单片机在汽车倒车测距仪中的应用设计

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.......................................................................................................2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测距传感器选择...................................................................................................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单片机控制电路设计.......................................................................................................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.......................................................................................................73.3LED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.................................................................................................................114.2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................................................161第一章绪论1.1研究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希望有一种能发现汽车尾部障碍物的“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”。一个由单片机控制的汽车倒车测距仪就能满足这种需求。该测距仪将单片机的实时控制及数据处理功能，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，“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察到显示的距离，还可以凭听觉判断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，并可以帮助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国内外研究现状汽车倒车测距仪应该包含有总控制器、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始。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，对驾驶员帮助不大。之后液晶荧屏显示的出现是一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒挡，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。动态显示，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。现在比较先进的倒车测距仪应该算是魔幻镜倒车测距仪了，它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。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。而且它颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。近年来由于电子技术的飞跃发展，使得相关技术日新月异，尤其是汽车电子产业的迅速发展，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，并采用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发展还要求作为驾驶辅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。这个时期主要是采用以单片机为核心的智能测距传感系统，能够使得汽车驾驶辅助系统更加简便易用，而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求。21.3研究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，采用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、控制单元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章包括研究背景、意义以及相关技术在国内外的研究现状。第2章为系统总体方案设计。首先介绍汽车倒车测距仪的设计要求，详细介绍测距系统传感器的选择、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。首先分析超声波传感器的工作原理，然后具体讨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。最后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。在软件设计中采用模块化设计思想，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发展前景进行展望。3第二章系统总体设计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控制芯片、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，其他都是围绕着距离测量展开，距离测量最主要的设备当属传感器，选择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，下面就对控制器、传感器、显示方案以及语音提示方案的选择做以下论述。2.1.1控制器的选择51系统单片机具有功能强、抗干扰能力强、软硬件资源都比较丰富等特点，其外围接口电路简单，具有很高的性价比，成本低，而且它经过多年的发展，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控制器，它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。总而主之，89S51有设计简单，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掌握程度，我选择89S51作为系统控制器。2.1.2测距传感器选择关于测距传感器，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，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号强弱判断物体的距离。（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似，测距仪向目标发射激光信号，碰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往返时间，用光速（30万千米/秒）乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离。（3）超声波传感器是经常采用的传感器之一。超声波就是空气中传播的超过人类听觉频率极限的声波。其原理犹如蝙蝠，它嘴里发出超声波，当超声波遇到小昆虫的时候，它的耳朵能够接收反射回波，从而判断昆虫的位置并予以捕杀。超声波传感器的工作方式是通过发送器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接收来判断是否