汽车倒车防撞警报系统

1、 目 录 摘 要1第1章 绪论21.1 课题的目的及意义21.2 倒车系统的分类及开展现状31.3 论文的主要研究内容51.4 论文主要安排5第2章 相关硬件简介62.1 超声波传感器简介62.2 单片机简介72.2.1 单片机技术的开展7第3章 倒车防撞系统的硬件设计143.1 整体设计思想143.2 系统整体硬件电路设计143.3 超声波发射与接收局部的设计153.3.1 超声波发射局部153.3.2 超声波接受局部163.4 报警局部17第4章 系统软件设计194.1 系统总体程序设计194.2 T0中断效劳程序204.3 外部中断0效劳程序21结 论23参考文献24致 谢25附 录 系统源程序26摘 要本文设计一种基于AT89C51单片机的倒车防撞系统，搭建硬件电路，软件通过Keil uVision2开发环境进行编辑仿真，并下载到单片机。倒车时由倒车换挡装置自动接通倒车系统电源,系统上电复位，进入工作状态。如果小于设定的平安距离那么发出报警，提醒司机注意车距。整个电路采用模块化设计，由超声波发射与接收、LED显示、报警等模块组成。单片机通过测量超声波在空气中的往返时间，通过程序

2、计算即可完成距离的测量，当距离小于设定值时发出报警。要实现不同距离下的报警，只需修改单片机源程序中的设定值即可实现。关键词 倒车系统；单片机；超声波传感器第1章 绪论1.1 课题的目的及意义近年来，随着汽车产业的迅速开展和人们生活水平的不断提高，我国的汽车数量正逐年增加，同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事故。据相关调查统计，15的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。因此。增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。平安防止障碍物的前提是快速、准确地测量障碍物与汽车之间的距离。为此，设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。汽车倒车防撞预警系统即是俗称的倒车雷达,是汽车泊车辅助装置。在汽车倒车时,倒车雷达采用超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物的距离,当汽车尾部离障碍物的距离到达探测范围时,倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。当汽车尾部离障碍物的距离到达设定的平安警告值时,倒车雷达发出报警声,以警示驾驶员

3、,辅助驾驶员平安倒车。随着社会的开展，传统的测距方法在很多场合已无法满足人们的需求，例如在井深，液位，管道长度等场合，传统的测距方法根本无法完成测量的任务。还有在很多要求实时测距的情况下，传统的测距方法也很难完成测量的任务。于是，一种新的测距方法诞生了非接触测距。超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。目前对于超声波精确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域也有广泛地应用。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。1.2 倒车系统的分类及开展现状倒车系统从提示方式上可分为液晶、语言和声音三种；从连接方式上，还可分为有线和无线两类。无线倒车系统与有线倒车系统拥有同样功能。目前与有线倒车系统相比，无线倒车系统的主机和显示器采用无线传播技术连接，防止了对车内饰进行

4、拆卸。不过由于无线倒车系统可能面临 信号、电台收音等无线电干扰影响其功能，使得无线倒车系统还没有大面积普及,有线倒车系统仍是主流。倒车系统的报警方式，目前主要有如下几种：(1)人声报警：指通过语音的方式将障碍物距离播报出来。特点是清晰准确，不影响视觉观察、缺点是有时延，会有一定的误差。尤其是在车与障碍物之间的距离变化较快时，语言来不及转换，无法播报准确的数据。(2)电子声报警：指通过形象的心跳声或者嘀嘀声等来标识距离，特点是不影响视觉观察，时延小，缺点是不准确。(3)数字显示：指在显示设备上动态显示与障碍物之间的距离数值。优点是直观准确。缺点是需要眼睛经常看，影响视觉观察。(4)图像显示：指具有摄像头的倒车雷达将车后的障碍物图像直接显示到视频设备上。优点是误差小，直观准确。缺点是需要眼睛经常看，影响视觉观察，而且在不同的天气和气候下会有一些影响。现在新型的倒车雷达还可以提供电视收看等功能。探头是超声波传感器的俗称，也是倒车雷达最核心的器件之一。它利用超声波原理，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波撞击障碍物后，反射回探头，从而计算出车体与障碍物之间的距离。一个探头的正常测试范围的夹角为

5、90度，所以要想在整个车尾后面提供探测，至少需要2个探头。由于每个探头的测试范围的夹角是固定的90度，自然会产生盲角，为平安起见，当然是探头数越多，探测能力越强。在几年的时间里，随着技术开展和用户需求的变化，倒车雷达经过了大致六代的开展。 第一代：倒车时通过喇叭提醒 。“倒车请注意！想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有小局部商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。 价格廉价，根本属于淘汰产品。第二代：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8米-1.5米处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第三代：数码波段显示具体距离或者距离范围。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而

6、波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表平安距离，黄色代表警告距离，红色代表危险距离，必须停止倒车。 第三代产品把数码和波段组合在一起，但比拟实用，但安装在车内不太美观。第四代：液晶荧屏动态显示。这一代产品有一个质的飞跃，特别是屏幕显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。第五代：魔幻镜倒车雷达。结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提 、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。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。第六代：整合影音系统。它在第五代产品的根底上新增了很多功能，属于第六代产品，是专门为高档轿车生产的。从外观上来看，这套系

7、统比第五代产品更为精致典雅；从功能上来看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。1.3 论文的主要研究内容1用单片机设计一个倒车防撞系统，倒车防撞系统的设计主要包括硬件电路的设计和软件设计，最后实现倒车预警的功能。2用Protel绘制电路图，说明电路的功能；然后软件通过KeiluVision2开发环境进行防撞系统源程序的编写， 并下载到单片机器件中；搭建硬件电路，数据通过串行口到单片机，进行超声波测距，当距离小于设定值时实现报警。1.4 论文主要安排第1章引言主要介绍课题的目的及意义、倒车防撞系统的分类及开展开展现状以及论文的主要研究内容；第2章主要介绍超声波传感器单片机技术的开展和AT89C51单片机； 第3章主要介绍硬件电路的设计，包括AT89C51单片机的设计、声波发射与接收、报警电路的设计等；第4章主要倒车防撞系统超声波测距报警系统的软件设计，即T0中断效劳程序设计和外部中断程序设计等。第2章 相关硬件简介 2.1 超声波传感器简介超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由

8、换能晶片在电压的鼓励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功 能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ 范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡横波及纵和振荡纵波。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中那么频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声

9、波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通信，医疗家电等各方面得到广泛应用。 超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端那么反之。本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。本设计采用往返时间检测法测距。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离。假定s 为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t/s，超声波传播速度为v/ms1 表示，那么有关系式s=vt/2 ，按照上式即可计算出所要测量的距离。2.2 单片机简介2.2.1 单片机技术的开展单片机(SCM)是单片机微型计算机(Single Chip Microcomputer)的简称，它是把组成微型计算机的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时/计数以及串行通信接口等部件集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。单片机具有体积小、可靠性高、

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