基于单片机汽车倒车测距仪的设计.doc
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1、 本科毕业论文设计、创作题目: 基于单片机汽车倒车测距仪的设计 学生: 学号: 103402034 所在系院: 专业: 电子信息工程 入学时间: 2021 年 9 月导师: 职称/学位: 副教授/硕士 导师所在单位: 完成时间: 2021 年 5 月安徽三联学院教务处 制仅供学习参考安徽三联学院毕业论文基于单片机汽车倒车测距仪的设计摘要:在分析国内外基于单片机汽车倒车测距仪相关技术的根底上,结合最新的相关测距仪的研究成果,对超声波测距的汽车倒车测距系统进行了深入的探讨与研究。通过利用超声波传输中的距离与时间的关系,采用AT89S52单片机进行控制以及数据的处理,从而进行设计的能精确测量汽车车尾
2、与障碍物间点与点距离的超声波测距仪,其能够比拟精确测量我们所需的车后障碍物的距离。系统可分为测距模块、系统控制模块与LED显示报警模块,分别对此系统进行方案分析,初步构建了单片机汽车倒车测距仪构架与设计方案,在其硬件电路中,分析了运用单片机技术实现的可视倒车预警系统,阐述并分析了以单片机为主控单元的系统软件与硬件设计,并对该系统进行了试验和误差分析,能够根本上满足设计的需求。关键字:测距仪; 单片机; 超声波传感器0The design range finder of car parking based on microcomputer Abstract:In the analysis of
3、domestic and foreign-based microcontroller car reversing range finder based on relevant technologies, combined with the latest research results on ultrasonic distance measuring system car reversing conducted in-depth discussion and research. Through the use of the relationship between the distance b
4、etween the ultrasonic transmission time using AT89S51 MCU control and data processing, and thus between the ultrasonic range finder designed to accurately measure the distance between points, which can more accurately measure the vehicle obstacle distance. The system can be divided ranging module, a
5、larm system control module and display module and system solutions for this analysis were initially constructed single-chip architecture and design of the car parking finder program, in its hardware circuit, detailed account of the use of visual reversing warning system microcontroller technology, d
6、escribes and analyzes the microcontroller as the main control unit system software and hardware design, and the system was tested and error analysis, Which can substantially meet the design, gives the corresponding stability and safety index of the system.Key words: range finder; MCU; Ultrasonic sen
7、sors 1安徽三联学院毕业论文目录 第一章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容及论文构成1第二章 系统总体设计32.1 方案设计与论证32.1.1 控制器的选择32.1.2 距离测量的器件选择32.1.3 显示子系统设计32.1.4 声音报警设计32.2 系统的总体结构3第三章 系统硬件设计53.1 单片机控制电路设计53.2 超声波发射及接收电路设计53.2.1 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9第四章 系统软件设计104.1 主程序的设计104.2 中断处理程序设计114.3 测距模块设
8、计124.4 显示及报警模块设计12第五章 硬件组装与性能分析13第六章 结论及展望15致谢16参考文献17附录 A 硬件电路连接图18附录 B主要程序清单19I第一章 绪论 1.1 研究背景及意义 随着生活节奏的加快,汽车行业的逐渐普及,非职业汽车驾驶员渴望汽车倒车装置的出现,可以在一定程度上缓解驾驶员的一些担忧,从而提高了驾驶的平安性。此种需求可用单片机控制的汽车倒车测距仪来实现。本测距仪把单片机的各种功能及技术相结合,通 过 距 离 的 显 示 滴 答 报 警 等 ,在 听 觉 和 视 觉 上 共 同 达 到 驾 驶 员 的 要 求 ,有 利 的 缓解驾驶员在泊车和起动车辆时探视所引起的
9、困扰,方 便 了 驾 驶 ,使 驾驶的平安率提高。 1.2 国内外研究现状 本文所设计的汽车倒车测距仪实现了各部件有效的联系,具有精确测距及提示和报警的功能,且以蜂鸣器提示才真正开始的,因此很好操作。蜂鸣声的频率标志车辆离障碍物的远近。液晶荧屏动态显示能够有效地帮助驾驶员看清路况,因此作用明显。其 动态显示,直接粘贴在仪表盘上,安装很方便,色彩清晰漂亮,外表美观。但在灵敏度方面要求很高,所以在一定程度上容易产生误报的现象。魔幻镜倒车测距仪在目前测距仪市场上算是现在较先进的倒车测距仪,它是在取其精华,去其糟粕,综合前几代产品的优点,较 完 美 的 展 现 出 来 ,设 计 而 完 成的 。其 可
10、有效地测量2米以内的障碍物,能 够 显 示 并 及 时 提醒驾驶员。把后视镜、温度显示、倒车雷达、免提 和车内空气污染显示等多项功能整合在一起的魔幻镜倒车雷达,还有语音功能。其安装方便且不占空间。颜色款式各异,可自由装饰调配。随电子技术的开展,其 相关技术日新月异,使高度信息化、电子化的车辆研制有了根底。该测距仪能通过测距、显示、报警、提示功能给司机提供优质效劳,且不影响视觉效果,占用空间小。1.3 研究内容及论文构成 论文内容及构成主要由以下局部组成: 第1章 主要介绍了本研究测距仪的背景、意义及相关技术在国内外的研究现状。 第2章 论述了系统的总体方案设计。本 测距仪对测距系统传感器的选择
11、、显示报警系统的方案设计的分析,并对本系统总的方案设计进行了模拟。 第3章 系统硬件设计。对 超声波传感器工作原理的分析,讨论测距模块中电路硬件的设计,介绍了系统显示报警模块电路的设计。 第4章 系统软件设计。对 各 个 模 块 分别进行了软件设计。 第5章 硬件及其性能分析。先对系统进行硬件组装及连接,接 着 对系统的性能误差进行论述。 第6章 总结与展望。 先 对 论 文 总 体 进 行 概 括 ,继 而 进 行 总 结 ,最 后 做 了 预 测 。 24第二章 系统总体设计 2.1 方案设计与论证 为实现汽车倒车防撞报警,本 设 计 方 案 需 要 解 决 的 方 案 ,测 量 的 器
12、件 ,显 示 器件 ,数 据 芯 片 的 选 择 。为到达所需精度那么用传感器再经由适宜的核心芯片处理,以 下 将 分 别 论述。 2.1.1 控制器的选择 52系统单片机具有优良的特点,目前其 技术也相当成熟且是一种功能强大的微控制器。总而言之,89S51有设计简单,体积小,安装简易,本钱低等特点,所以此数据模块成为本系统进行设计的首选。 2.1.2 距离测量的器件选择关于测距传感器,现在主要有以下几种: 1红外传感器。通过发出红外光,接收到前方物体的反射光,再 接收数据,计算距离后,依此判断障碍物距离。 2激光测距。由于激光的特性中单色抗干扰好且有较强的方向性,对于检测可实现高精度值计量。
13、3超声波原理传感器,如蝙蝠。超声波传感器通过超声波的回波判断是否检测到物体。综合考虑时间干扰情况,此方案选用超声波传感器。 2.1.3 显示子系统设计 显示器应用广泛,其 中 LED发光二极管,设计简单易安装,低本钱。与此相比拟,CRT监视器、屏幕较大的LCD液晶屏是复杂、较完整的显示器,其本钱不等。为简单设计,本论文采用LED实现显示功能。 2.1.4 声音报警设计 本论文用单片机产生一方波来控制。本论文设计采用市场廉价蜂鸣器来完成声音报警功能。2.2 系统的总体结构 根据论文所需,系统硬件结构需要符合相关要求,因此系统总体结构框图如2.1所示。 图2.1 系统总体结构框图第三章 系统硬件设
14、计 超声波传感器(俗称探头)、蜂鸣器、控制器和显示器成为此系统的组成局部。 控制器的控制,通过采用超声波测距,由传感器发射超声波信号,产生回波信号的方法,当 遇 到障 碍 物 ,后经控制器进行综合数据处理,来 判断障碍物的位置,并显示距离以用来发出警报,最后用以到达平安泊车的效果。 3.1 单片机控制电路设计 本论文设计采用AT89S52作为系统控制器。 其 能 兼容标准8051指令系统及引脚,具有很大的实用性。且在编程方面非常的方便,AT89S51有很多标准功能。 图3.1 单片机最小系统空闲方式时停止CPU工作,但定时器计数器,及中断系统还可以工作。单片机最小系统是指能让单片机工作时的最简
15、单的电路,包括电源电路、振荡电路、复位电路,如图3.1。对于P0口,有两种不一样的功能。一是在8051不带片外存储器时,此时,需要输出数据锁存, 不需外接专用锁存器,此 时 输入数据缓冲,增加数据输入可靠性。 二是8051带片外存储器,在CPU访问片外存储器时,随后传送CPU对片外存储器读写的数据。比照而言P2口也有类似的功能。3.2 超声波发射及接收电路设计 超声波测距原理接收频率40KHZ左右):超声波测距原理是利用超声波在空气传播速度,测量声波在发出遇到障碍物反射回来的时间,根据时间差计算距离。超声波传播轨迹是直线,且有较好的方向性、传播距离较远。利用超声波测量是一种非常有效的测距的方法
16、。在超声波测距时,向设置的前方发射超声波,同时启动定时器开始计时,假设出现回波,那么立即就停止计时。用时间t(s)。计算发射点车距距障碍物之间的距离为: L=340t(超声波在空气中的传播速度/2=170t (1) 此定时器的计时方式是对机器周期T机的计数,时钟频率fosc取12MHz,设计数值N,那么 T机12/fosc=1ms,t=NT机N10-6(s) S170NT机170N/106(m) 或 S=17N/103=0.017N(cm) (2) 程序中按式2计算距离。 3.2.1 超声波发射电路的设计 电路如图3.2所示。超声波发生器经由压电型超声换能器相当于一只扬声器把AT89S51产生
17、的40Khz信号,由HCF4069六非门(反相器放大经超声波发射模块转化为机械波向外界发射。在操作时,单片机能由换能器转换为超声波向前方空间发射40KHZ标准超声波信号。 图3.2 超声波发生器在操作时,单片机能由换能器转换为超声波向前方空间发射信号。 3.2.2 超声波接收器超声波能量与空气中的传输距离远近成反比,因此在设计时要选择放大倍数较大的超声波接收电路,本文采用HCF4069ubc;为减小环境噪声对回波信号的干扰,回波易于被检测,选用带有良好滤波特性的电路。超声波接收电路那么要具有完成信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形等功能。 CX20216A为红外线遥控专用芯片,会对探
18、头接到的信号进行滤波,放大总增益80DB。 图3.3 超声波接收机在工作时,发出声波后启动中断,开始计收到时间,而后进行距离结果计算,再根据远近,控制LED显示和蜂鸣器报警。 3.3 LED显示及报警电路设计 发光二极管的缩写为LED。LED数码管由8只发光二极管组成,分别记作a、b、c、d、e、f、g、dp,其中dp为小数点。如图3.4所示,图3.5为其实物图,其引脚会有所不同。 图3.4 发光二极管引脚图 图3.5 LED实物图 图3.6 共阳二极管 图3.7 共阴二极管 利用人眼的“视觉暂留特性,本 实 例 采 用 动 态 扫 描,这 种 显 示 方 式 无 需 存 储,且 AT89S5
19、1 本 例 资 源 足 够,故 选 用 此 动 态 显 示 方 法。3.4 本章小节 总体硬件设计图如图3.8所示。 图3.8 总体硬件设计图如图3.8所示,根据如图进行电路的链接,其中P2.0接蜂鸣器,用于报警提示。 Vcc为5V电源,供电只在倒车时才有。第四章 系统软件设计 硬件和软件的结合才能发挥本设计的功能,因此在梳理硬件电路后,须配合软件,方能实现本系统的功能。本设计可分为发送超声波、计算测量距离、显示测量距离等。 软件包括四个主要模块组成分别是主程序、超声波发射子程序、INT0中断效劳程序、定时器T0溢出中断程序。 4.1 主程序的设计 首先经过对主程序进行操作后,然后通过对系统环
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