汽车防撞报警系统

1摘要本次设计主要从实验研究分析的角度，分析了汽车倒车防撞系统的基本设计原理以及目前国内外此类防撞系统存在的问题。并详细的介绍一种超声波测距系统以及根据该系统设计、研制的汽车倒车防撞报警器。它能自动检测车尾障碍物的距离，当达到极限位置的时候，并能发出声光报警，提醒司机刹车。设计采用国内生产厂家的通用元件，成本低、性能可靠，有利于推广。超声波距离传感器采用压电元件锆钛化铅，一般称为RZT，这种传感器的特点在于具有方向性，汽车所用的倒车声纳系统利用超声波距离传感器的“回声”现象制成的，倒车时向车辆后方发射超声波，测定超声波遇到障碍物后返回的时间，就可以得到车到障碍物的距离。本文设计的防撞装置在结构上采用微电脑技术和专用芯片设计，具有结构简单，小型化的特点，非常适合用于测控系统；在软件设计上，突出模块的灵活性，并且C51语言简洁，大大简化了编写程序的工作量。比较现在市场上已有的汽车防撞器，该系统结构紧凑，成本低，可靠性好，通信能力强，能有效地避免汽车相撞事故的发生，具有一定的市场价值。且适合广大电气系专业学生的参考与借鉴。同时，本设计也存在一定的不足，尽请老师给予指出并纠正错误。关键字：超声波、汽车倒车、防撞、报警器、传感器2目录摘要..................................................1目录..................................................2绪论..................................................4第一章汽车防撞报警系统设计简介........................51.1设计概要........................................51.1.1设计任务与要求...............................51.1.2研究方法.....................................51.1.3解决的关键问题...............................61.2汽车防撞报警系统设计的意义......................7第二章设计思路分析....................................82.1系统总体方案....................................82.2工作原理........................................92.3控制器AT89C2051的功能特点......................9第三章系统硬件电路设计................................103.1系统硬件方案设计................................103.2遥控器控制框图..................................113.3工作原理剖析....................................123.3.1传感器的选择.................................123.3.2超声波的发射与接收电路.......................123.3.3测速原理.....................................133.4实物设计所能达到的功能及操作说明................14第四章系统软件电路设计................................1534.1主程序..........................................154.2串口通信模块——transplant．C...................164.3程序编写........................................17第五章调试与测试.......................................19总结..................................................20参考文献................................................22附录1..................................................23附录2..................................................24致谢..................................................274绪论随着时代的发展及社会的进步，越来越多的汽车进入了普通人的家庭。汽车逐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。尽管公路条件在不断地改进，但仍然避免不了公路上汽车拥挤的现状，再加上设计车速不断提高，恶性交通事故无时无刻不在发生，给人们和社会带来了巨大的生命与财产损失。汽车防撞报警系统也因此应用而生。汽车防撞报警系统是一种当汽车离障碍物较近时向司机预先发出报警信号的装置，通常系统的各个探测器安装于汽车的几个关键的车身部位，能探测到接近车身的行人、车辆和周围的障碍物，能向司机或乘客提前发出即将发生撞车危险的信号，促使司机甚至撇开司机采取应急措施处理特殊险情，避免损失。同时当汽车发生故障时，可以通过按动警示信号键向过往的车辆发送无线警示信号，提醒过往车辆的司机注意，从而更有效地避免交通事故的发生。汽车的各种方便性正不断地被人们所接受，现如今如同是一般的家用电器一样地进入平常百姓的家中，开发本系统，可以广泛地安装于各种家用轿车、客车、货车等，如与车载微型电脑相配合，可以实现更多的人工智能化操作，是实现汽车无人驾驶必不可少的一个组成部分，也是未来汽车的发展方向，因此运用前景是相当可观。本设计采用了以AT89C52为主控芯片，利用三极管的开关特性驱动T40—16（40kHz超声波发射端子）发射40kHz方波，然后接收端子R40—16接收信号，经放大电路及后级处理后单片机接收到一个下降沿中断，对信号传输期间所计数据进行处理后实现LED显示障碍物与汽车发射端的距离。本文重点介绍了三极管的开关特性，发射端与接收端的压电效应，检波整流电路以及运放的简单应用。经过实际验证，在车体上合理布置该报警器，利用超声波测量汽车与障碍物距离，实现汽车前行和倒车时与障碍物之间距离的检测；通过LED点阵实时显示距离，使汽车避免和障碍物发生碰撞。实验表明该汽车防撞报警器具有测距速度快、准确度高、易于实现等优点，具有很好的应用前景。而且本设计的应用领域也将十分广泛，不仅可以在汽车工业中运用，当配上相应执行机构，还可以运用于工业机床的限位自动控制当中。5第一章汽车防撞报警系统设计简介本设计利用MCS-51系列单片机为核心器件并结合比较常规的超声波传感器以及价格低廉的电子元件，由超声波发生电路、超声波信号接收电路、微波信号发生电路、感应信号放大及处理电路、中央处理单元电路，报警电路以及无线报警信号发射电路组成一个低误差，高精度，多功能的汽车防撞系统。1.1设计概要1.1.1设计任务与要求1）设计一套汽车倒车防撞报警系统：◆要求有一台主机；◆汽车与物体距离小于设定值时，利用蜂鸣器进行报警；◆通过按键选择报警的距离；◆数码显示选择的档位。2）已知条件：防撞报警仪的主要设计指标◆报警距离：5～30m，根据用户的具体需要连续可调；◆根据用户的需要选用分档：0.6m，1.0m，1.5m，1.8m，2.4m；◆电源：车载电瓶12V；◆环境温度：-20～+70℃；◆报警器尺寸：155mm×155mm×63mm，重量：3.5kg。3）主要技术指标：◆输入电源：车用直流电源，DC12V；◆发射频率：40kHz；◆接收频率：40kHz（中心频率）；◆报警音量：≥……分贝；◆探测距离：三档可调。1.1.2研究方法通过超声波和微波双重探测器、通过采样放大输入单片机系统、通过单片机的处理、完成对车辆周围障碍物的探测与报警，通过无线电信号向周围事物传递信息。61.1.3解决的关键问题解决周围无线电信号对系统准确性的干扰，准确区分障碍是否位于有效的范围内。解决汽车防撞报警系统装备，需完成物体检测传感器的选型，设计放大器电路、控制信号转换电路、无线警示信号发射电路、报警电路。编写本设计所需要的程序，并对各部分电路进行实验、调试，最后完成系统的联调。最终达到：1）具有测距功能，防护距离可人为预置；2）具备测角能力，目标的方位角信息对于去除虚警是必不可少的；3）信息传输选用无线射频方式，工作频率315MHz；4）易于产生抗干扰性能强的复杂发射信号，配合实时高效的信号处理和目标检测算法，用以去除虚警；5）能避开前后、左右、上下的障碍物；6）当道路上故障车及事故车打开警示灯时，随即发射防撞信号。附近驶近车辆在150米处，能及时收到故障车及事故车发出的遇障语音提示，即三声“注意防撞”，在声音启动时本产品另有一红灯同时闪烁，直到驶离遇危区域红灯自动解除。图1-1系统总体框图71.2汽车防撞报警系统设计的意义汽车防撞系统是一种高科技的产物，它将伴随着光机电一体化技术的进步而得到新的发展。汽车防撞系统的核心在于快速准确地测量出汽车前方障碍物之间的距离，并及时发出报警信号以及自动刹车等应急措施，从而实现防撞。奔驰公司和沃尔沃公司在汽车防撞器方面走在世界前列。美国的《大众机械师》杂志介绍了戴姆勒-克莱斯勒公司汽车防撞器的研究情况。该防撞器结构主要是两个测距仪和一个影像系统，能够测出安全距离，如果发现车前有障碍物，计算机能够自动引发刹车装置。戴姆勒-克莱斯勒公司的实验结果显示，汽车以每小时20英里（32.18公里／小时）的速度行驶，在距离障碍物40英尺（12.19米）时，若司机仍在加速，自动防撞器的执行机构就会自动刹车，在距离障碍物1英寸（2.04厘米）的地方使车停下来，从而避免了撞车。8第二章设计思路分析本设计主要由计数器、中断接收器、计算距离、二进制数到BCD码的转换、比较报警和显示模块组成。介绍了基于AT89C2051单片机的性能及特点，及以其为核心的一种低成本、高精度、微型化、数字显示的汽车防撞报警器。该防撞报警器利用超声波及集成霍尔原件实现对汽车的测距和测速，利用单片机的实时控制和数据处理功能，完成系统的控制。设计中给出了报警器的硬件电路原理及软件设计。随着现代化节奏的加快，交通事故发生的频率也在增加，为提高汽车运行的安全性，本设计介绍了一种单片机控制的汽车防撞报警系统。该装置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、传感器技术想结合，可检测汽车运行中后方障碍物与汽车的距离及汽车车速，通过数显装置现实距离，并由发生电路根据距离远近情况发出警告声。2.1系统总体方案汽车防撞报警仪采用由AT89C52单片机为核心组成的微机系统，对仪器进行控制，其硬件系统如图2-1所示。图2-1仪器硬件框图92.2工作原理本防撞装置利用声波作为检测波，利用超声波作为机械波，其频率为20kHz～20MHz。随着频率的增加，检测距离减小，使用频率在15～40kHz之间，检测距离为0．5～3．0m，由发射器、接收器、控制器和反射板组成。发射器、接收器和控制器安装在防撞主体(指由产品控制能实现防撞功能的汽车面板)上。发射器发出检测波，经反射面反射给接收器，通过判断处理后，发送控制器执行规定的功能。基于单片机的天车防撞系统采用AT89C52单片机和专用芯片测量超声波发射到反射回所需的时间t，由S=vt(v=314m／s，计算时加入温度补偿)得到从声波发射到反射面的距离。此距离随时显示在汽车驾驶室内，软件可以设置几级提示和报警，当车障之间距离小于安全距离时，设置在驾驶室的声光报警仪即发出声光信号，通知驾驶员谨慎操作，从而有效地防止碰撞事故发生，保证人身及设备的安全。2.3控制器AT89C2051的功能特点AT89C2051