁干扰设计。 (4)超声波系统成本低、性能稳定,应用前景好。 1.4 超声波应用超声波应用 超声波的频率高至 20000Hz 以上(每秒振动 20000 次以上),由于它的频率高,因此具 有以下特点: (a)方向性好,几乎沿直线传播; (b)穿透能力强,能穿透许多电磁波不能穿透的物质; xx 大学学士学位论文 2 (c)在媒质中传播时能产生巨大的作用力
17、,可以用来为硬质材料做切割、凿孔等,也可 以用来清洗和消毒等对于超声波的应用; 我们比较熟悉的就是医院中常用的 B 超,它是把超声波射入人体,根据人体组织对超声 波的传导和反射能力的变化来判断有无异常,如对人体脏器做病变检查、结石检查等,它具 有对人体无损伤、简便迅速的优点。 当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上,“悄无声息”地探测人们所 需要的信号。在未来的应用中,超声波将与信息技术、新材料技术结合起来,将出现更多的 智能化、高灵敏度的超声波传感器。 超声波测距系统设计:超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,它是由与介质相接触 的振荡源所引起的,其频率在 20000Hz 以上。由于
18、它有指向性强、方向性好、传播能量大、 传播速度为 340m/s。超声波测距的工作原理是超声波发射探头不断地发射出 40KHz 超声 波,遇到障碍物后反射回反射波,超声波接收探头接收到反射波信号, 并将其转变为电讯号。 测出发射和接收回波的时间差 Dt,然后求出距离 S。在已知速度 C 的情况下,求出 SC*T/2(C 为超声波音速)13。 1.5 超声波传感器的主要性能指标超声波传感器的主要性能指标 (1)工作频率:工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频 率和晶片的共振频率相等时,输出的能量最大,灵敏度也最高。 (2)工作温度:由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超
19、声波探头使用功 率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不失效。 (3)灵敏度:主要取决于制造晶片(压电晶片)本身。机电耦合系数大,灵敏度高; 反之,灵敏度低。 1.6 研究内容研究内容 在倒车时不断测量汽车尾部与其后面障碍物的距离,并实时显示其与障碍物之间的距 离,在不同的距离范围内发出不同的报警信号,并且提高报警系统的稳定性,以提高汽车倒车 时的安全性。本文设计了一种超声波汽车倒泊防撞报警器,本报警器具有以下功能:最大 测距 4.9m,最小测距 0.1m,实时显示测得的距离;在不同的时间利用三个不同的超声波传 感器进行测距,能够有效的提高报警的稳定性。在不同的危险距离范围内发出不同的
20、频率 报警信号,驾驶员还可以根据个人需要调整设置报警距离。利用 555 来控制蜂鸣器的发声 频率,直接运用单片机的 I/O 口控制报警器的工作。能够大大降低软件的复杂程度。该报 警器与其它报警器相比具有功能多、硬件电路简单、工作稳定可靠等优点47。 汽车倒泊防撞警报器的设计 3 2单片机基础知识单片机基础知识 2.1单片机的概念及特点单片机的概念及特点 单片机是将计算机的中央处理器(CPU) 、随机存取存储器(RAM) 、只读存储器 (ROM) 、多种输入输出接口(I/O) 、定时器/计数器(Timer/Counter) 、中断(Interruption) 系列等集成在一块芯片上,因此,被称为
21、单片微型计算机(Single Chip Microcomputer),简称单 片机。单片机是针对控制与检测应用而设计的,又称为微控制器(Microcontroller Unit,MCU)。 另外,由于它可以很容易地嵌入到各种仪器和现场控制设备中,因此也叫嵌入式微控制器 (Embedded MCU) 。 单片机具有以下几个特点: (1)集成度高、功能强。单片机在一块芯片上集成了 CPU、RAM、ROM、I/O 接口等资源,在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、 定时器/计数器等功能部件,芯片功能强、体积小、集成度高。 (2)具有较高的性能价格比。单片机尽可能地把应用所需的各种资源集成 在一块芯
22、片内,性能高,但是价格却相对低廉。 (3)抗干扰能力强。单片机是面向工业检测控制环境设计的,因此,抗噪声 干扰能力较强。程序固化在 ROM 类型的存储器中不易被破坏;许多资源集成在一 个芯片上,可靠性高。 2.2单片机的发展单片机的发展 自 20 世纪 70 年代初期单片机问世以来,它已经经历了 5 个发展阶段。 第一阶段(1971-1976):单片机萌芽阶段; 第二阶段(1976-1980):初级单片机阶段; 第三阶段(1980-1983):高性能单片机阶段; 第四阶段(1983-1990):8 位单片机巩固发展及 16 位单片机推广阶段; 第五阶段(1990-):单片机在集成度、功能、速度
23、、可靠性、应用领域等方面全方 位地向更高水平发展。 20 世纪 90 年代以来,在工业控制、智能仪表等应用领域,8 位单片机系列较好地兼顾 了性能和价格因素,仍然是单片机中的主流产品。目前,8 位单片机表现出多功能、多选择、 高速度、低功耗、低价格、存储容量大和 I/O 功能加强及结构兼容的特点。 (1)在单片机中采用精简指令集(RISC) ; (2)提升了指令提升速度; (3)在芯片上集成大容量的 Flash 存储器,可以实现 ISP 和 IAP 编程; (4)使用数字-模拟相混合的集成技术; (5)增加增强通信接口; (6)低电压、低功耗、低价位。 尽管目前单片机的品种很多,但在国内,In
24、tel 公司的 MCS-51 系列单片机和与其内核 80C51 兼容的单片机应用最为广泛。 xx 大学学士学位论文 4 2.3单片机的应用单片机的应用 现在,单片机被广泛地应用到各个领域,在智能仪器仪表、家用电器和军事设备的智能 化以及实时过程控制等方面,单片机都扮演者越来越重要的角色,具有广阔的应用前景。所 下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。 (1)家用电器 目前,各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路,如全自动洗衣机、电 冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机、手机、MP3、MP4、摄像机及其他视 频音像设备的控制器; (2)办公自动化 现在办公室中所使用的大量通信
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