智能仪表课程设计倒车报警器的毕业设计.doc

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1、XII 本科生课程设计（论文） 辽 宁 工 业 大 学智能仪表课程设计（论文）题目：倒车报警器院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间：摘要本设计采用超声波测距，可用作汽车泊车安全辅助装置，能以声音和更为直观的LED 显示告知驾驶员汽车周围障碍物的情况，解除了驾驶员在泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的烦扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了泊车安全性。本设计硬件部分主要由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路、数码管显示电路、电源电路和报警电路组成，软件部分主要由主程序、超声波发射接收中断程序、距离计算子程序及显示子程序

2、等部分组成。本设计由STC89C52RC单片机控制时间计数，计算超声波自发射至接收的往返时间，利用超声波在空气中的传输速度，从而得到实测距离。该设计的电路设计合理简单、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量误差方面能够达到简单工业实用的要求。关键词：单片机；超声波测距；超声波换能器。第1章 绪论1.1课题研究背景随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺，我国汽车的数量逐年攀升。据公安部交管局2010年11月发布的数据，截止2010年9月底，我国汽车保有量为8500万辆。而随着中国城市化的加速推进，这一数字还会在相当长时间内持续高水平的增长。汽车的数量逐年增加，造成

3、公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。在享受汽车给我们带来的便利的同时，由于倒车而产生的问题也同益突出。因为驾驶员在驾车时的视野范围是很有限的，通过车内和外侧的反光镜可以大幅度提高驾驶员的视野范围，但位于车正后方的障碍物以及高度不足以通过反光镜看到的或者距离车身过近的障碍物都可能处于驾驶员的视野死角或者视野模糊区中。这样，小则对驾驶员的泊车、倒车造成不便，大则也会带来一些危险。据初步调查统计，15的汽车事故是由汽车倒车“后视”不良造成的。因此，人们对汽车操纵的便捷性提出了更高的要求，希望有种装置能够解决汽车倒车给人们带来的不便，消除驾驶中的不安全因素，可将车辆快速准确地停放到指定的位置。鉴于此

4、，设计一种响应快、可靠性高且较为经济的汽车倒车防撞报警系统势在必行。本文介绍的倒车防撞报警器，与汽车配备的倒车雷达原理和用途一致，都是利用超声波测距原理实现实时测距，都是用作“泊车辅助装置”，可称作“简单型”的倒车雷达。但相比市场上各种价格昂贵的倒车雷达产品，本文介绍的倒车防撞报警器，价格更为经济，电路更为简单，精度也能满足常用要求。防撞报警器是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器(俗称探头)、单片机控制系统、LED显示和蜂鸣器等部分组成。防撞报警器的主要作用是在倒车时，利用超声波测距原理，由装置于车尾保险杠上的超声波传感器发送超声波，超声波遇到障碍物后反射至超声波传感器，从而计算

5、出车体与障碍物之间的实际距离，再给驾驶员以提示，使停车和倒车更容易、更安全。该装置能够在驾驶员视野的死角处，通过LED显示、声音等形式为驾驶员提供信息和警示来告知驾驶员周围障碍物的情况，使驾驶员能够更清楚的了解周围障碍物的情况，对驾驶员的起步、泊车、倒车等环节有很大帮助，提高了驾驶的安全性。1.2课题国内外研究现状我国倒车雷达从2000年开始起步，从最初只是奔驰、宝马等高档车的专利，发展到现在成为许多轿车的标准配置。目前，国内市场上的倒车雷达产品主要由国外公司占据着。国内一些公司虽然也推出了相应的倒车雷达产品，但在质量上、市场份额上都无法与国外厂商相比拟。一些核心元器件，国内相同产品达不到国外

6、水平或者无法生产。在倒车雷达等辅助倒车研究领域，美国、德国、日本等发达国家的技术远远走在前面。他们在汽车信息化技术的研究上起步较早，并且自身在半导体、微电子领域也具有很大的优势。因此，在这些国家智能化车载电子设备的发展已经达到了相当高的水平，很多高科技车载电子设备已经相当普及。随着汽车工业的飞速发展，在辅助倒车领域，国外已经出现了停车入位导航系统。梅赛德斯车厂已经在使用雷达探测技术来帮助驾驶者更快更安全地停车。导航雷达探测器能够探测出经过路线上的停车空位，并向驾驶者发出信号。这个时候，驾驶者可以通过探测器显示的位置找到空位。在整个停车过程中，驾驶员切换到倒档后，导航系统会由始至终地监测汽车的位

7、置和角度。如果驾驶者中断倒车，导航系统还会自动计算出新的最佳停车路线和角度。在日本，丰田公司研制的导航系统已经可以实现准确地全自动停车。当导航系统锁定一个合适的停车空位之后，只要驾驶员换到倒档，仪表盘上的屏幕上就会开始显示由安装在汽车背部的摄像头传送过来的车后图像。此时，驾驶者只需对导航系统选择的提供车位置进行确认。在此之后，就可以松开方向盘和脚刹，保持适当的速度。从这里开始，停车过程便由配备了超声波雷达和摄像头的停车导航系统全权接手。如果想要中止停车程序，驾驶者只需踩下刹车就可以了。而且这款设备现在已经开始在一些高档轿车上配备使用。1.3课题研究的目的及意义本文介绍的倒车防撞报警器的核心就是

8、超声波测距原理的应用，市场上广泛应用的倒车雷达也是如此。所以，归根结底本课题研究的目的和意义本质上是归于超声波测距系统的。从小的应用方面来说，本课题的研究直接解决了司机倒车时的困扰，更能有效地降低倒车过程中发生的大小事故。但从更广泛的应用来讲，超声波测距系统的研究在许多工业、交通运输业、军事等等方面有着更为广泛显著的应用。随着雷达技术、激光技术、电子技术的发展，超声波技术也得到和不断的更新和发展，超声波技术已经从最初的理论研究发展到大范围地应用在无损探伤、测温、测距、流量测量、液体成分测量、岩体检测等方面。在这期间，超声波技术不断得到完善并趋于成熟。与发达国家相比，目前我国所研制出的超声波测距

9、系统在性能方面有了很大的改善，但在精度等方面仍然很落后。高速度和高效率是现代化工业的标志，这些都是建立在高质量的基础之上，精度作为高质量的一个重要指标，需要加大力度对其进行研究。而且我国正在使用的高精度超声测距系统大多以进口国外为主，很大程度的制约了工业的发展。因此尽快展开超声波测距系统精度的深入研究并进行自主研发显得尤为重要。本课题研究具有重要的实际应用价值和深远的战略意义。第2章 方案设计2.1 倒车防撞报警系统工作框图图 1 报警系统框图(1)8051单片机及其外围电路：产生脉冲信号，控制555时基振荡电路产生高频电压信号，并负责定时和报警的作用。(2)555时基振荡电路：产生高频电压信

10、号，驱动超声波发射探头发出超声波。(3)超声波探头：发出和接收超声波信号。(4)增益放大电路：放大超声波接收电路接收的微弱信号。(5)滤波电路：滤掉杂波和干扰脉冲等环境噪声。(6)整形电路：输出不同的电平来产生上升或下降沿触发，转换成数字脉冲去触发单片机的外中断引脚。2.2 主要芯片的选择AT89C51单片机、40KHZ收发分体式超声波传感器（由一支发射传感器UCM-T40K1和一支接收传感器UCM-R40K1组成）图 2 压电式超声波传感器结构超声波工作原理：本设计使用压电式超声波传感器。压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的，超声波发生器内部结构如图2所示，它有两个压电晶片和

11、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，便产生超声波。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，将机械能转化为电信号，这时它就成为超声波传感器。压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率，即中心频率 f0（本设计中中心频率为40kHz）。发射超声波时，加在其上面的交变电压的频率要与它的固有谐振频率一致。当所用压电材料不变时，改变压电陶瓷晶片的几何尺寸，就可非常方便的改变其固有谐振频率。使用方式发射接收谐振频率40KHZ1KHZ40KHZ1KHZ频带宽2KHZ0.5KHZ2KHZ0.5KHZ灵敏度70

12、dB / V / ubar70dB / V / ubar外形尺寸16mm22.5mm16mm22.5mm温度范围20 + 60 20 + 60 相对湿度20 5时达98%20 5时达98%表1 传感器特性参数第3章 电路设计3.1 555时基振荡电路图 3 超声波发射电路采用555时基振荡电路（多谐振荡器）可以实现宽范围占空比的调节，并且电路设计简单占用面积小。555多谐振荡器，输出40kHz的高频电压信号，该信号加至超声波换能器发射探头，逆压电效应，换能器产生频率40kHz的超声波。3.2增益放大电路图 4增益放大电路超声波接收器包括接受探头信号放大电路、滤波电路、波形变换电路、扬声器。由于

13、超声回波信号十分微弱，只有10mV左右，所以要使用放大电路。放大器宜选用有足够增益和较低噪声的宽带放大器，以保持脉冲信号尤其是前沿不发生畸变，提高测距的精度。增益放大电路采用两级反向放大，A1=10, A2=10, A=A1*A2=100,所以放大电路共放大增益为100。3.3滤波电路图 5 带通滤波电路在传感器接收的信号中，除了障碍物反射回来的回波信号外，还混有杂波和干扰脉冲等环境噪声。而前端放大电路在放大有用信号的同时，会将一部分的噪声信号同时放大，S/N较小。噪声产生主要包括50Hz的工频干扰和高频段的接收机内部噪声，可用运算放大器构成带通滤波器，如图5。通带中心频率为40kHz的有用信

14、号频率。，3.5。下限截止频率，上限截止频率。3.4整形电路图 6整形电路超声波接收电路要求保证每次接收信号都能被准确地鉴别出来，通常利用比较器将输入信号与某一固定电平进行比较，利用输出不同的电平来产生上升或下降沿触发，转换成数字脉冲去触发单片机的外中断引脚INT0。如图5： C起到滤波的作用，R13和R14起到分压作用。3.5 单片机外围电路 图 7单片机及其外围电路电路中使用的处理芯片是AT89C51，芯片的P10口产生时钟脉冲。当脉冲的高电平到来时，555时基振荡电路开始工作，产生40KHZ的高频电压信号，芯片同时开始计时。该信号使超声波换能器发射探头荡产生40KHZ的超声波。每来一个脉

15、冲，超声波换能器发射探头发出一个超声波。芯片的INT0端口负责接收中断信号，当超声波接收电路一接收到信号，芯片产生中断，芯片停止计时。单片机经过程序处理，按照公式V=340t/2，计算出车距障碍物的距离S。当S0.5m时，单片机P27端口输出低电平，扬声器不报警；当S0.5m时，单片机P27端口输出高电平，驱动扬声器报警。晶振电路结合单片机内部的电路，产生单片机所必需的时钟频率，为系统提供基本的时钟信号。单片机计时与其相关。复位电路的作用是重启电路。第四章 小结超声波方法作为非接触测量，已经在很多领域得到应用。利用超声波测量距离，精度比较高，能达到cm级，完全能够实现汽车倒车防撞的设计要求。系统能自动探知车物等障碍体，当小车与障碍物的距离小于安全距离时，当遇到障碍物时发出报警信号。系统不足之处就是，不能探知障碍物的具体方位。参考文献I