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超声波测距汽车倒车防撞报警器设计
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、超声波发射接收子程序、距离计算子程序及显示子程序等部分组成。本设计由AT89C2051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：AT89C2051、超声波、数码管、汽车倒车
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Auto reverse bull alarm design
Aurhor: Hu Chang Sheng
Tutor: Wang Er Ping
Abstract
This design uses the ultrasonic ranging, can be used for car parking safety auxiliary devices, to sound and more ocular LED display told the driver of the car around obstacles, lifting the driver in the parking and starting vehicles around when visiting caused the trouble, and help eliminate the vision blind Angle and the driver of sight fuzzy defects, improve the safety car parking.
The design of hardware mainly by single-chip microcomputer control circuit, ultrasound circuit, ultrasonic receiving circuit, digital circuit, the pipe display circuit and alarm circuit composition, the software of mainly by the main program, ultrasound receiving interruption program, distance subroutines and display subroutines components. This design by single chip microcomputer AT89C2051 control time count, the calculation to receive from launch ultrasonic round-trip time, use of ultrasonic transmission speed in the air, so as to get the distance. The design of the circuit design simple, reasonable stable and good performance, test speed, simple calculation, easy to do real-time control, and in the measurement error can achieve simple industrial practical requirement.
Key words: AT89C2051 ,Ultrasonic, Digital tube,Automobile reverse
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1. 绪论 ...................................................................................................................................... 1
1.1课题研究背景及目的 ................................................................................................... 1 1.2课题国内外研究状况 ................................................................................................... 2 1.3课题研究方案比较 ....................................................................................................... 4 1.4论文构成及研究内容 ................................................................................................... 4 2.超声波基本发展史及原理 .................................................................................................... 5
2.1超声波发展简史 ........................................................................................................... 5 2.2超声波的应用 ............................................................................................................... 6 2.3超生波测距方法 ........................................................................................................... 9 3.系统整体设计 ...................................................................................................................... 11
3.1系统整体设计框图 ..................................................................................................... 11 3.2硬件选型 ..................................................................................................................... 11
3.2.1超声波探头的中心频率及主要参数 ............................................................... 11 3.2.2单片机的选择 ................................................................................................... 13 3.2.3其他元器件的选择 ........................................................................................... 13
4.硬件电路设计 ...................................................................................................................... 14
4.1单片机外围电路设计 ................................................................................................. 14 4.2超声波发射电路设计 ................................................................................................. 15 4.3超声波接收电路设 ..................................................................................................... 15
4.3.1CX2016A简介................................................................................................... 15 4.3.2超声波接收电路 ............................................................................................. 17 4.4 LED显示电路 ...................................................................................................... 18 4.5报警电路设计 ............................................................................................................. 19 5.软件系统设计 ................................................................................................................ 20 5.1 程序流程设计 ............................................................................................................ 20 5.2汽车倒车报警器程序的程序清单 ............................................................................. 21 6.总结 ...................................................................................................................................... 26 附录 .......................................................................................................................................... 27
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1. 绪论
1.1课题研究背景及目的
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。另外，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便利的同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。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，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
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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课题国内外研究状况
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。经过多年的发展，倒车雷达系统已经历了六代技术改良，不管从结构外观上还是性能价格上，这六代产品都各有特点。
第一代：倒车时通过喇叭提醒。“倒车请注意、倒车请注意!”，想必不少人还记得这种声音。现在第一代的倒车雷达只有小部分大卡车、泥头车在使用。只要司机挂上倒车档，喇叭就会响起，提醒周围的人注意。从某种意义上说，这对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达，只是在提示路人小心。该类产品价格便宜，但基本属于淘汰产品。
第二代：采用蜂鸣器产生不同声音来提示驾驶员。在倒车时，蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的响声，这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时在车后一定距离内有障碍物，蜂鸣器就会开始工作，蜂鸣声音越急，表示车辆离障碍物越近。因为没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车体有多远，所以对驾驶员帮助不大。
第三代：数码波段显示的倒车雷达系统。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。显示车后障碍物和车体之间距离的方式有两种：一种是数字显示方式，通过LED显示车体与障碍物间的距离；另一种是用颜色来区别：绿色代表安全距离，黄色代表警告距离，红色代表危险距离。这一代倒车雷达已经比较先进了，缺点是精确度不高、安装不美观。
第四代：液晶荧屏动态显示。这一代的倒车雷达有一个质的飞跃，可以看清车体与障碍物之间的实际距离和其图像效果。此类倒车雷达不用挂倒车档，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，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。但这一代的产品灵敏度不太高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。
第五代：魔幻镜倒车雷达。结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技