2022年单片机在汽车倒车测距仪中的应用设计方案.docx

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1、精品学习资源1.1 争论背景及意义 11.2 国内外争论现状 11.3 争论内容及论文构成2目 录第一章绪论 1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源2.1 方案设计与论证 3其次章系统总体设计 3欢迎下载精品学习资源2.1.1 掌握器的挑选32.1.2 测距传感器挑选 32.1.3 显示子系统设计 42.1.4 声音报警设计42.2 系统总体结构 4第三章系统硬件设计 53.1 单片机掌握电路设计53.2 超声波发射及接收电路设计63.2.1 超声波发射电路的设计63.2.2 超声波接收器73.3 LED 显示及报警电路设计83.4本章小节 10第四章系统软件设计 114.1主程序的设计1

2、14.2中断处理程序124.3测距模块设计134.4显示及报警模块设计14第五章结论及展望 15参考文献 16欢迎下载精品学习资源第一章绪论1.1 争论背景及意义随着现代生活节奏的加快，交通事故发生的频率也在增加，汽车倒车提示系统也就应运而生；经过调查，绝大部分非职业汽车驾驶员都期望有一种能发觉汽车尾部障碍物的 “后视眼”；因此我们需设计一种经济实惠的汽车倒车测距仪，以解决驾驶员的“后顾之忧”；一个由单片机掌握的汽车倒车测距仪就能满意这种需求；该测距仪将单片机的实时掌握及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，能测量并显示车辆后部障碍物离车辆的距离，同时用间歇“嘟嘟”声发出警报，“

3、嘟嘟”声间隙随障碍物距离缩小而缩短，驾驶员不但可以直接观看到显示的距离，仍可以凭听觉判定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，并可以帮忙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 国内外争论现状汽车倒车测距仪应当包含有总掌握器、测距传感器、语音提示及图像显示部件等；各部件有机地结合起来，实现测距及提示功能；轰鸣器提示是倒车测距仪系统的真正开头；蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近；虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮忙不大；之后液晶荧屏显示的显现是一个质的飞跃，特殊是荧屏显示开头显现动态显示系统；不用挂倒挡，只要发动

4、汽车，显示器上就会显现汽车图案以及车辆四周障碍物的距离；动态显示，颜色清楚美丽，外表美观，可以直接粘贴在外表盘上，安装很便利；不过液晶显示器外观虽精致， 但灵敏度较高，抗干扰才能不强，所以误报也较多；现在比较先进的倒车测距仪应当算是魔幻镜倒车测距仪了，它结合了前几代产品的优点，采纳了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑掌握，可全天候精确地测知2M以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提示驾驶员；魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能；由于其形状就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置；而且它

5、颜色款式多样，可以依据个人需求和车内装饰选配；近年来由于电子技术的飞跃进展，使得相关技术日新月异，特殊是汽车电子产业的快速进展，使得高度信息化、电子化的车辆研制有了基础；目前主流的汽车倒车测距仪都是以单片机为核心的智能测距传感系统；这种测距仪能够连续测距和显示障碍物距离，并采纳间歇不同的鸣叫声进行报警和提示距离，以尽量不占用驾驶员的视觉；此外，汽车电子系统网络化进展仍要求作为驾驶帮助系统子系统的测距仪具有通信功能，能够把数据发送到汽车总线上去；此外，从成品来讲，目前的汽车倒车测距仪主要是以数码管或者液晶屏的精确显示和精确的语音播报为主；这个时期主要是采纳以单片机为核心的智能测距传感系统，能够使

6、欢迎下载精品学习资源得汽车驾驶帮助系统更加简便易用，而且达到了汽车电子系统网络化的进展需求；1.3 争论内容及论文构成本文设计的汽车倒车测距仪要能够连续测距，经过单片机综合处理后，采纳间歇不同的鸣叫声进行语音报警和显示距离；它包括了超声波测距部件、掌握单元89S51、语音模块和显示部件等；论文构成主要由以下部分组成：第1章包括争论背景、意义以及相关技术在国内外的争论现状；第2章为系统总体方案设计；第一介绍汽车倒车测距仪的设计要求，具体介绍测距系统传感器的挑选、显示报警系统的方案设计，然后提出本系统总的方案设计；为其后的硬件设计奠定了基础；第3章为系统硬件设计；第一分析超声波传感器的工作原理，然

7、后具体争论测距模块中的超声波发射电路和超声波接收电路以及测距模式电路的硬件设计；最终介绍了系统显示报警模块电路的设计；第4章为系统软件设计；在软件设计中采纳模块化设计思想，分别对系统的主程序模块、测距模块、中断检测模块、语音模块和显示模块的程序进行了软件设计；第 5 章为总结与展望；对全文进行总结，指出不足之处，对倒车雷达预警系统的进展前景进行展望；欢迎下载精品学习资源其次章系统总体设计2.1 方案设计与论证本设计实现汽车倒车防撞报警，为了实现这功能，需要多方面的内容相结合，主要需要解决的有核心掌握芯片、距离测量、距离显示等等；从技术手段来看，本设计中最主要的是距离测量，其他都是环围着距离测量

8、绽开，距离测量最主要的设备当属传感器，挑选了好的传感器再经由合适的核心芯片处理即能达到所需精度，下面就对掌握器、传感器、显示方案以及语音提示方案的挑选做以下论述；2.1.1 掌握器的挑选51系统单片机具有功能强、抗干扰才能强、软硬件资源都比较丰富等特点，其外围接口电路简洁，具有很高的性价比，成本低，而且它经过多年的进展，技术也相当成熟；它 与工业标准 MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微掌握器，它对许多嵌入式掌握应用供应了一个高度敏捷有效的解决方案；总而主之， 89S51有设计简洁，体积小，安装简易，成本低等特点，此外考虑到我自己对于单片机的把握程度，我挑选89S51作为系统掌

9、握器；2.1.2 测距传感器挑选关于测距传感器，现在主要有以下几种：1）红外传感器；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反射光，接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判定前方是否有障碍物并依据接收信号强弱判定物体的距离；2）激光传感器；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和连续波相位式激光测距；脉冲式激光测距原理与雷达测距相像，测距仪向目标发射激光信号，遇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来回时间，用光速30万千 M/秒）

10、乘以来回时间的二分之一，就是所要测量的距离；、掌握器和显示器、蜂鸣器等部分组成；倒车测距仪采纳超声波测距方法，在掌握器的掌握下由传感器发射超声波信号，当遇到障碍时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经掌握器进行数据处理，判定出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，从而达到安全泊车的目地；3.1 单片机掌握电路设计本设计采纳 AT89S51作为系统掌握器；它是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机，器件采纳 ATMEL公司的高密度、非易失性储备技术生产，兼容标准8051 指令系 统及引脚；它集 Flash 程序储备器既可在线编程，也可用传统方法进行编程；AT89S5

11、1供应 以下标准功能： 4k 字节Flash 闪速储备器， 128字节内部 RAM， 32个I/O 口线，看门狗， 2个数据指针， 2个 16位定时 / 计数器，一个 5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，单片机振荡器准时钟电路；同时 AT89S51可降至 0Hz 的静态规律操作，并支持两种软件可选的节电工作模式；闲暇方式停止 CPU的工作，但答应 RAM，定时 / 计数器，串行通信口及中断系统连续工作；掉电方式储存 RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它全部部件工作直到下一个硬件复位；单片机最小系统是指能让单片机工作的最简洁的电路，包括电源电路、振荡电路、复位电路，如图 3.1欢迎下

12、载精品学习资源图3.1单片机最小系统对于其 P0口，这组引脚共有 8条， P0.7 为最高位， P0.0 为最低位；这 8条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不怜悯形；第一种情形是8051 不带片外储备器， P0口可以作为通用 I /O 口使用， P0.7P0.0 用于传送 CPU的输入 / 输出数据；这时，输出数据可以得到锁 存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的牢靠性；其次种情况是 8051带片外储备器， P0.7P0.0 在CPU拜访片外储备器时先是用于传送片储备器的低8位地址，然后传送 CPU对片外储备器的读写数据；与此类似， P1.7P1.0 口作为 I

13、/O口使用时， P1.7P1.0 的功能和 P0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入/ 输出数据；同理，P2口也有相像的功能；89S51有INT0和INT1 两条外部中断恳求输入线，用于输入两个外部中断的中断恳求信号，并答应外部中断源以低电平或负边沿两种中断触发方式输入中断恳求信号；89S51到底工作于哪种工作中断触发方式，可由用户通过对定时器掌握寄存器TCON中IT0 和IT1 位状态的设定来选取； 89S51在每个机器周期的S5P2时对 INT0/INT1 线上的中断恳求信号进行一次检测，检测方式和中断触发方式的选取有关；如89S51设定为电平触发方式 IT0=0 或IT1=0 ），就

14、CPU检测到 INT0/INT1 上低电平常就可认定其中断恳求有效；如设定为边沿触发 方式 ；由于常温下超声波在空气中的传播速度约为 340m/s，所以发射点距障碍物之间的距离为：S=340t/2=170t1由于单片机内部定时器的计时实际上是对机器周期T机的计数，设计中时钟频率fosc取12MHz ，设计数值 N，就T机 12/fosc=1，st=NT 机 N10-6sS 170 NT机 170 N/106m或 S=17 N/103=0.017 Ncm 2程序中按式 2）运算距离；欢迎下载精品学习资源3.2.1 超声波发射电路的设计超声波发射电路由超声波换能器或称超声波探头）和超声波发生器两部

15、分，电路如图3.2所示；系统中，超声波换能器的型号是CSB40T，它将超声波发生器供应的电信号转换为机械振动并发射出去；NE555D为8脚时基集成芯片；其时基电路封装形式有两种：一是dip 双列直插 8脚封装，另一种是 sop-8 小型 ；超声波发生器实质上是一个由555 电路组成的多谐振荡器，由于在脚7 与 6， 8 脚间跨接了电阻电容，因此其振荡频率可按公式f 1.44/R2+2 R3C1来运算，通过R3 调剂信号频率，使之与换能器的40KHz 固有频率一样；本电路中，C1 其数值为 3300pF， R2 数值为 1k ；按公式运算，其最低频率为39.7KHz ，最高频率为 436KHz；

16、由超声波振荡器产生的超声波电脉冲，通过压电型超声换能器相当于一只扬声器）将电脉冲转换为机械波向外界发射；当接通电源后，换挡脉冲振荡器不停地发出换挡脉冲，因此只要不断开电源，电路就不停地自动循环工作下去；图3.2 超声波发生器工作时，单片机通过P1.0 口向超声波发生电路发出复位信号，超声波发生电路产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射；3.2.2 超声波接收器由于超声波在空气中传播，其能量会随传输距离的增大而减小，从远距离障碍物反射欢迎下载精品学习资源的回波信号一般比较弱，所以在设计超声波接收电路时，要有较大的放大倍数；为减小环 境噪声对回波信号的影响，也要考虑选用滤

17、波特性较好的电路，使回波易于检测；超声波 接收电路使用集成电路CX20216A，可用完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能；其中的前置放大器具有自动增益掌握功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出柔弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载；其带通滤波器中心频率可由芯片 5 脚的外接电阻调剂，不需要外拉电感，可防止外磁场对电路的干扰，牢靠性较高； CX20216A 接收超声波有很高的灵敏度和抗干扰才能，可以满意接收电路的要求；同时，使用集成电路也可以削减电路之间的相互干扰，减小电噪声；图3.3超声波接收器工作时，换能器 CSB40R将所接收到的柔

18、弱声波振动信号转化成为电信号，送给 CX20216A的输入端 1，当 CX20216A接收到信号时， 7脚就会输出一个低电平，可用于单片机的中断信号源；当单片机接收到中断信号时，说明检测到了反射回来的超声波；单片机就进入中断处理程序，开头进行距离运算，分析运算结果后掌握LED和蜂鸣器的工作；3.3 LED 显示及报警电路设计LED是发光二极管的缩写；LED数码管里面有 8只发光二极管，分别记作a、 b、c、d、e、f 、g、dp，其中 dp为小数点，每一只发光二极管都有一根电极引到外部引脚上，而另外一只引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上，记作公共端COM），如图 3.4 所示，而图3.5 为

19、实物图，其中引脚的排列因不同的厂商而有所不同；市面上常用的 LED数码管有两种，分为共阳极与共阴极；共阳极：当数码管里面的发光二极的阳极接在一起作为公共引脚，在正常使用时此引脚接电源正极；当发光二极管的欢迎下载精品学习资源阴极接低电平常，发光二极管被点亮，从而相应的数码段显示如图 3.6 所示）；而输入高电平的段就不能点亮；相反，共阴极：当数码管里面的发光二极管的阴极接在一起作为公共引脚，在正常使用时此引脚接电源负极；当发光二极管的阳极接高电平常，发光二极管被点亮，从而相应的数码段显示进行运算，其中N为计数器的值，此时声速取为340m/s；综上所述，可得到系统主流程图如图4.1 所示：欢迎下载

20、精品学习资源图 4.1 系统主程序流程图在系统初始化的过程中，主要是设定定时器0 的工作方式，同时仍要打开总中断等；当P1.0 发出一个时长为20us 的低电平，便可启动超声波发生器产生40KHz 超声波，同时打开定时器进行计时；当超声波接受到回波信号后，会产生一个低电平给INT0，之后进入中断处理程序；在主程序中又复原定时器的初值等，依次进行循环；4.2 中断处理程序INT0 中断服务程序负责运算车尾距障碍物的距离，其程序流程图如图2 所示；通过前面的超声接收电路，如接收到回波信号，就芯片CX20216A 的 7 脚会产生低电平至单片机的INT0 引脚，引起中断，系统转入中断处理程序；进入中

21、断后，立刻关定时器T0 和外部中断 0，读取时间值，并给回波接收标志位清零，说明胜利接收回波信号；欢迎下载精品学习资源图 4.2中断处理程序流程图在中断处理程序中，主要是进行距离的运算；第一是从定时器0里得到超声波传播的时间，再运用公式运算得出障碍物离车尾的距离，之后将距离值传递到其他模块进行处理；4.3 测距模块设计在公式 S=17 N/103=0.017 Ncm中，明显知，要得到距离的具体值，只需得到从发送超声波到接收到超声波这个过程中定时器0的计数次数；因此在主程序发送了信号给超声波发生器后，就要打开总中断和定时器0；当接收到信号时，会产生一个低电平给INT0 ；在检测到该信号后，就停止

22、定时器的计时，提取定时器的计数次数，就可以得到以cm为单位的距离值；欢迎下载精品学习资源4.4 显示及报警模块设计在该设计中，我采纳 LED来显示距离；在该设计中， LED采纳共阳极连接，同时与 P0口连接进行段扫描；由于这个距离值的实时性，因此，这个显示过程是在外部中断 0发生后进行；另一方面，依据运算结果的大小，掌握蜂鸣器的鸣叫频率；当距离小于1.5m 时，蜂鸣器发出频率为 1Hz的“滴滴”声；当距离小于1.1m时，蜂鸣器发出频率为2Hz的“滴滴” 声；当距离小于 0.7m时，蜂鸣器发出频率为5Hz的“滴滴”声；当距离小于0.3m时，蜂鸣器连续发出“滴滴声”；这个掌握过程可通过单片机产生一

23、个方波来实现；在该设计中，我采纳单片机 P2.0 引脚来产生一个不同频率的方波来掌握蜂鸣器不同间歇的“滴滴”声；欢迎下载精品学习资源第五章 结论及展望该汽车倒车测距仪的设计是主要基于89S51单片机，以超声波测距为主的报警系统；通过理论分析，本设计方案基本可行；实现了以单片机为掌握核心，工作时通过测距传感器采集数据，由掌握核心快速运算出汽车尾部与障碍物距离并显示结果及进行语音报警， 从而达到安全泊车的目的；本设计尚可以在以下几个方面进行改善，从而使得本设计的测距仪功能更加完善：1由于探头的限制，在高温高压等恶性环境下测量误差大，依据实际情形更换合适的探头；2系统动态性能不高，在被测表面移动速度

24、很小时，可以实现跟踪测量，但是如其移动速度过大就误差随之增大；3 本设计中没有采纳温度补偿，主要是设计中对近距离的精确测量没有很高的要求，而是大致起到警报作用，所以没有采纳温度补偿以节省系统成本；如在设计中加入温度补偿，将会使整个系统有一个质的变化；4 本设计相对市场上现有的汽车倒车测距仪不算是什么先进系统，但是假如在这系统中加入模糊掌握，整个系统将不逊色于市场上的同类产品；汽车倒车测距仪涉及多学科的内容，各个学科的不断进展必将推动本系统功能的日益强大，应用更将广泛；欢迎下载精品学习资源参考文献1 胡汉才 . 单片机原理及接口技术M. 北京 : 清华高校出版社 ,2004.2 丁镇生 . 传感

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