毕业设计论文汽车倒泊防撞报警器的设计(编辑修改稿)

毕业设计论文汽车倒泊防撞报警器的设计(编辑修改稿)内容摘要：

工作温度比较低 ,可以长时间地工作而不失效。 （ 3）灵敏度 ： 主要取决于制造晶片（压电晶片）本身。 机电耦合系数大 ,灵敏度高；反之 ,灵敏度低。 研究内容 在倒车时不断测量汽车尾部与其后面障 碍物的距离 ,并实时显示其与障碍物之间的距离 ,在不同的距离范围内发出不同的报警信号 ,并且提高报警系统的稳定性 ,以提高汽车倒车时的安全性。 本文设计了一种超声波汽车倒泊 防撞 报警器 ,本报警器具有以下功能：最大测距 ,最小测距 ,实时显示测得的距离；在不同的时间利用三个不同的超声波传感器进行测距 ,能够有效的提高报警的稳定性。 在不同的危险距离范围内发出不同的频率报警信号 ,驾驶员还可以根据个人需要调整设置报警距离。 利用 555 来控制蜂鸣器的发声频率 ,直接运用单片机的 I/O 口控制报警器的工作。 能够大大降低软件的复 杂程度。 该报警器与其它报警器相比具有功能多、硬件电路简单、工作稳定可靠等优点 [4][7]。 汽车倒泊防撞 警报 器的设计 3 2单片机基础知识 单片机是将计算机的中央处理器（ CPU）、随机存取存储器（ RAM）、只读存储器（ ROM）、多种输入输出接口（ I/O）、定时器 /计数器（ Timer/Counter）、中断 (Interruption)系列等集成在一块芯片上 ,因此 ,被称为单片微型计算机 (Single Chip Microputer),简称单片机。 单片机是针对控制与检测应用而设计的 ,又称为微控制器 (Microcontroller Unit,MCU)。 另外 ,由于它可以很容易地嵌入到各种仪器和现场控制设备中 ,因此也叫嵌入式微控制器（ Embedded MCU）。 单片机具有以下几个特点： （ 1） 集成度高、功能强。 单片机在一块芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM、I/O 接口等资源 ,在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、定时器 /计数器等功能部件 ,芯片功能强、体积小、集成度高。 （ 2） 具有较高的性能价格比。 单片机尽可能地把应用所需的各种资源集成在一块芯片内 ,性能高 ,但是价格却相对低廉。 （ 3） 抗干扰能力强。 单片机是面向工业检测控制环境设计的 ,因此 ,抗噪声干扰能力较强。 程序固化在 ROM 类型的存储器中不易被破坏；许多资源集成在一个芯片上 ,可靠性高。 自 20 世纪 70 年代初期单片机问世以来 ,它已经经历了 5 个发展阶段。 第一阶段（ 19711976）：单片机萌芽阶段； 第二阶段（ 19761980）：初级单片机阶段； 第三阶段（ 19801983）：高性能单片机阶段； 第四阶段（ 19831990）： 8 位单片机巩固发展及 16 位单片机推广阶段； 第五阶段（ 1990）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等方面全方位地向更高水 平发展。 20 世纪 90 年代以来 ,在工业控制、智能仪表等应用领域 ,8 位单片机系列较好地兼顾了性能和价格因素 ,仍然是单片机中的主流产品。 目前 ,8 位单片机表现出多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、存储容量大和 I/O 功能加强及结构兼容的特点。 （ 1） 在单片机中采用精简指令集（ RISC）； （ 2） 提升了指令提升速度； （ 3） 在芯片上集成大容量的 Flash 存储器 ,可以实现 ISP 和 IAP 编程； （ 4） 使用数字 模拟相混合的集成技术； （ 5） 增加增强通信接口； （ 6） 低电压、低功耗、低价位。 尽管目前单片机的品种很多 ,但在国内 ,Intel 公司的 MCS51 系列单片机和与其内核80C51 兼容的单片机应用最为广泛。 xx 大学学士学位论文 4 现在 ,单片机被广泛地应用到各个领域 ,在智能仪器仪表、家用电器和军事设备的智能化以及实时过程控制等方面 ,单片机都扮演者越来越重要的角色 ,具有广阔的应用前景。 所下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。 （ 1）家用电器 目前 ,各种家用电器已普遍采用单片机控制取代传统的控制电路 ,如全自动洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭煲、电视机、录像机、手机、 MP MP摄像机及其他视频音像设备的控制器； （ 2）办公自动化 现在办公室中所使用的 大量通信、信息产品多数都采用了单片机，如计算机系统中的键盘译码、硬盘驱动、打印机、绘图仪、复印机、电话、传真机、考勤机、计算机等； （ 3）商业领域 商业营销系统广泛使用的电子秤、收款机、条形码阅读器、仓储安全检测系统、商场的导购电子显示系统、保安系统、空气调节系统、冷冻保鲜系统等，目前已纷纷采用单片机构成专用系统； （ 4）工业领域 智能仪器仪表：目前变送器、电器测量仪表普遍采用单片机应用系统 替代传统的测量系统，使测量系统具有各种智能化功能，如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音功能等。 智能传感器：单片机 与传感器相结合可以构成智能传感器，它对经传感器初级变换后的电量做进一步的变换、处理，输出能满足远距离传送、能与微机接口的数字信号 ； 工业过程控制、过程监测、工业控制器及机电一体化控制系统等，这些系统除一些小型工控机之外，许多都是以单片机为核心的单机或多机网络系统。 如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、抓举系统等节点构成的多机网络系统； （ 5）汽车电子 单片机用于集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、 GPS 系统、汽车倒泊防撞报警器的设计、通信系统以及运行监视器等； （ 6）航空航天与 军事 [5] 航空航天器的飞行姿态控制、参数显示、动力监测控制、通信系统、导航等以及军事领域武器系统的控制，如战机、军舰、坦克、火炮、导弹、智能武器系统等，都要用到单片机。 单片机应用重要的意义在于：它从根本上改变了传统控制系统的设计思想和设计方案。 从前必须由硬件实现的控制功能，现在可以通过单片机用软件方法实现，这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制计术，称为微控制技术。 随着单片机应用技术的推广普及，微控制技术将发挥越来越重要的作用。 汽车倒泊防撞 警报 器的设计 5 xx 大学学士学位论文 6 3 设计方案 备选方案 方案一：基于 AT89C2051 单片机的 超声波 防撞报警系统 (1) 硬件系统 图 AT89C2051 图 主要功能特性 ： 兼容 MCS51 指令系统 15 个双向 I/O 口两个 16 位可编程定时／计数器时钟频率 0~24两个外部中断源可直接驱动 LED低功耗睡眠功能可编程UARL 通道 2K 可反复擦写 (1000 次可反复擦写 )6 个中断源 ~6V 的宽工作电压范围128*8bit 内部 RAM 两个串行中断两级加密位内置一个 模拟比较放大器 ,软件设置睡眠和唤醒功能。 该报警器由控制系统 ,超声波发射电路、接收电路测速电路报警电路、 LED 显示电路组成电路原理框图超声波发射电路由 CC7555 时基电路和超声波发射探头组成 ,单片机AT89C2051 的 引脚控制 CC7555 时基电路产生 40KHZ 的频率信号给超声波发生器 ,由超声波探头发射的超声波射向障碍物。 利用超声波测距具有以下特点：测量灵敏度高 ,穿透力强 ,测量速度快 ,测量角度大可对较大范围内的物体进行检测。 (2) 超声波发射与接收电路 超声波接收电路由超声波接收探头放大器和整形器 组成 ,由障碍物反射回来的超声波经接收探头变换为电脉冲信号。 再由放大器整形器放大和整形后送入到单片机 AT89C2051的 ,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 ,尤其是信号前沿不发生畸变以提高测距的精度。 (3) LED 显示电路 LED 显示电路由数码管和驱动电路组成 ,用两个数码管显示距离 ,数码管采用静态显示 ,由芯片 MCS14495 驱动显示 、 分别作为驱动芯片 MCS14495 的锁存信号用于控汽车倒泊防撞 警报 器的设计 7 制产生的 BCD 二进制编码表示的十进制数码是显示高位还是低位。 (4) 测速电路 测速电路由传感器脉冲放大器整形器 CC7555 时基信号电路选通门组成霍尔集成传感器将车轮转速信号变成脉冲信号输出经放大整形电路后送入选通门。 由 CC7555 时基电路产生的单位时基信号控制选通门的开与闭。 以控制转速信号在单位时间内通过选通门 ,送入单片机 AT89C2051 的 引脚 控制 T1 计数器计数实现了在单位时间内的计数。 (5) 报警电路 报警电路由 CC7555 电路和扬声器组成 AT89C2051 的 控制 CC7555 电路根据测量结果 ,产生一定频率的信号驱动扬声器发出报警声在扬 声器发出报警声时 ,时基电路 CC7555 处于暂稳态此时电源向电容充电从而使 CC7555 结束暂稳态回复到稳定状态输出低电平。 使扬声器停止发出报警声 ,直到下一次测距结束产生新的报警声。 (6) 系统的总体硬件图 图 用 89c2051 实现的系统总体的硬件图 方案二：基于 AT89C51 单片机的超声波防撞报警系统 该系统的硬件电路主要由单片机、超声波传感器、 LED 显示模块 ,蜂鸣器报警模块等组成。 系统中单片机采用 ATMEL公司的 AT89C51作为核心控制芯片 ,便于系统的设计和调试。 超声波 传感器是超声波测距电路中的重要元件其性能优劣直接影响到测距准确度和可靠性。 通常超声波传感器有两类：一类是发射电路和接收电路互相独立的分体式超声波传感器 ,此类传感器测距有效范围比较大。 另一类是同时具有发射与接收功能的收发一体式超声xx 大学学士学位论文 8 波传感器 ,此类超声波测距有效范围比较小 ,但防尘、防水性能比较分体式超声波传感器要好。 本系统选择分体式超声波传感器。 考虑到超声波具有指向性 ,本系统在汽车尾部左、中 ,右三个部位各安装一个超声波传感器 ,适当调整安装位置 ,可准确测量汽车后部障碍物。 运用 、 、 分别控制CD4051 的 A、 B、 C 来控制不同超声波发射器和接收器的工作 ,INT0 超声波信号检测。 当完成数据测量后 ,测量数据进行处理 ,然后显示测量结果范围 ,当车辆离障碍物的距离超过安全警戒线时发出报警信号。 实际安装时 ,该系统的单片机安装在汽车的尾部。 超声波发射电路由超声波换能器 (或称超声波振头 )和超声波发生器两部分组成 ,电路如所示。 系统中 ,超声波换能器的型号为 CSB40T。 它将超声波发生器提供的电信号转换为机械振动并发射出去。 40KHz 的超声波信号是利用 NE555 时基电路振荡产生的 ,振荡频率约为 f=／ ((R1+2R2)*C21),通过 选择 R2= 的电阻使频率达到 40KHZ。 工作时 ,单片机通过 I/O 口定时向超声波发生电路发出控制信号。 超声波发生电路产生 40KHz 的调制脉冲 ,转换为超声波信号向前方空间发射。 超声波接收电路采用了集成电路 LM324,LM324 采用的超声波接收电路采用了集成电路 LM324,将接收到的超声波信号用前三极放大后 ,最后一级用比较器使之成为数字信号（高电平为 5V,低电平为 0V） ,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 状态 ,开始距离计算 ,并将计算结果发送给单片机。 温度测量电路基于 DS18B20（这 是美国 DALLS 公司出品的数字温度传感器 ） 其耐磨耐碰、 体积小、使用方便、封装形式多样 ,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 基于超声波的汽车防撞报警系统的设计中 ,采用的是 DS18B20 数字温度传感器。 温度检测电路采用 DALLS 公司的 DS18B20 数字温度传感器。 电路连接非常简单 ,但是必须保证时序与单片机严格同步。 DS18B20 具有 9,10,l1 和 12 位转换精度。 选择方案依据 由于目前市场上已 经研制出超声波传感器的专用集成芯片 ,而且集成芯片的技术已经相当成熟 ,因此 ,不必自己设计超声波发生与接收电路 ,以上两个方案各有优点 ,对于本项目直接利用超声波传感器（ CSB40T 和 CSB40R） ,而且相对而言对于 AT89C51 单片机比较熟悉 ,选用的 CD405 ULN280 LM32 555(多谐振荡器 ) 、 7 段 LED 的数码管等都是我们平时比较熟悉的芯片 ,而且这些芯片价格普遍比较低。 因此选择方案二的性价比最高 ,能用价格比较低廉的硬件来实现良好的功能 ,因此我们选用第二方案来实现本系统功能。 汽车倒泊防撞 警报 器的设计 9 4 硬件设计 控制器选择 图 AT89C51 芯片引脚 微型计算机的出现与发展已广泛应用到各行各业中 ,使人们的日常生活工作都发生了重大变化 ,如果没有微型计算机 ,人们的工作生活的质量都受到很大的损失。 单片微型计算机是微型计算机发展中的一个重要分支 ,其独特的结构与性能 ,越来越普及地应用于国民经济的各个领域 ,以下主要介绍 图 中的 89C51 单片机 ,以及外部 I/O 口。 一、单片机的组成 单片微型计算机。