汽车倒车防撞报警器的设计.docx

毕业设计（论文）题目 汽车倒车防撞报警器的设计 学 院 电子信息学院 专 业 电子信息工程 学生姓名 彭 进 学号 159120111 指导教师 陈 印 职称 工 程 师 2019年4月20日学生毕业设计（论文）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计（论文）作者（签字）： 年 月 日摘要倒车防撞系统是现代汽车必备的安全辅助装置，本设计结合实际，对汽车倒车防撞报警器的设计进行了理论研究与实物设计。系统利用STM32F103单片机作为核心、使用超声波传感器进行测距，实现倒车防撞系统。研究目的在于以声音、距离显示的方式，提醒驾驶者车辆后方障碍物，通过驾驶者对周围环境观察、主观能动性的判断，进行汽车安全操作，避免视觉盲区和发生意外事故，从而提高驾驶安全性。汽车倒车防撞报警器的研究基于STM32单片机，由超声波发射接收模块、显示报警模块、控制模块等三个模块共同构成。超声波发射接收模块分为4个单元：发射电路、接收电路和超声波的发射器、接收器，显示报警模块利用蜂鸣器、OLED液晶显示屏来警示驾驶员间距，由报警电路和显示电路组成，控制模块则以单片机STM32F103为核心，控制系统的模块，处理数据采集信息。本设计经过多次测试实验，超声波测距部分成功进行对障碍目标的发射、回射，OLED液晶屏成功显示目标与后方车尾距离，蜂鸣器响应频率稳定，虽然与实用要求存在一定误差，但达到了预期效果，有效防止驾驶者在倒车时，因后方视线盲区而引起的意外事故。关键词：超声波单片机测距仪防撞重庆工程学院本科生毕业设计ABSTRACTABSTRACTThe reverse collision avoidance system is a necessary safety auxiliary device for modern automobiles. This design combines with practice to carry out theoretical research and physical design on the design of the car reversing collision avoidance alarm. The system uses STM32F103 microcontroller as the core, using ultrasonic sensor for distance measurement, to achieve reversing collision prevention system. The purpose of the study is to remind the driver of the rear obstacles of the vehicle by means of sound and distance display. Through the driver's observation of the surrounding environment and subjective dynamic judgment, the vehicle is safely operated to avoid visual blindness and accidents. Improve driving safety.The research of car reversing anti-collision alarm is based on STM32 single chip microcomputer, which consists of three modules: ultrasonic transmission receiving module, display alarm module, and control module. The ultrasonic transmission receiving module is divided into four units: the transmission circuit, the receiving circuit, and the ultrasonic transmitter and receiver. The display alarm module uses a buzzer and an OLED LCD display to warn the driver of the spacing, consisting of an alarm circuit and a display circuit. The control module takes the SCM STM32F103 as the core and the control system module to process the data acquisition information. After many test experiments, the ultrasonic ranging part successfully launched and refired the obstacle target. The OLED LCD screen successfully showed the distance between the target and the rear rear of the vehicle. The buzzer response frequency was stable, although there was a certain error with the practical requirements., but achieved the expected effect, Effective prevention of accidents caused by the rear sight blind area when the driver is reversing.Key words:ultrasound；Single chip；Range finder.；Crash proofII重庆工程学院本科生毕业设计 目录目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1课题研究背景及意义11.2国内外研究现状21.3论文的主要工作及结构安排22 超声波测距原理42.1超声波传感器特性42.2超声波检测概述52.3超声波测距原理及实现53 单片机实现测距系统构想73.1测距系统总体方案83.2系统主要参数考虑83.2.1传感器指向角93.2.2测距仪的工作频率93.2.3测量盲区104 单片机倒车防撞系统各组成单元设计114.1发射接收电路设计114.1.1发射电路单元114.1.2接收电路单元124.2显示报警单元设计134.2.1显示电路单元134.2.2报警电路单元134.3复位电路144.4时钟电路154.5稳压电源154.6 系统硬件方案154.6.1单片机硬件介绍164.6.2单片机STM32F103介绍164.6.3STM32F103的主要特性175 软件实现方案185.1系统软件结构185.2主程序195.2.1中断子程序205.2.2显示子程序215.2.3报警子程序226 系统误差分析与改进246.1 系统调试246.2误差分析与改进247 结论26参考文献27致谢28重庆工程学院本科生毕业设计 绪论1 绪论随着社会经济持续发展、现代化汽车不断普及，行驶安全成为了全民关注的热点，因不同原因造成的碰撞事件成为公路交通事故难以避免的问题，造成了日趋严重的人身伤亡和财产损失。发展汽车安全性、智能化、降低交通事故发生率是人们研究的重点方向，而发展汽车防撞系统，已经成为安全性与智能化汽车的一部分，例如在汽车前、后安装保险杠，减轻汽车发生碰撞时对小轿车的破坏力，而无法减轻对车内人员、被撞物的伤害；在汽车上安装安全气囊系统，但一般在正面发生严重碰撞才会正常弹出保护驾驶人员的头、脊椎等部位安全，且不能保证乘车人员的安全；在汽车内安装雷达报警距离系统，但会因为设备制造原因不可避免的会存在一定误差等，然而这类技术都局限于汽车的被动安全措施。为了使个人在日常驾驶中的安全问题得到有效的缓解，必须在提高汽车主动安全措施上做研究，汽车各个制造业及国内外研究机构对汽车安全行驶都进行了研究，目前汽车自动防撞系统均以探测前车与车身距离为主、后车与车身距离为辅，而现代的汽车倒车防撞报警器的设计都是倒车雷达系统，本设计选用STM32F103系列单片机作为数据处理控制芯片，使用超声波传感器实现测距，通过程序判断报警提示障碍及距离，旨在减少汽车倒车碰撞事故、将汽车准确快速地停放在车位以内、提高驾驶行车中的安全性。经过以上分析，设计一款能够及时报警、自动测距、提示障碍、简单实用的汽车倒车防撞报警器的设计，在汽车产业链的地位不可替代，且对促进汽车主动安全性能在我国的发展与实现具有重要意义。1.1课题研究背景及意义随着科技的高速发展和汽车数量在大幅度攀升，人为操作导致的交通事故持续居高不下，据统计，汽车倒车事故在公路交通事故中占有28%的比例，一方面驾驶员难以预测后方障碍物的情况，另一方面汽车数攀升的同时新驾驶员多、停车处拥挤，导致倒车发生的纠纷越来越多，倒车遇到困难的境况越来越受驾驶员的关注。科学研究表明，驾驶员的神经反应时间为0.3-0.5秒，在危险情况下给驾驶员0.5秒的反应时间，可减少倒车事故30%，1秒可避免90%的倒车事故1。为了降低交通倒车事故，提升对汽车操作的智能化，本系统借助OLED 屏幕和报警系统，辅助驾驶员对周围环境进行实时监控，超声波传感器精准测距，及时探测可能会发生的危险碰撞，进而向驾驶者发出警告，以避免和减少倒车碰撞事故为目的，实现简易小车倒车防撞报警器的设计。1.2国内外研究现状汽车主动安全性能是影响汽车技术发展的重要课题。直至80年代，毫米波雷达微波的理论下，各种防撞雷达设计相继出现，汽车防撞雷达系统成为世界汽车防撞系统的主流。90年代国内开始逐步研究汽车防撞系统，在理论研究上研究较多，对实际实验很少，但实质性进展取得不少。我国清华大学从2004年开始的纵向主动避让系统研究比较深入；中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室在2017年研究出基于图像测距的汽车防撞系统关键技术；中国电子科技集团公司第28研究所对摄像机及立体视觉进行研究后，在安全车距测量方案里新增了前方车辆检测识别。概括来说，我国对汽车防撞系统开发依旧处在初级阶段，技术要求未及发达国家水平，研究机构主要是著名汽车企业、国家科研院以及知名大学，如：上海大众汽车企业、交通部科研所和北京理工大学等，对汽车倒车防撞报警器技术还处于探索开发阶段，为此设计汽车倒车防撞报警器的设计的前景十分美好。随着汽车产业的飞速发展，智能化交通在全球关注下持续发展，美国、日本、德国、欧洲等汽车工业国家对汽车主动防撞系统进行了深入的研究，力求在发生事故前，提前给驾驶员警示，减少事故的发生率。60年代美、日等发达国家对汽车防撞系统进行研究，但由于当时物理、硬件等各方面条件的限制，一度处于停滞状态，直到20世纪80年代，德国的“普罗米修斯”计划让雷达系统进入眼帘，为各个科研机构注入全新的研究思路，同时德国成为研发这一领域的最早国家，德国沃尔沃公司2006年发明盲点信息系统，开发自适应带刹车的辅助碰撞警示系统2；德国奔驰公司研究测出车间距离发出声光报警的汽车防撞报警系统。美国在汽车主动安全性能的研究处于世界前列，预警系统、毫米波雷达探测系统是防撞系统的集中研究领域。戴姆勒.克莱斯勒公司研究的汽车防撞器，能有效测出安全距离、发现障碍物并自动刹车，测试结果表明，车速若以32.8km/h行驶，可以在距离障碍物3cm的地方停下，但缺陷是超车车距超出安全距离就会自动刹车。日本汽车制造业在毫米波雷达防撞方面做了大量研究，丰田公司用此雷达和CCD摄像机对车距动态监测并发出警告；东风日产使用制动劝告系统对车距进行监测，在危险状况时紧急制动；本田公司用扇形激光束的雷达传感器监测车身与障碍物的距离并发出警告。倒车防撞报警系统虽然在国外安装并使用，但因为造价和技术等方面的原因并不适合国内使用。1.3论文的主要工作及结构安排汽车倒车防撞报警器本设计以减少汽车碰撞事故的发生为基础，由单片机控制下的超声波发射接收模块、显示报警模块、控制模块工作过程的进行详细描述，通过STM32单片机处理后，对后方发生的危险情况进行报警提醒，实现倒车自动测距、测障碍以及报警提示的功能。超声波传感器测距：超声波传感器是利用超声波的特性研制的，具有测量距离精度高、运行稳定的功能。在汽车倒车时，超声波用以检测车尾与后方物体的距离实现报警，距离安全值可以自己设定。本系统硬件STM32F103单片机为主控的电路：超声波发射接收电路、OLED液晶显示电路、控制和语音报警电路，以及超声波发射接收模块、显示报警与控制模块组成等，对处理数据进行精确分工，进一步实现实物设计。本系统软件设计由主程序和子程序构成。程序利用C语言进行开发，简单快捷且功能强大。当车辆倒车时系统检测到危险距离，程序就执行相应的函数，实现报警提示功能。最后进行软件仿真、实际电路板的测试，成功研究一种简单可靠、自动测距、使用方便的汽车倒车防撞报警器。本设计在汽车主动安全性能方面的防撞研究，不仅能给予汽车驾驶人员足够安全感，而且能提示障碍并发出报警提示。28重庆工程学院本科生毕业设计 超声波测距原理2 超声波测距原理超声波测距是汽车防撞的主动安全性能辅助装置，主要运用于倒车雷达测距，早期是以蜂鸣报警器的声音频率，警示车辆本身与障碍物的距离，现在使用语音报警和数字形式动态显示距离情况。由于科学不断进步，传统测车距的方法无法满足现代社会的需求，其多数仪器探测范围低，达0.4m到2m左右并有距离显示，但抗干扰能力弱、测量盲区大一些限制。在这种情况下，超声波测距成为新兴的一种测距方法，超声波测距的检测法有：声波幅值、相位及往返时间等3。本设计采用超声波往返时间检车法，来测量车辆与后方目标的距离，并传递给驾驶员信息。超声波测距发射器和接收器在使用时器件标志不同、结构略有不同，由压电晶体的谐振进行工作。测距原理如下：超声波发射不断发出信号，此时脉冲信号宽度越大，则能量越大，检测到距离更远，输出个数越多；声波感应到测量目标后，接收器开始接收反射回波；通过单片机计数器获得收发两端时间差，可计算出两者距离。超声波频率所经历的时间与波速的路程远近相关，而温度会影响超声波的波速，要考虑高精度，需要对波速进行修正、减小其误差。图2.1 超声波传感器结构2.1超声波传感器特性超声波测距的工作原理，可用于非接触测量，能计算被测物体目标和超声波探头间反射，且对被测障碍物（人、物体）无损害，对雨雪雾的穿透力强、衰减小，遇杂质和分界面能产生反射回波，遇活体会产生多普勒效应。超声波相比与其他雷达测距红外光、毫米波等传播速度范围大、测距原理简单、制作方便、成本较小。超声波倒车测距传感器解决在拥挤路况、人群、停车场中倒车，难以清楚盲点是否有障碍物，而发生的倒车碰撞问题，针对汽车倒车时低速行驶时，实时监测车身与后方目标的距离，当超过安全距离境况向驾驶员发出警告，达到汽车倒车防撞报警器的目的。特性如下：（1）超声波方向性好，反射现象强，衍射现象不明显。（2）超声波传递能量强、穿透能力强，声能获得容易、集中，在不透明固态中穿透力高达几十米。（3）超声波可以在液态中引起空化作用，产生放电和发光的现象。（4）超声波具有不受电磁波、粉尘和光等外界干扰的优势。2.2超声波检测概述超声波在传播介质中速度固定，声源到测量目标来回的时间，能精确算得两者间距离，这就是超声波检测。使用超声波检测时，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的是超声波探头，学术称超声波传感器。细分为电气和机械两种方式，电气方式又分压电型、电动型等，各自都存在不同的优势和短板，本设计使用压电式超声波换能器，由压电晶片、共振板工作产生超声波，产生属于近距离测量，电压控制传感器转变为发射器或者接收器。由于超声波的声速与温度相关，如果温度基本变化不大则传播波速不变；在测量距离精度要求高时，则应使用温度补偿法加以修正，只要传播速度确定就能得到距离，这是超声波检测的机理部分。2.3超声波测距原理及实现超声波测距电路原理图如图2.2所示，按照原理图，接收、发射设备必须完成精确发射、检测工作。在发射电路实现的目的是提供发射超声波所需要的脉冲信号，具体分为超声波发射换能器T、反相器74LS04。利用单片机控制端口输出波信号，通过一级、两级反相器分别送入换能器对应电极，持续推换波信号至换能器两端，同时使用两个上拉电阻和反相器，可以提高驱动能力、声波的发射强度4。TRHML障碍物超声波发射探头超声波接收探头超声波发射探头对接收探头的直接影响图2.2超声波测距原理图超声波最大可测距离约束主要因素：声波幅度、反射介质、发射波和反射波角度，此外还有接收换能器，它决定了最小和最大可测距离。超声波接收电路由放大器、环电路和带通滤波器组成。由于发送的超声波频率为40kHz，环电路接收到只响应频率符合40kHz要求的脉冲信号，此时向单片机发出中断请求，减少电路之间的相互干扰以及其他频率信号的干扰。放大器目的是增益控制，能将接收到的较远反射波微弱信号放大。带通滤波器内接电阻调节，就能够避免磁场对电路的干扰。传感器接收的脉冲电信号经由放大器送入环电路检波，单片机对低电平中断请求信号进行检测，有则停止定时器的工作。重庆工程学院本科生毕业设计 单片机实现测距系统构想3 单片机实现测距系统构想倒车预警防撞系统发展并经历了三代技术：第一代，声音警示。三轮车上至今拥有最初始的声音警示系统“喇叭”，意在提示别人而不是驾驶员；其次是蜂鸣预警，根据声音缓急提示驾驶员与障碍目标的距离远近，缺陷是驾驶员不知道具体距离障碍物的位置。第二代，距离警示。数码管与波段结合，数码管显示间距范围，波段区分安全范围，实时为驾驶员刷新汽车后方与障碍目标的距离，较之声音警示有了一定的进步。第三代，液晶显示屏。在液晶显示屏上能直观查看车辆后方的环境情况，随时动态更新、小巧方便查看且灵敏度好，目前受大众欢迎度较好，同时在技术方面提升较高，局限是抗干扰能力不强。汽车倒车防撞报警器的设计结合倒车预警系统前沿的发展技术，以驾驶员的角度，设计一种基于单片机STM32F103ZET6的安全驾驶辅助装置，利用超声波测距传感器，用语音和OLED显示屏直观呈现车辆后方的状况，检车车辆与障碍物的距离信息、位置角度信息，能智能处理、及时报警提醒，进而防止汽车在倒车时发生碰撞人、物，是交通出行安全的一种必要保护装置。本系统能使驾驶员在启动汽车、倒车时，全方位观察到周围环境的情况，避免视觉盲点、反光镜死角的特点，精确把握倒车车身与后方障碍目标的距离，解决了传统驾驶中靠驾驶员观测反光镜，把握车辆尾方是否能倒入库中，能否有人物存在的困扰，能有效提高驾车的安全性。单片机实现测距系统由STM32F103ZET6控制，由硬件和软件两部分构成，系统硬件由显示报警模块、超声波发射接收模块、控制模块组成，系统软件部分由程序编程实现。测距系统框图如下：如图3.1所示。图3.1测距系统框图整个系统完成的具体功能：（1）显示报警模块：由报警电路和显示电路组成，警示驾驶员间距。（2）超声波发射接收模块：由发射电路、接收电路和超声波的发射器、接收器共同完成测距。（3）控制模块：以单片机STM32F103为核心，控制系统运行和各个模块，处理数据采集信息。3.1测距系统总体方案目前的倒车防撞系统测距有毫米波雷达、红外线、激光和超声波等探测方式5，目的都是通过接收器回波信息判断间距，而探测方式的工作原理及过程是不相同。毫米波雷达作为车载雷达，利用波长在110毫米的电磁波对目标进行测距，应用较多的是脉冲多普勒雷达，局限在测距时容易受其他电磁波的干扰，且价格昂贵；红外线测距通过发射波和接收波时间判断间距，有较强穿透能力及隐蔽性，测距成本不高且技术要求较低，局限在天气非常恶劣及长距离探测不精准的问题；激光测距通过光子雷达系统判断间距，造价低、测量时间短且精确度高，局限在易受天气、污染而探测精确度难以保证的问题；超声波测距与红外线测距类似，使用时间长、速度快、技术难度要求较低、稳定性及性比价高，且在各种天气均能适应。具体测距方案比较如表3.2所示。表3.2具体测距方案探测技术性能毫米波雷达红外线激光超声波硬件成本高低低低信号处理性能强强强强黑暗穿透能力强弱弱强恶劣天气穿透能力强弱弱强温度稳定性能强一般强一般受干扰性能弱强弱强考虑了系统在现实使用的实际条件，设计采用的测距系统是超声波探测。本系统由本系统将单片机数据处理、控制功能与超声波传感器相结合，将超声波传感器发射、接收器各安装一支在车辆后方，超声波的脉冲信号通过超声波发射器传播到空气中，遇到检测目标后回波信号反射到超声波接收器，此时通过MUC处理，单片机收集到信息，根据温度开始计算超声波传感器所用时间，对车辆位置信息进行处理，得到距离后，显示报警模块进行工作，驾驶员通过主观能动性的判断做出反应。3.2系统主要参数考虑系统主要考虑参数有：超声波测距、硬件部分、软件部分、单片机应用部分。超声波测距时充分考虑测距电路，虽然现实中存在超声波传感器测距集成电路，但要调试与整个系统的匹配度，一些元件难购买，一些电路复杂难以纠错等；详细掌握驾驶员的反应时间有差距，同时避免影响车辆的整体，更有效的普及与应用，对硬件部分电路的局限，对测试的范围、精确度有一定难度；熟练用软件进行程序编程与调试，思考具体实际的参数、设计的实用性；单片机本身需要掌握开发应用环境、最小系统设计、内部资源构造单元。3.2.1传感器指向角超声波传感器的指向性好，在实际运用的时，考虑空气与其他介质的交界面，产生的明显反射和折射现象，在频率越高的情况下指向性就越好。本系统采用超声波横波传播方式，其指向性实际上是超声波传感器中小圆状的电晶片，每个小点状的振荡源发射出波，但这些波在离开超声波传感器，得到其他声压的折射而具有指向角。指向角有入射角、反射角和折射角，三者之间类似光学的反射和折射定律，指向角在4080°之间6。传感器指向角特性如图3.3所示。图3.3 传感器指向角3.2.2测距仪的工作频率测距仪使用回波探测法，在对25Khz、40Khz、75Khz的频率进行比较，根据超声波在20°空气中传播速度为331.45m/s时，利用温度差效应，由单片机内部晶振计算，在对超声波测距仪进行测量时，采用40Khz的发射、接受脉冲信号，换能器安装的轴线相距应超过5cm，用金属壳包装时能提高防干扰性能，其他元件无太多条件。从理论上的测试距离后，当40Khz时精度达到3mm，能提供4.5m以内的非接触式距离测量功能。测距仪在STM32F103发出指令后，检测反射回来的信号，单片机根据计时器记录的时间和当时的温度值，计算被测物的距离。公式为：L=12C×T（3.1）其中，L为车辆与测距仪的距离，C为声波在20空气中传播速度，T为声波信号发射、反射总时间，对于超声波在温度变化下问题，测试了常见温度下声速，如下表3.4。采用单片机中的测温电路对温度加以修正，测温电路如图3.5所示。表3.4常见温度下声速项目数值温度-30-20-1001020304050声速/（m*s）313319325332338344350356361图3.5测温电路3.2.3测量盲区在超声波传感器的微型外表时，设计更容易得到精确的辐射角度，但测距仪的微型化、传感器的集成化，使用微压、小型换能器时，发射与接收换能器功率不强，导致测量时距离近的小型物体探测能力减弱、测量距离降低，而受超声波入射角不集中、反射介质不同、空气交界面声压、被测目标表面波和形状变化等多个因素影响，导致测距不稳定、触发阈值较困难，且少部分物质吸收超声波等造成测量盲区。本设计在这方面的考虑下，利用OLED显示屏同时对车辆后方境况进行检测，具有较高分辨率的情况下，以超声波传感器的测距精度完成躲避障碍物的功能大幅度提高。重庆工程学院本科生毕业设计 单片机倒车防撞系统各组成单元设计4 单片机倒车防撞系统各组成单元设计倒车防撞系统整个单元设计以STM32F103系列单片机为核心，负责各部分电路的控制，分为超声波发射接收电路、OLED液晶显示电路、控制电路、语音报警电路这几部分，具有测量精度高、实行需求高和一定的研究理论价值。系统组成电路如图4.1所示。图4.1 系统组成电路4.1发射接收电路设计4.1.1发射电路单元发射电路由超声波发射换能器和反相器74LS04组成，使用I/O控制让单片机端口工作发出40Khz方波信号，在接口输出功率较弱的情况下分出两路信号，由一级、两级反相器进行功率放大，使用推换形式送入超声波发射换能器两端电极，使发射距离、强度提高，成功发射到被测目标位置。两个上拉R电阻目的是增加反相器74LS04、探头的阻尼效果及驱动能力。发射电路如下图所示。图4.2 发射电路4.1.2接收电路单元接收电路主要使用集成芯片CX20106的放大电路、滤波电路和电压比较组成，电路信号输出不仅稳定可靠，同时反映实时情况。集成芯片主要是处理高输入阻抗的前置放大电路，持续对接收信号幅值放大；自动增益电路将处理前后的幅值稳定在同一数量级，保持稳定输出；滤波电路将信号中的干扰和噪音尽量剔除，成功反射到发射电路；电压比较电路，将接收电路信号放在单片机中比较和逻辑控制，能直接影响到声速的测量精度，最后输出到显示电路中。接收电路如下图所示。图4.3 接收电路4.2显示报警单元设计4.2.1显示电路单元单片机中经典显示器有两类：发光二极管显示OLED、液晶显示OLED，其中OLED是外电压超过额定电压的可见光，系统所用的单片机引脚较多而设计采用液晶动态显示器OLED，具有体积小、动态显示、省电、超薄轻便、接口小巧等优势，它与发光二极管比更显美观、专业，但价格相比二极管略高。OLED液晶显示器在动态显示工作时，采用硬件较少，将所有位并联由一个I/O控制，只需要两个I/O控制段选和位选，使用扫描显示每位字符并计时显示，同时占用CPU时间进行数据刷新，驾驶员可以感觉达到视觉稳定、更新数据的显示效果。显示电路如下图所示。图4.4显示电路4.2.2报警电路单元报警设计在汽车防撞系统中属于必用装置，本设计使用蜂鸣器实现报警，在不使用I/O控制的情况下，采用三极管放大电路进行操作，通过3个距离设定进行驾驶员的提示：间距在0.30.5m时急促响应；间距在0.51.5m时正常响应；间距在1.53m时缓慢响应；间距在3m以上时不响应。在超声波测距仪探测到被测障碍物，单片机处于高电平脚，三极管截止，蜂鸣器不响应，报警不发生；单片机的脚为低电平时，蜂鸣器根据间距的距离设定发出声音提示驾驶员，同时液晶显示OLED进行间距距离提示，减少了汽车在倒车低速行驶时发生车尾碰撞概率，对驾驶员主观能动性判断方面有着主体性作用。报警显示电路如下图所示。图4.5报警电路4.3复位电路复位电路是单片机外围解决电池电压不足问题的电路，单片机在初始化启动时都需要进行复位操作，让系统CPU及各个部件均处稳定状态，当电压平衡后对复位信号进行终止，电路中复位信号保持不变并延时一段时间，其他部件从稳定状态开始工作。工作原理是振荡器开始运行后，多个周期高电平持续输出信号至复位引脚RST，同时CPU不断检测RST是否从低电平转变为高电平，没有则重复输入，当电源电压处于平衡稳定状态，RST为低电平。为防止单片机初始化过程中，程序运行有错和操作有误而引起单片机进行死循环时，可通过复位电路手动按键解决这一麻烦，致使电容短路后将RST强制转换成高电平。复位电路如下图所示图4.6复位电路4.4时钟电路时钟电路是处在统一脉冲下时序的单片机控制器中，在STM系列的单片机单个功能操作时，多数使用外部时钟方式，能节省硬件、同一系列时钟信号等；设计中采用内部时钟方式，其一便于CPU处理数据，其二时序相关的硬件电路较多，要保证系统各部件统一工作。功能是提供振荡源，频率介于1.212mhz间，自激振荡器使用片外晶体振荡器或陶瓷谐振器结合电容组成，向内部时钟发出振荡脉冲，外接晶振的电容对振荡频率的高低和稳定性具有一定的影响，同时晶振频率决定了振荡器频率，因此选用约30pf的电容。4.5稳压电源稳压电源能对电源起到检测作用，防止自激振荡，由输出电压、电流两个指标决定电源范围，而STM32F103单片机的输入电源要求是+5V的直流稳压电源，同时还决定了稳压集成电路、纹波电压、滤波电容。设计采用LM7805系列元器件，能及时调整过热、超流的电路，起到保护电路作用，在稳压电源的输入、输出端可以增加电容来改变波纹特性，能进行变压和滤波将220V的电压转变为5V稳压电源，同时LM7805系列的元器件并联电阻与红色发光二极管时，一面能及时发现电源是否瞬间响应，一面能改善负载的响应问题、使用方便。稳压电源如下图所示。图4.7稳压电源4.6 系统硬件方案最初对于控制整个系统的单片机设计比较了两类：方案一：AT89C51单片机，特点是结构简单、成本低、容易掌握7。它是一种低功耗、可编程、擦除的只读存储器，但寻址空间以及指令效率有限，而且不支持ISP在线更新程序功能，计算速度相对略慢。方案二：STM32F103单片机，特点是速度快功能强、低电压、低功耗8。它是一种高性能、低功耗、自动唤醒式微控制器，具有时钟安全模式、低风险而且易用，但是编程略显复杂。本系统最终以STM32F103单片机作为核心进行硬件设计和软件设计，系统软件是各个程序的结合，系统硬件主要是单片机、发射接收电路、OLED液晶动态显示电路、蜂鸣器报警电路等。4.6.1单片机硬件介绍单片机称为单片微型计算机，也称为“微控制器”9，具有高集成、高性能价格、低耗低压、读写速度快、可靠性高、体积小、功能强等特点，在各个领域都有大量运用：仪器测量的电压表、示波器等智能化设备；家用的电视、音响等电器；计算机相关的交换机、手机等通讯仪器；机器人、智能管理等控制系统10。系统通过单片机的集成芯片来处理系统中超声波数据，同时在芯片中集成了CPU中央处理器、I/O控制接口电路、驱动电路、RAM随机存储器等功能，实现了汽车倒车防撞报警器的设计各部件的性能，组成了一个微型控制系统，具有计算快速、实用方便、易于控制等优点。4.6.2单片机STM32F103介绍STM32F103系列单片机，由STMicroelectronics公司研发运营，在72Mhz频率内工作，闪存速达128K字节，采用RISC内核，存储速度高、SRAM高达20K，属于高性能ARMCortex-M332位，通信接口有：USB和CAN接口各一个，I2C和I2S接口各两个，三个SPI和五个USART接口（支持ISO7816接口和调制解调控制等）11；器件中的PWM、ADC和定时器分别为2个、3个和4个。器件功能如表4.7所示。表4.7器件功能存储器容量：RAM：20KB计时器数：3封装形式：LQFP工作温度范围：-40°C to +105°C针脚数：48串行通讯：1xSPI,1XT2C,2Xusart,USB,CAN位数：32器件标号：(AFM Cortex)STM32存储器类型：FLASH定时器位数：164.6.3STM32F103的主要特性完整系列的全兼容性：脚对脚、软件与功能，对开发尝试不同存储量提供自由选择特性。并行接口：可以与LCD控制器精确连接，与LCD并行接口灵活运用、构建方便12。时钟、复位选择：RTC振荡器自带校准功能32Khz、高速晶体振荡器、RC振荡器内嵌40Khz、8Mhz等。电压解调器：待机关闭时高阻输出，有供电切断模式、主模式、低功耗模式三种操作。内置SRAM：高达64K字节，使中央处理器0等待周期的访问、读写。循环冗余计算单元：检测数据传输或存储、闪存存储器的一致性。可配置的静态存储控制器：FSMC具有四个片选输出、三个中断源，支持NORNAND等多个片外存储器运行13。可嵌套中断控制器NVIC：以最小延时中断管理特性，同时处理可屏蔽中断通道达60个。低功耗：从睡眠、停机、待机三种模式中唤醒中央处理器CPU，达到短时间启动和多唤醒模式的最佳权衡。重庆工程学院本科生毕业设计 软件实现方案5 软件实现方案汇编语言与C语言是实现软件程序的两种常用的语言，汇编语言是低级语言，在计算机的不同系列中有不同的汇编语言、不同的寻址方式，不利于程序移植，但能够对CPU、内存的寄存器直接操作，不需要CPU的指令直接执行，程序可以在不同的计算机中进行使用。汽车倒车防撞报警器的设计的软件设计使用C语言程序实现，C语言程序有较高的效率，而且能计算精细程序的要求，简易精确运行时间，方便快捷实现了精度要求高的超声波测距仪器，同时完成对时间要求高的单片机定时器，减少了程序篇幅和复杂度，跨平台且快速扩展移植。5.1系统软件结构系统软件主要是主程序、中断子程序、显示子程序、报警子程序构成，系统工作程序有两种模式：以STM32F103单片机为核心的倒车模式和防撞模式，倒车模式是对测量间距与程序设定值进