《2023基于51单片机倒车防撞系统的设计【论文】6300字》.docx

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1、基于51单片机倒车防撞系统的设计第1章前言2第2章超声波倒车防撞系统的工作原理22.1 超声波的概念22.2 超声波传感器的特性22.2.1 频率特性32.2.2 指向特性32.3 超声波倒车防撞系统原理3第3章超声波倒车防撞系统的硬件设计53.1 单片机的选用53.2 单片机系统63.2.1 时钟模块硬件电路63.2.2 复位电路63.2.3 振荡电路73.3 外接采集节点模块电路73.3.1 显示电路设计7332蜂鸣报警器83.3.3 WSB接口电路93.4 超声波测速模块93.4.1 超声波发射模块93.4.2 高频变压器的设计93.4.3 超声波接收电路处理模块10第4章超声波倒车防撞

2、系统的软件设计124.1 单片机编程语言的选择124.2 主流程图设计124.3 倒车雷达报警器其他子程序设计134.3.1 数据采集处理子程序134.3.2 中继子程序14433报警子程序程序设计154.4 超声波测距软件设计15第5章结论17参考文献18第1章前言随着我国的汽车数量在日益变多，现在最大的问题就是停车难的问题，很多有车一族对于狭小的停车场也是头疼，如果稍微有个不小心，就会产生碰撞，更让人觉得心烦意乱了。哪怕是每一辆汽车上面都安装有后视镜，但还是有一些地方处于后视盲区使驾驶员看不到的。驾驶员在进行倒车、在停车过程中使用车内的安全辅助装置，即雷达倒车。它可以通过声音或图像观察汽车

3、和驾驶员周围的障碍物，可以提高驾驶的安全性，并消除一些死角缺陷和视力模糊。让驾驶员在倒车、停车以及启动车子的时候不再需要前后左右的去观察周遭情况。第2章超声波倒车防撞系统的工作原理2.1 超声波的概念当物体在进行震动，并且震动的频率在20HZ到20KHZ之间时，便产生了声音，如果希望通过超声波进化，振荡频率必须超过20kHz的机械波。超声波可以说具有两种特定形式,超声波是由弹性介质中的机械振动产生的，一种是纵向振动（一般称为纵波）,另一种是横向振动（一般称为横波），垂直振动是一种状态下应用最广泛的。也可以固体，液体和气体传播。但是在三种介质中超声波的传播速度是不一样的，而且，超声波在实际传输过

4、程中可以发生发射或折射现象，速度会慢慢的减小，比如说，超声波在气体中进行传播的时候，所产生的频率就会很低，大概是在几十KHz,而且衰减速度比较快；在液体或者是固体中进行传播的时候，超声波的震动频率相对来说却是比较高的，逐渐衰减的速度对比在空气中传播的要小些，并且传播的距离比较远。为了在反方向上使用超声波，有必要产生和接收超声波。能够满足这些条件的功能设备通常是超声波传感器，超声波传感器有一个发送器/接收器，但超声波传感器还可以产生两种功能，用于发送和接收声波。通常使用两种类型的超声波传感器。其中之一是机械产生超声波，例如空气哨，电流槽和哨子。另一种方式是使用诸如磁致伸缩的电子设备产生超声波。2

5、.2 超声波传感器的特性主要特性包含有：频率特性和指向特性。2.2.1 频率特性图2-1超声波传感器的升压能级和灵敏度我们最好在中间，附近使用40kHz交流电压来刺激超声波辐射传感器，因为当它的频率到达40KHZ的时候，所形成的压能级跟机械波都是最高最强的，在40KHZ频率两旁的压能级会很快地变小。2.2.2 指向特性最常用的超声波传感器，内部的压电板是小板，表面上的点可以用作振动源，并且根据振动源发射小波。某个离开了超声波传感器空间的声压，它所辐射出来的子波产生的结果是具备指向性的；从振荡源辐射出来的子波则是无指向性的。如图2-2所示。图2-2超声波传感器指向特性及结构传统超声波传感器的定向

6、角通常在40到80度的范围内，当它的指向角达到0度的时候所形成的电压是最大的，而当随着角度的渐渐增大，产生的电压就会渐渐变小。2.3 超声波倒车防撞系统原理通常我们用超声波测量的两种方法，其中一个是输出的平均电压脉冲，电压与距离成正比,这样的距离变得可见当测量电压,另一种方法是测量输出的脉冲宽度即超声波接收和传输之间的时间间隔。在超声波检测系统中，发送端接收到输出的方波脉冲，超声波传输的时间间隔等于宽度。当测量对象的距离大时，形成的脉冲的宽度宽，并且测量的距离与输出信号的脉冲数成比例。一般电路所采用的是第二种对输出的脉冲宽度精心测量。超声波在标准空气中传播时，它的速度是331.4ms,假如我们

7、用12。MHZ的晶振作用到单片机上来进行计时的话，则设计的系统它的测量精度从基本理论上来看的话,可能会达到毫米级的。设计超声波测距算法：机载超声波传输速度为340米/秒(15摄氏度)。X2是声波,X1是声波。发出声音时，X2-X1是视差的绝对值，X2-X1=0.03秒，340米X0.03秒=10.2分钟。因为在10.2分的时间里，超声波发出到碰到返射物进行返回的距离如下：340(X(X2-X1)(S)1-2图2-3测距原理第3章超声波倒车防撞系统的硬件设计基于单片机的测距报警器电路是一种单片机系统，其数字显示在运行过程中通过速度指示电路，可以知道目前汽车的距离输出，在行使到自己设定好的上限倒车

8、距离时，报警电路就会进行报警提示，这样驾驶员就知道目前的汽车倒车危险，驾驶员在看到报警之后就会及时做好反应，并进行调整，以此确保人身安全。单片机内已经设定好的值与实际的产生的数值进行比较，如超出了通过系统输入设定的最大值，便能够对汽车倒车安全距离进行判断，并经过蜂鸣器来进行报警提醒。电源电路时钟电路复位电路图3-1倒车雷达报警器原理图3.1 单片机的选用作为低电压处理器，AT89C51单片机一直是一些主要控制电路的首选，在单片机的256字节RAM中存储数据，装置是采用的非易失性存储器技术具有很高的密度，它还配备了两个高性能的16位计数器，4K字节CMc)S微控制器，能够将程序中的数据读取出来。

9、如果微控制器需要进入环路复位状态，则需要设置复位电路高电平。当单片机复位后，程序就会从第一条指令开始重新运转。RESETRDWR01234567T1ToAp1p1p1p1mp1p1p1N41o-EAXXRXDTXDA1EPPSEKOI5A34S6-Pppppppp图3-2单片机取小系统3.2 单片机系统3.2.1 时钟模块硬件电路DS1302数据输入从低阶O开始。执行8位控制命令后，在下一个脉冲的下降沿读出数据值。S1302是一种低功耗、高性能的实时时钟芯片。它只需要三条线就可以连接到微控制器。它使用三线的SP1接口与CPU同步通信，并发送多个字节的数据RAM或时钟信号。该系统的时钟电路常用于

10、单片机的最小系统中，因此设计的电路非常可行和稳定。图3-3模块电路时钟硬件图ATWCSB3.2.2 复位电路复位信号为高电平有效。单片机在第9个引脚加入高电平2us以上才可以完成重置操作。如果RST端子产生宽度小的脉冲，则可以有效地实现手动复位和自动复位。必须通过RST引脚将T89C51复位信号施加到微控制器芯片的施密特触发器。电容上的电压值会慢慢增大是因为时间的噌加，这使得RST引脚的电压值也会随之下降，当降到低电平的时候，便会让单片机回到正常状态，也称之为上电为复位。在12MHz时钟时，一般C7取22F,R2可取IkC,需要持续达到2S以上才可以使得复位操作完成。P1OP11PINr3P1

11、P15P1rIHTOP22TOT1CVPPXTA11XarA1NIMCSETKXOTXOVCCGMO图3-4晶振电路与复位电路3.2.3 振荡电路XTA12触点是放大器的输出。如果微电路外部的晶体振荡器需要连接到两个电容器，它必须通过XTA1I和XTA12。机器的周期信号由作为系统时钟信号通过分频器的振荡电路脉冲产生，并且基于原始双向频率，A1E信号由三频率频率产生。下面的图3-5显示了振动模式。3.33.4 外接采集节点模块电路根据电路图，系统可分为键盘、显示器和蜂鸣器四个部分。各部分协同工作，实现换向报警监控功能。3.4.1 显示电路设计液晶显示采用1CD1602,使控制系统在没有计算机的

12、情况下也能正常工作，直观。显示电路主要通过键盘实现对车辆功能和电流参数的设置。ATWCSI”：鲁2金EmF20n1R2ssmIUCDTXD点u1,r1gmMD31D41D51D6ID7ISUI而图3-61CD显示原理图与相同的图形格网液晶模块相比，液晶模块的结构比硬件电路或显示程序小得多，模块的价格略低于图形模块，1CD模块有相同的网格。该系统允许通过键盘设置进行数据交换，并在人与计算机之间进行良好的交互。3.4.2 蜂鸣报警器传声器的声音检测模块作为探测器的内部阻力大幅下降电话筒的方向流过水平转换电路改变晶体管实现声音的目的来确定是否健康。三极管采用8050NPN型晶体管它的基础连接到端口P

13、2.6。如图3-7所示，当它是高的三极管是开的，当它是低的三极管是关的，如果速度读数太高，提示蜂鸣器报警。VCC图3-7蜂鸣器与单片机的接口电路图报警电路如图3-7所示。监控P2单片机端口，P2.3至P2.6四个1ED端口控制P2和报警，如图所示。3.4.3 WSB接电路相机必须具有USB接口,由于用于从系统捕获图像的相机具有USB接口。S3C2440A有两个USB主控制器和一个USB设备控制器。连接外部USB摄像头需要USB接口。因此，必须使用USB主控制器。USB接口有四条DATA+和DATA信号线，电源线VCC和GND,两条电源线和两条信号线。数据传输方法是串行传输。USB接口速度快，最

14、新的USB2.0高达480MbPS可满足各种工业和个人需求。USB输出电压和电流：+5V,500mAo事实上，偏差是存在的。最大值不应超过+/-0.2V,即4.8-5.2V。使用USB接口无法更换阳极和阴极，不然会烧坏USB设备或主机芯片。USB接口还必须设计有保护电路，以防止由于过流，过压和瞬态ESD电压而损坏USB接口。3.5 超声波测速模块3.5.1 超声波发射模块系统中使用的测量模块的超声信号由软件生成。因此，在超声换能器将超声电信号转换成机械波之前，在适当的激励电路中处理超声电信号以激励超声换能器。该过程中超声波发射器的配置如图3-8所示。3.5.23.5.3 高频变压器的设计3.5

15、.4 变压器是改变线路电压的器件，在初级线圈通入交流电流时，磁芯产生交流磁通，此时次级线圈就能够产生感应电压。磁通密度由磁芯的材料决定，对于本设计中使用的反激变压器，磁通密度在理论上可为正负。3.5.5 超声波接收电路处理模块(1)精密放大电路在接收到超声回波信号后，接收电路对其进行处理，输出包含流量信息的模拟信号,并输入数字信号处理电路进行进一步处理。为此在精密放大之前必须经过二极管双向限幅环节对接收信号放大器的输入电压进行箱位,来保护后续的放大电路。如图3-10所示:(2)带通滤波电路在带通滤波器中，如图3-11所示，使用集成运算放大器构造具有电压控制的二次带通滤波器电路。第4章超声波倒车防撞系统的软件设计4.1 单片机编程语言的选择51系列微控制器支持BAS1C,P1/M,汇编器和C语言。C语言通常是UN1操作系统的语言，C语言也称为结构化语言。与汇编相比，C具有以下优点：首先，C语言不需要知道MCU指令集，它只需要对存储器结构有基本的了解。并提供许多类型的数据和运算符以便于编程。C语言还具有丰富的函数库，不仅可以加速