摘要
随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以STC89C52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明.实现障碍物的距离测试、显示和报警，超声波测距范围30CM-300CM，精度在十厘米左右。
这套系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，经过系统扩展和升级，可以用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：测量液位、井深、管道长度等场合。可以广泛应用于工业生产、医学检查、日常生活、无人驾驶汽车、自动作业现场的自动引导小车、机器人、液位计等。
关键词: STC89C52，超声波，传感器，LCD，测量距离
Abstract
Along with the science and technology fast development, the ultrasonic wave more and more will be broad in the science and technology application .This article has carried on the theoretical analysis to the ultrasonic sensor range finder possibility, the use simulation electron, the digital electron, the microcomputer connection, the ultrasonic wave transducer, as well as the ultrasonic wave in medium knowledge and so on dissemination characteristic, uses take STC89C52monolithic integrated circuit as the core low cost, the high accuracy, the microminiaturized numeral demonstrated the ultrasonic wave distance gauge the hardware electric circuit and the software design method has designed the system overall concept in this foundation, finally has realized each function module through the hardware and the software.
Key words: STC89C52, ultrasonic wave, sensor, LCD, Measuring distance
桂林电子科技大学毕业设计报告用纸
目录
1 引言 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 课题设计的意义： (1)
1.3 超声波测距在汽车上应用的介绍： (1)
2 课题的方案设计与论证 (3)
2.1 系统总体设计 (3)
2.2 设计方案的论证 (5)
3 系统的硬件结构设计 (6)
3.1 单片机的选择 (6)
3.2 发射电路的设计 (11)
3.3 接收电路的设计 (15)
4 系统软件的设计 (22)
4.1 超声波汽车防撞电路的算法设计 (23)
4.2 主程序流程图 (24)
4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序 (26)
5 调试 (28)
5.1 硬件调试 (28)
5.2 软件调试 (29)
总结 (31)
致谢 (33)
附录1： (35)
附录2： (37)
附录3： (39)
1 引言
1.1 课题背景
随着经济的发展与汽车科学技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。同时，随着汽车工业的飞速发展，汽车的产量和保有量都在急剧增加。但公路发展、交通管理却相对落后，导致了交通事故与日剧增，城市里尤其突出。智能交通系统ITS是目前世界上交通运输科学技术的前沿技术，它在充分发挥现有基础设施的潜力，提高运输效率，保障交通安全，缓解交通赌塞，改善城市环境等方面的卓越效能，已得到各国政府的广泛关注。中国政府也高度重视智能交通系统的研究开发与推广应用。汽车防撞系统作为ITS发展的一个基础，它的成功与否对整个系统有着很大的作用。从传统上说，汽车的安全可以分为两个主要研究方向:一是主动式安全技术，即防止事故的发生，该种方式是目前汽车安全研究的最终目的;二是被动式安全技术，即事故发生后的乘员保护。目前汽车安全领域被动安全研究较多，主要从安全气囊、ABS(防抱死系统)和悬架等方面着手，以保证驾乘人员的安全。从经济性和安全性两方面来说，这些被动安全措施是在事故发生时刻对车辆和人员进行保护，有很大的局限性，因而车辆的主动安全研究尤为重要，引出了本文研究的基于单片机的超声波测距系统。这个系统是一种可向司机预先发出视听语音信号的探测装置。它安装在汽车上，能探测企图接近车身的行人、车辆或周围障碍物;能向司机及乘员提前发出即将发生撞车危险的信号，促使司机采取应急措施来应付特殊险情，避免损失。
1.2 课题设计的意义
随着现代社会工业化程的发展，汽车这一交通工具正为越来越多的人所用，但是随之而来的问题也显而易见，那就是随着车辆的增多，交通事故的频繁发生，由此导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。
对于公路交通事故的分析表明，80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的，超过65%的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1S意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。
因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。显然，此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。
1.3 超声波测距在汽车上应用的介绍：
超声波倒车测距仪( 俗称电子眼)是汽车倒车防撞安全辅助装置 ,能以声音或者更为直观的数字形式动态显示周围障碍物的情况。其较早的产品是用蜂鸣器报警 ,蜂鸣声越急 ,表示车辆离障碍物越近。后继的产品可以显示车后障碍物离车体的距离。其大多数产品探测范围在0.4～1.5 m,有的产品能达到 0.35～2.5 m,并有距离显示、声响报警、区域警示和方位指示 ,有些产品还具备开机自检功能。目前市场上还出现了具有语音报警功能的产品。这些产品存在的主要问题是测量盲区大 ,报警滞后 ,未考虑汽车制动时的惯性因素 ,使驾驶者制动滞后 ,抗干扰能力不强 ,误报也较多。汽车防撞雷达之所以能实现防撞报警功能, 主要有超声波这把无形尺子, 它测量最近障碍物的距离, 并告诉给车主。其实超声测距原理简单: 它发射超声波并接收反射回波, 通过单片机计数器获得两者时间差t, 利用公式S=Ct /2计算距离, 其中S为汽车与障碍物之间的距离, C为声波在介质中的传播速度。
本文介绍的超声测距系统共有2只超声波换能器( 俗称探头) , 分别布置在汽车的后左、后右2个位置上。能检测前进和倒车方向障碍物距离, 通过后视镜内置的显示单元显示距离和方位, 发出一定的声响, 起到提示和警戒的作用。系统采用一片STC89C52单片机对两路超声波信号进行循环采集。
超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。
超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。本设计属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现触发单元。
利用超声波测距的工作，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。其主要有三种测距方法：
（1）相位检测法，相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；
（2）声波幅值检测法，声波幅值检测法易受反射波的影响；
（3）渡越时间检测法，渡越时间检测法的工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。其原理为：检测从发射传感器发射超声波，经气体介质传播到接收传感器的时间，这个时间就是渡越时间。
本设计的超声波测距就是使用了渡越时间检测法。在移动车辆中应用的超声
波传感器，是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性（纵波），通过接
收自身发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速
度，计算传播距离，从而得到障碍物到车辆的距离。
2 课题的方案设计与论证
2.1 系统总体设计
系统总体框图
构成超声测距系统的电路功能模块包括发射电路、接收电路、显示电路、核
心功能模块单片机控制器及一些辅助电路。采取收发分离方式有两个好处：一是
收发信号不会混叠，接收探头所接收到的纯为反射信号；二是将接收探头放置在
合适位置，可以避免超声波在物体表面反射时造成的各种损失和干扰，提高系统
的可靠性。
图2-1 超声波汽车防撞原理框图
根据设计要求并综合各方面因素，选择了西安立宇电子科技有限公司的超
声波测距传感器 TCT40－16T/R （T 表示发射传感器，R 表示接收传感器），
最大探测距离为 6m ，发射扩散角为 60度。
超声波传感器有两块压电晶片和一块共振板。当它的两电极加脉冲信号(触
发脉冲) , 若其频率等于晶片的固有频率时,压电晶片就会发生共振,并带动共
振板振动,从而产生超声波。相反, 电极间未加电压,则当共振板接收到回波信号
时,将压迫两压电晶片振动,从而将机械能转换为电信号,此时的传感器就成了超
声波接收器。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶
瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正
比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的
测量时应用低频率的传感器。超声波传感器用来分析共振频率附近的超声波换能
器的特性:换能器的器械能用Qm ;电能用Qe 表示。Q 恰好是电路的串联支路的
Q 值。设换能器在空载( Z1 = 0) 和有载( Z1 = R1) 时的Q 值分别为Qm0 、Qm ,
则有
0100101R W C R W L Q m ==
)
(110011001R R W C R R W L Q m +=+= 0000R W C Q e =
)(1000R R W C Q e +=
超声波换能器的工作效率为
11R R R +=η 相临两片的压电陶瓷片极化方向相反，芯片的数目成偶数，以使前后金属盖
板与同一极性的电极相连，否则在前后盖板与芯片之间要垫以绝缘垫圈，会导致
结构不必要的增大，两芯片之间，芯片与金属盖板间通常以薄黄铜片（厚度小于
0.1mm ），作为焊接电极引线用；芯片，电极铜片用强力胶胶合，在压电组件的中
央部分用结合轴与圆锥状谐振子连成一体，圆锥状谐振子的边缘部分装有圆环弹
性橡胶减振器，使之与外壳固定，起声阻匹配作用。在电——声变换部分的前面
的超声波束整形板，是对应圆锥状谐振子的振动模式设置的几个开口，使超声波
波束指向尖锐，吸声片吸收多余反射声波。
目前市面上出售的超声波传感器种类有通用型，拓宽型，宽带域型，防水型和高
频型等这几类。虽然通用型超声波传感器有频率带宽较窄的缺点，但是却可以换
来高灵敏度，抗噪声干扰强的优点。超声波基本应用电路主要分为三类：
1）直射型，主要用于遥控及报警电路
2）分离反射型，主要用于测距，料位测量等电路
3）反射型，主要用于材料的探伤，测厚电路。
鉴于成本的考虑，选用了普通的T/R-40系列的超声波发射/接收传感器。
T/R-40系列超声波传感器典型的工作频率为（39-41）KHZ ，其具体参数见表2.1
和表2.2。
表2.1 外形尺寸（T/R-4—XX 中的“XX ”表示传感器的外径尺寸）
传感器位置
由于是测距系统是采用超声波发射和接收分离反射型结构，所以发射头和接收头应该在同一平行直线上。出于距离和发射夹角所引起的误差以及超声波信号在传播过程中衰减问题的考虑，发射和接收探头距离不可以太远，而又为了避免发射头对接收头接收信号产生的干扰，二者也不能间隔太近。经过参考前人的经验以及调试时的实际情况，应保持超声波发射头和接收头中心轴线平行并相距4-8cm即可。
2.2 设计方案的论证
超声波探测技术主要用于中程测距、结构探伤、智能控制等领域，超声波换能器是其核心部件，换能器按其工作介质可分为气相、液相和固相换能器；按其发射波束宽度可分为宽波束和窄波束换能器；按其工作频率又可分为38KHz、40KHz等不同等级。本设计选用气相、窄波束、40KHz的超声波换能器。
当利用超声波探测器测距时常用两种方法——强度法和反射时间法，强度法是利用声波在空气中的传输损耗值来测量被测物的距离，被测物越远其反射信号
越弱，根据反射信号的强弱就可以知道被测物的远近，但在使用这种方法时由于换能器之间的直接耦合信号很难消除，在放大器增益较高时这一直接耦合信号就可使放大器饱和从而使整套系统失效，由于直接耦合信号的影响强度法测距只适合较短距离的且精度要求不高的场合。
反射时间法其原理是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T利用公式S=V×（T/2）(其中S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时间（2
=）计算出路程，这种方法不受声波强度的影响，
T+
1T
T
直接耦合信号的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服，因此这种方法非常适合较远距离的测距，如果对声速进行温度修订，其精度还可进一步提高，本设计中选用此方法。
而超声波传感器一般要在40KHZ才能得到最大的震荡，超声波才能传的更远，而要产生40KHZ的方波可以直接通过单片机输出PWM信号或通过外部震荡电路来产生，这里我采用的是52单片机，没有多余的资源完成这么多工作，故摒弃了由单片机直接产生PWM信号的方式，而采用了外部电路产生。
单片机的功能特点及测距原理
40KHZ的发射频率由NE555提供给软件进行处理控制发射及停止，回波经过STC89C52对接收到的信息进行处理后，被测的距离在LCD上显示，显示部分采用动态扫描显示。满足显示精度；若该距离小于预置的汽车低速安全刹车范围(如：1m或0.5m)，报警电路发出适当的警告提示音，由P2.4口的蜂鸣器输出控制报警电路的工作。
3 系统的硬件结构设计
3.1 单片机的选择
在系统的设计中，选择合适的系统核心器件就成为能否成功完成设计任务的关键，而作为控制系统核心的单片机的选择更是重中之重。目前各半导体公司、电气商都向市场上推出了形形色色的单片机，并提供了良好的开发环境。选择好合适的单片机可以最大地简化单片机应用系统，而且功能优异，可靠性好，成本低廉，具有较强的竞争力。目前，市面上的单片机不仅种类繁多，而且在性能方面也各有所长。一般来说，选择单片机需要考虑以下几个方面：（1）单片机的基本性能参数。例如指令执行速度，程序存储器容量，I/O引脚数量等。
（2）单片机的增强功能。例如看门狗、多指针、双串口等。
（3）单片机的存储介质。对于程序存储器来说，Flash存储器和OTP（一次性可编程）存储器相比较，最好是Flash存储器。
（4）芯片的封装形式。如DIP（双列直插）封装，PLCC（PLCC有对应插座）封装及表面贴附等。
（5）芯片工作温度范围符合工业级、军工级还是商业级。如果设计户外产品，必须选用工业级。
（6）芯片的功耗。比如设计并口加密狗时，信号线取电只能提供几mA的电流，选用STC单片机就是因为它能满足低功耗的要求。
（7）供货渠道是否畅通、价格是否低廉。
（8）技术支持网站的速度如何，资料是否丰富。包括芯片手册，应用指南，设计方案，范例程序等。
（9）芯片保密性能好、单片机的抗干扰性能好。
STC89系列单片机是MCS-51系列单片机的派生产品。它在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，DIP40封装系列与8051为pin-to-pin兼容。STC89系列单片机高速(最高时钟频率90MHz)，低功耗，在系统/在应用可编程(ISP，IAP),不占用户资源。根据本系统的实际情况，选择STC89C52单片机，
单片机(STC89C52)外观如图3-1
图3-1 STC89C52 外观
单片机(STC89C52)的引脚功能图3-2
图3-2 STC98C52引脚图
单片机的引脚功能说明：
1. 电源引脚
Vcc 40脚正电源脚，工作电压为5V。GND 20脚接地端
2. 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
为了产生时钟信号，在8052内部设置了一个反相放大器，XTAL1是片内振荡器反相放大器的输入端，XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。当使用自激振荡方式时，XTAL1和XTAL2外接石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率振荡，就产生时钟信号。
产生时钟信号电路如图 3-3：
图 3-3 时钟信号电路
本系统使用的石英晶振频率为12MHZ。
3.复位RST 9脚
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，52芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的0000H处开始运行程序。常用的复位电路如下图所示。
图3-4 复位电路图
复位电路是手动复位电路如图3-5：
图3-5 复位电路图
4.输入输出(I/O)引脚
Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，称为P0口，是一个8位漏极开路型双向I/O口。内部不带上拉电阻，当外接上拉电阻时，P0口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载电路。通常在使用时外接上拉电阻，用来驱动多个数码管。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，不需要外接上拉电阻。
Pin1-Pin8为P1.0-P1.7输入输出脚，称为P1口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/0口。P1口能驱动4个LSTTL负载。通常在使用时外不需要外接
上拉电阻，就可以直接驱动发光二极管。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对于输出功能，在单片机工作时，我们可以通过用指令控制单片机的引脚输出高电平或者低电平。如：指令CLR ，清零的意思。
CLR P1.0 ；让单片机从第一脚输出低电平。指令 SETB，置1的意思。
SETB P1.0 ；让单片机从第一个脚输出高电平。
Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，称为P2口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。
Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚，称为P3口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口能驱动4个LSTTL负载，这8个引脚还用于专门的第二功能。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。
P1－3端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。除此之外P3端口还用于一些专门功能，如下表。
5.其它的控制或复用引脚
(1) ALE/PROG 30 访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)。在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲PROG
表3—1 P3口专门功能
(2) PSEN 29 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89C51由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。
(3) EA/Vpp 31 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使AT89S51只访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电平。对Flash存储器编程时，用于施加Vpp编程电压。
单片机最小系统电路图如下图3-6所示：
图 3-6 单片机最小系统图
3.2 发射电路的设计
本系统采用一个稍加变化的555多谐振荡器电路来产生40KHZ的方波。并由单片机I/O口来控制其发送与否。它具有占空比连续可调的优点，电路如下图所示。为了能连续调节占空比并能调节振荡频率，在555的第6脚和第7脚之间接有W1、W2、R2组成的调节网络。对C1充电时，电流是通过R1、W2、和W1，放电时，通过W1、W2、和R2。当R1＝R2，W2调到中心点或不用W2时，因充放电时间基本相等，其占空比约为50%，此时调节W1仅改变频率，占空比不变。如W2调节偏离中心点，再调节W1，不仅振荡频率改变了，而对占空比也有影响。W1不变，调节W2时，仅可改变占空比而对频率无影响。因此，使用电路时，应首先调节W1，使频率至规定值，再调节W2以获得合适的占空比。为保证驱动能
力，又为了在低电压下工作，故采用来放大信号，提高发射功率。输出40KHZ波形如图3-7。
图 3-7 输出波形图
发射电路图 3－8
图3-8 超声波发射电路
NE555N介绍
NE555时基集成电路是8脚的数字集成电路，是由21个晶体三极管、4个晶
体二极管和16个电阻组成的定时器，有分压器、比较器、触发器和放电器等功能的电路。它具有成本低、易使用、适应面广、驱动电流大和一定的负载能力。在电子制作中只需经过简单调试，就可以做成多种实用的各种小电路，远远优于
三极管电路,内部结构如图3-9。
它的各个引脚功能如下：
1脚：外接电源负端V
SS
或接地，一般情况下接地。
8脚：外接电源V
CC ，双极型时基电路V
CC
的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基
电路V
CC
的范围为3 ~ 18V。
3脚：输出端Vo
2脚：T L低触发端
6脚：TH高触发端
4脚：D
R是直接清零端。当D
R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论T L、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：V
C
为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A
1、A
2
基准电压分别为
CC
CC
V
3
1
,
V
3
2
的情况下，555时基电路的功能表如表3-2示。
NE555时基集成电路的主要参数：电源电压4.5～16V，输出驱动电流为200毫安，作定时器使用时，定时精度为1％，作振荡使用时，输出的脉冲的最高频率可达500千赫。
（3）无稳类电路
作用：方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。
时基电路,可以作成:振荡器,也可以作放大用。
超声波发射电路原理图所示：由NE555 时基电路及外围元件构成40kHZ 多谐振荡器电路，调节电阻器RP 阻值，可以改变振荡频率，最终达到40KHZ。
同时用单片机控制NE555 第3 脚输出端驱动超声波换能器T40-16，使之发射出超声波信号。电路简单易制。电路工作电压5V，工作电流40~50mA。
用555定时器接成的多谐振荡器来驱动超声波发射传感器。555定时器外接电阻和电容构成的多谐振荡电路。振荡频率f主要取决于电阻R1（包括电位器的阻值）、R2和电容C1，当R1、R2 和C1固定时，改变电位器的阻值就可改变振荡频率，振荡幅度由电源电压来决定。
3.3 接收电路的设计
集成电路CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHZ与测距的超声波频率40KHZ 较为接近，可以利用它做超声波的检测接收电路。下面对红外遥控接收器集成电路CX20106A做一个简要的介绍。
CX20106A是日本索尼公司生产的彩电专用红外遥控接收器，采用单列8脚直插式，超小型封装。CX20106A的基本性能如下：(1）电源电压典型值5V，最大17V。(2）电源电流1.1～2.5mA(典型值为1.8mA)。(3）输出低电平0.2V。(4）电压增益77～79dB。(5）输入阻抗为27kΩ。(6）滤波器中心频率f0为30～60kHz。其内部结构如下图3-10所示。
图3-10 CX20106A内部结构图
各引脚功能（如下表3--3）
CX20106A该IC内部主要包括前置放大器，限幅放大，带通滤波，峰值检波，积分滤波及波形整形电路等。基本原理如下：接收换能器把超声波回波转换为相应频率的数字编码脉冲调幅波，并由1脚进入集成放大器的正相输入端。2脚是放大器的反相输入端，外接RC负反馈网络，可以决定和调节放大器的频率特性和电压增益，当电阻值小或者电容值大时，电压增益高，通频带窄；反之，电压增益低，通频带宽。在放大器输入端设置有ABLC电路（即自动偏压电路或者自动电平控制电路，它可使放大及限幅电路输出电平稳定的编码信号），可自动调整放大器的偏置电压，使放大器的输出电平稳定。然后，信号进入限幅放大器，可以滤除杂乱的寄生调幅和其他干扰，输出包络脉冲顶部平直的编码脉冲调幅波。信号再进入带通滤波器，滤除频率范围30-50KHZ以外的干扰信号。5脚外接电阻。调节其阻值可调节带通滤波器的中心频率值。然后信号进入峰值检波器，对编码脉冲的调幅波进行振幅检波，解调出数字编码脉冲信号，3脚外接电容是峰值检波器的滤波电容。检波出的信号再送到整形电路中进行波形转换与整形，最后由7脚输出数字编码脉冲信号，送至CPU去识别，处理。6脚外接积分电容，可以滤除已调波的载波频率分量。而由检波器输出的数据编码信号，CPU不能识别，故在检波器后设置由积分电路和磁滞回线型比较器组成的整形电路，整形电路是一种波形变换电路，它可将检波器输出的宽度编码脉冲整形变换为CPU所能识别的数字信号。而实用的波形整形电路是积分电路和施密特比较器组成的电路。
根据以上原理，超声波测距系统的接收电路如下图3-11所示。超声波接收换能
器将接收到的回波信号转换后经过0.056U的电容初步滤波后，进入CX20106A的1脚，经过CX20106A的前置放大器，限幅放大，带通滤波器（中心频率为40KHZ），检波器及比较器，最后经过内部的整形电路，从7脚输出至89C51单片机的外部中断0（P3.2）口。当芯片接收到40KHZ的信号时，7脚的输出由高电平转为低电平，单片机外部中断0口检测到输入信号的下降沿或者低电平时，立即产生中断，同时停止定时/计数器T0。从而得到超声波的回波时间t.
图3-11 声波接收电路
3.4 显示报警模块的设计
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。随着科技的发展，液晶显示模块的应用前景将更加广阔。
本系统选用LCD液晶ts12864－3显示器做为显示模块。
Ts12864-3引脚功能如下
摘要 随着中国经济的持续发展和汽车价格的持续下降，越来越多的家庭拥有自己的汽车，汽车的安全也成为亟待解决的问题。对汽车倒车预警技术的研究，具有重要的现实意义。基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达装置，安装在汽车上，可以及时了解前方与后方的障碍物情况，随时做出正确的判断，保障人类的生命安全。在此基础上，本文研究了基于51单片机倒车防撞报警系统，首先简要阐述了本文的研究背景、意义、超声波测距的基本理论，并介绍了超声波测距报警系统。根据型电气设备的设计要求，在传统非超声波测距系统的基础上，设计并实现了超声波测距报警系统。整个测距系统的实现包括数字电路设计、模拟电路设计和软件的编辑。 关键词：51单片机；倒车防撞报警系统；超声波测距
ABSTRACT As China's economy continues to develop and car prices continued to decline, more and more families have their own cars, car safety has become a problem to be solved. It is of great practical significance to study the warning technology of car astern. Ultrasonic range finder based on 51 single chip microcomputer of reversing radar system, installed on the car, can timely understand the front and rear obstacles, at any time to make the right judgment, to ensure the safety of human life. On this basis, this paper studies the reverse collision warning system based on 51 single-chip processor, this paper expounds the research background, significance of this article, the basic theory of ultrasonic ranging, and introduces the ultrasonic ranging alarm system. According to the design requirement of the electric equipment, the ultrasonic range alarm system is designed and implemented on the basis of the traditional non-ultrasonic range system. The implementation of the whole range system includes digital circuit design, analog circuit design and software editing. Keywords: 51 microcontroller; Reversing alarm system Ultrasonic ranging
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
Auto reverse bull alarm design 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 1. 绪论 (1) 1.1课题研究背景及目的 (1)
2009届本科毕业设计 汽车倒车防撞报警器 姓名： 系别： 专业： 学号： 指导教师： 2009年4月10日
商丘师范学院学士学位毕业设计 目录 摘要 (3) 关键词 (3) 0引言 (4) 1工作原理 (4) 1.1At89C2051单片机性能及特点 (4) 1.1.1 89122051主要特点 (4) 1.1.2硬件结构 (4) 1.2霍尔传感器的测速原理 (4) 1.2.1霍尔效应 (5) 1.2.2工作原理 (5) 1.2.3 测量磁场及工作设置 (5) 1.2.4霍尔电路设计 (6) 2 总体结构设计 (6) 2.2 单片机系统电路设计 (7) 2.2.1 超声波发射电路设计和超声波接收电路 (7) 2.2.2 测速电路 (8) 2.2.3 报警电路 (8) 2.2.4LED显示电路 (9) 2.2.5报警器外围接口电路如图五 (10) 2.3软件设计 (10) 2.4 程序设计 (10) 3结束语 (12) 参考文献： (12) 致谢 (12) 2
商丘师范学院学士学位毕业设计 汽车倒车防撞报警器 摘要 设计了一种汽车倒车防撞系统。该系统以AT89C2051单片机为控制核心，工作时，超声波传感器采集的教据，由控制核心快速计算出汽车车尾与障碍物的距离，并通过LED 显示提醒信息，该系统主要利用单片机的实时控制和数据处理功能，完成系统的控制。最后阐述了报警器的硬件电路原理及软件设计。 关键词 AT89C2051 ;超声波;传感器 Develop and research a system which based on AT89C2051 microchip and alarm avoid cars crashing when back-off Abstract For purpose of develop a system which avoid cars crashing when back-off ,the system based on AT89C2051 microchip .First,the ultrasound sensor collect data .Then,the microchip process the Date to get the distance between rear end of car and obstacle.When the distance beyond safe distance.The LED display alarm to alert drivers. The system make use of microchip a rear-time control and processing function.At last ,the paper also state the hardware circuit principle of alarm and software design. Keyword AT89C2051;ultrasonic;sensor 3
汽车倒车防撞雷达系统设计 摘要：本文在查阅分析了现有的几种不同测距原理后，确定了使用超声波测距，并对基于超声波测距的倒车雷达报警系统的设计进行了深入分析和研究。该系统分为系统控制模块、超声波发射模块、超声波接受模块、温度采集模块和液晶显示及声光报警模块。在硬件电路中，详细阐述了运用单片机技术实现的倒车雷达报警系统的测距实现原理，分析了以ATMEGA16单片机为主控单元的硬件系统和软件设计，并分别对每个模块进行了分析，使我们对该系统由较好的认识和理解。 关键词：倒车雷达超声波测距 1 概述 在现代社会中，随着汽车的增多和停车位日趋紧张，泊车成为很多车主头痛的问题，这时汽车倒车防撞报警系统就成了汽车的好助手。 汽车倒车防撞报警系统是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了倒车的安全性。 本系统以ATMEGA16作为核心处理器，采用超声波原理测量出障碍物距车尾的垂直距离。系统硬件原理图如图1.1： 图1.1 倒车雷达报警系统框图
该系统整体设计思路如下： 警报系统装于汽车尾部，与汽车倒车闸相连，当汽车倒车时，该报警系统开始工作。 ATMEGA16单片机为主控模块，将各个子模块联系起来共同工作，当超声波模块发出脉冲信号时，主控模块内部计数器开始工作。超声波接收模块接到障碍物反射回来的声波后将信号传递给主控模块，主控模块内部的计数器计数停止，从而得到声波往返所用时间。 温度采集模块不断测试环境温度，并将此信息传递给主控模块。主控模块根据温度得出此时超声波速度，进而计算出此时汽车尾部与障碍物的距离。 主控模块距离信息传递给液晶显示模块和声光报警模块，使液晶显示屏显示当前车尾与障碍物的距离，同时控制声光报警模块，当距离小于设定值时发出声光警报，从而提醒司机注意，防止倒撞。 2 系统硬件电路设计 系统电路主要由三大部分组成：（1）超声波发射接收模块；（2）ATMEGA16单片机主控模块；（3）距离显示模块和声光报警模块。细分为六个小模块，各模块分析如下。2.1 主控和接口模块 主控和接口模块如图2.1所示。 Atmega16是基于AVRRISC结构的高性能、低功耗、高集成化的8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，加上片内32 个通用工作寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器，大大提高了代码效率，运行速度比AT89C51高出10倍。 Atmega16的端口PC与JTAG接口相连。JTAG接口用于边界扫描，可以对片上16 KB 闪存Flash在线编程和调试，非常方便软件的升级，内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，如定时/计数器、实时时钟、快速PWM通道、A/D转换器、I2C 的串行接口、可编程的串行USART接口、SPI串行接口和带片内晶振的可编程看门狗定时器以及片内的模拟比较器等，除传感器外几乎可以不需要其他任何元件即可构成系统，从而为本设计提供了灵活而低成本的解决方案。 Atmega16的管脚19和管脚16分别与超声波发射模块和超声波接收模块0
基于超声波测距仪汽车防撞系统设计 摘要：STC89C52是STC系列单片机里应用比较广泛的一款，在自动控制领域里享有很高的价值，以其易用性和多功能性受到了广大电子设计爱好者的好评。本次设计主要是利用STC89C52单片机、超声波传感器完成测距报警系统的制作，以STC89C52为主控芯片，利用超声波对距离的检测，将前方物体的距离探测出来，然后单片机处理运算，与设定的报警距离值进行比较判断，当测得距离小于设定值时，STC89C52发出指令控制蜂鸣器报警。 关键词：超声波传感器 STC89C52 0 前言 由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。 1 总体设计方案及论证 1.1 总体方案设计 本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键控制、四位数码管显示、报警等子模块。电路结构可划分为：超声波传感器、蜂鸣器、
汽车倒车防撞报警器 一、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：。。。。 3）主要技术指标： 1、输入电源：车用直流电源，DC12V 2、发射频率： 40kHz 3、接收频率： 40kHz（中心频率） 4、报警音量：≥。。分贝 5、探测距离：三档可调 二、实物设计所能达到的功能及操作说明： 硬件设计： 采用51系列单片机中的简易型产品AT89C2051作为中央处理器，选用专用配对的超声波组件，进行超声波信号与电信号的相互转换，利用
超声波传感器的选频特性，对接收到的超声波信号进行幅值判断，从而达到不同距离的选择与报警的目的。 操作说明： 1、接上电源，红色电源指示灯点亮，同时数码管显示"0"，此时系统不发送超声波信号。 2、按动距离选择按键，蜂鸣器鸣叫，同时数码管显示0到3这几个数字，当显示1、2、3档时，设计与调试时设定的距离分别表示60厘米、50厘米、40厘米，只要有物体靠近探测器，就会发出"嘟、嘟、嘟"的报警声。 三、方案与论证： 1）汽车倒车防撞报警器的组成： 汽车倒车防撞报警器主要由超声波发生器、超声波发射电路、超声波接收电路、信号放大电路、直流控制电路、中央处理单元、数字显示电路、报警电路和距离选择电路等部分组成。发射电路发送超声波信号，当的射的信号被物体挡住时，反射回来的信号经接收器接收，进行两级放大后，再经倍压整流，形成一个直流控制电压，当这个电压值大于设定值时，表示物体离汽车的距离已小于设定距离，比较器输出低电平信号，系统据此判断出达到报警距离，驱动蜂鸣器进行报警，其框图如下：
课程论文 题 目：汽车倒车报警系统分析 学生姓名： 学 院：能源与动力工程学院 班 级：交通运输10-2班 指导教师： 2014年 1 月 3 日 学校代码： 学 号：
内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：汽车电子控制技术学院：能源与动力工程学院班级： 学生姓名：学号： _ 指导教师：陈永艳 一、题目 汽车倒车报警系统分析 二、目的与意义 根据《汽车电子控制技术》课程学习的知识，系统分析汽车倒车报警系统结构组成及基本的工作原理，掌握汽车电子控制系统的基本结构与原理。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 根据参考文献，系统学习并分析汽车倒车报警系统结构组成及基本的工作原理；按照《内蒙古工业大学课程设计说明书（论文）书写规范》撰写课程论文。 四、工作内容、进度安排 18周周末：根据任务书要求，查阅、学习相关参考文献； 19周周一：提交论文提纲； 19周周二—周四：根据指导教师修改后的论文提纲撰写论文初稿； 19周周四—周五：根据指导教师对论文的修改意见修改论文； 19周周五：提交论文。 五、主要参考文献 [1] 刘修文.实用电子电路设计制作[M]. 北京：中国电力出版社，2011 [2] 胡萍. 超声波测距仪的研制[J]. 计算机与现代化，2010(10):54-56. [3] 陈有卿, 谢刚,新颖电子模块应用手册[M]. 北京：机械工业出版社，2010 [4] 电子报社．电子报2010年合订本下[J] ．成都：四川科学技术出版社．2010 [5] 刘福太，梁发麦，魏书田，林红文.黄版电子电路[M].北京：科学出版社，2011 审核意见 同意。 系（教研室）主任（签字）赵明智 指导教师下达时间2013 年12 月27 日 指导教师签字：_______________
摘要 随着中国工业经济的不断高速发展，汽车行业成为了促进中国经济发展的不可或缺的一部分，近年来我国高速公路追尾碰撞事故频繁发生，而车载追尾碰撞预警系统在解决高速公路行车安全中具有良好的前景，科学技术的快速发展使得超声波技术在汽车领域中的应用越来越广泛。本文对超声波汽车防撞系统进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口技术、超声波换能器、以及超声波在介质中的传播特性等知识，采用以stc89c51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距的硬件电路和软件电路设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件个软件实现各个功能模块。 该设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示以及声光告警显示模块等部分组成，文中详细介绍了测距器的硬件组成、检测原理、方法以及软件结构。超声波发射模块中采用555定时器构成的时基电路，接收电路使用SONY公司的CX20106A红外检测专用芯片，该芯片常用于38kHz的检波电路，文中通过对芯片内部电路的仔细分析，设计出能够成功对40kHz超声波检波的硬件电路，并且增益可调，与传统超声波检波电路相比，电路变得精简，调试变得相对容易。测距器使用数码管显示目标物的距离。 为了保证超声波汽车防撞系统的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射装置、接收装置、超
声微弱信号放大、波形整形、速度变换电路及系统功能软件等做了详细说明.实现障碍物的测距、显示和报警，超声波测距范围0.6-2.0米，精度在10厘米左右。关键词：汽车防撞报警系统、STC89C51、传感器、LED显示、测量距离 Abstract With the rapid development of China industrial economy, the automotive industry has become an indispensable part of China promote economic development in recent years, the rear end collision accidents occur frequently in China, and the vehicle rear end collision warning system in the settlement of expressway traffic safety has a good prospect, the rapid development of science and technology makes the ultrasonic technology applied in automotive more widely in the field of. This paper analyses the theory of ultrasonic wave automotive collision avoidance system, the use of analog electronics, digital electronics, computer interface technology, ultrasonic transducer, and the ultrasonic propagation in the medium of knowledge, using low cost, using
北京电子科技职业学院 电信工程学院 毕业论文（设计） 课题名称：倒车防撞报警器的电路板设计 学生姓名：王胜 学号：20135006008 指导老师：李艳秋 评阅老师： 时间2016 年5 月
目录 一、前言 (2) 1、倒车报警器的介绍以及意义 1.1 国内外发展的概况以及存在的问题 (3) 1.2 倒车雷达的发展 (3) 1.3 本设计的目的 (3) 1.4 研究意义 (3) 2、传感器的相关技术介绍 (3) 2.1 传感器的类型选择 (3) 1.1.1 传感器的主要类型 (3) 1.1.2 倒车过程中选用的传感器 (3) 2.2 测距原理 (5) 二、正文 (3) 1、本设计的目的 (3) 2、条件 (4) 3、模型的建立 (6) 4、原理框图 (6) 5、工作原理 (7) 6、超声波测距误差分析 (9) 7、影响超声波探测的因素 (10) 三、元件选择清单 (13) 四、实验安装 (14) 五、系统调试 (16)
六、实验结果 (17) 七、小结 (18) .元器件介绍 (19) .结束语 (24) .参考文献 (24) .成绩评定 (25) 前言 随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。倒车事故屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车倒车防撞预警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离，低速状况，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性——折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用。针对我国交通安全的需要，以及国内外汽车电子技术的应用现状和发展趋势，综合汽车工程学、汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论，从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发，提出开发研制汽车防撞报警系统。目的在于当行车处于危险状态时，发出报警，提醒驾驶员或自动采用相应措施，从而减少或避免高速公路碰撞事故的生。 汽车倒车防撞测距报警器是国家八.五期间重点开发的重大科研项目之一。本设计将使报警器在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车，如果和制动系统联系在一起也可以形成自动刹车。众所周知，关于超声波
设计任务书 1、设计题目 汽车倒车报警器的设计 2、设计参数 设计要求： 自动实时分段显示距离并进行声音提示。 3、设计要求及工作量 三周内在设计教室中按要求完成各阶段任务及相应工作量。 设计工作量： 1)查阅资料，选择合适的设计方案。 2)设计完整硬件电路图，给出设计说明及相关电路参数的计算公式。 3)针对设计方案及硬件电路图，进行适当的误差分析。 4)根据以上内容撰写完整的课程设计报告。 设计进度安排: 1)查阅资料，优选方案(2天) 2)进入实验室，完成总体设计(4天) 3)完成硬件电路图，进行误差分析(5天) 4)撰写说明书，准备答辩(2天) 5)答辩(2天) 4、主要参考文献 [1]王雪文，张志勇．传感器原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，2004 [2] 王化祥，张淑英．传感器原理及应用(修订版).天津：天津大学出版社，1999 [3] 赵继文，何玉彬. 传感器与应用电路设计. 北京：科学出版社，2002 [4] 丁镇生. 传感器及传感技术应用.北京：电子工业出版社，2001 [5] 何希才. 传感器及应用电路.北京：电子工业出版社，2001
汽车倒车报警器的设计 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，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。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实用的要求。 关键词：传感器 AT89C2051 超声波汽车倒车报警 目录
摘要 近年来，随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高，我国的汽车数量正逐年增加。同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事故。据相关调查统计，15％的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。因此，增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。为此，设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。 超声波一般指频率在20 kHz以上的机械波，具有穿透性强，衰减小，反射能力强等特点。工作时，超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲，给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低，制作方便，但其传输速度受天气影响较大，不能精确测距；因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中本文根据声波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件，介绍了基于STC89S52单片机的超声波测距器。该设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示以及声光报警显示模块等部分组成，文中详细介绍了测距器的硬件组成、检测原理、方法以及软件结构。接收电路使用SONY公司的CX20106A红外检测专用芯片，该芯片常用于38kHz的检波电路，文中通过对芯片内部电路的仔细分析，设计出能够成功对40kHz超声波检波的硬件电路，并且增益可调，与传统超声波检波电路相比，电路变得精简，调试变得相对容易。 关键词：超声波；报警；STC89C52；调试；设计
倒车雷达电路种类较多，本文介绍基于单片机控制的倒车雷达系统，该系统采用通用型单片机作为控制电路，方便系统功能扩展。系统电路主要采用集成器件构成，外围元件少，电路简洁、调试方便、成本低，利于商品化生产。 0 引言 汽车倒车防撞预警系统即是俗称的倒车雷达，是汽车泊车辅助装置。在汽车倒车时，倒车雷达采用超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物的距离，当汽车尾部离障碍物的距离达到探测范围时，倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。当汽车尾部离障碍物的距离达到设定的安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车。现在生产的中高档小轿车大多数都配置有倒车雷达，而出于节省成本等方面的考虑，经济型小轿车、大客车等其他车辆都没有配置倒车雷达。有市场需求的产品，必然会带动产品的开发设计。 1 系统组成及工作原理 倒车防撞预警系统由四路收发一体封闭(防水)型超声波及其超声波发射与回波接收电路、超声波电信号放大电路、控制电路、LED数码管显示电路和蜂鸣器声音报警电路组成。系统组成框图如图1所示。
当汽车倒车时由倒车换挡装置自动接通系统，系统上电复位，进入工作状态。单片机产生一串40 kHz的矩形脉冲电压，经四选一模拟开关加到超声波发射与回波接收电路，经放大驱动超声波传感器发射出超声波，同时单片机开始计时。发射出的超声波碰到障碍物后形成反射波，部分反射波返回作用于超声波传感器，经超声波传感器的声／电转换，变成微弱的电信号，该微弱的电信号经放大、整形产生负跳变电压，向单片机发出中断申请。单片机收到中断申请的信号后，立即响应中断，执行外部中断服务程序，停止计时，得到超声波发送和返回的时间T，计算出发射点离障碍物的距离S，即：S=(C·T)／2。C是超声波在空气中的传播速度，在常温25℃时，C约为346 m／s。若发射出的超声波在测距范围内未遇到障碍物，直到单片机定时中断产生，执行定时中断服务程序，选择下一路，依次按后左路、后左中路、后右中路、后右路的顺序继续发射和接收超声波，并经过计算处理。四路探测处理完毕，选择四路中测出的最小距离值通过LED数码管显示出来。当最小距离值小于预先设定的报警距离时，单片机接通蜂鸣器的电源，蜂鸣器发出报警声。若四路探测无回波中断申请，则显示“-．--”，表明在安全距离内没有障碍物，再继续下一轮的循环探测处理。 2 系统硬件电路的设计 2．1 超声波发射与回波接收电路 超声波发射与回波接收电路的主要作用是提高驱动超声波传感器的脉冲电压幅值，有效地进行电／声转换，增大超声波的发射距离，并通过收发一体的超声波传感器将返回的超声波转变成微弱的电信号。超声波发射与回波接收电路如图2所示(画出一路，其他三路与该路一样)。
摘要 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，较详细的介绍超声波测距系统以及根据该系统设计的原理、方法和步骤，研制的汽车倒车防撞报警器。这种报警器在汽车倒车过程中达到极限位置的时候，能自动检测车尾障碍物的距离并发出声光报警，提醒司机刹车。本设计利用超声波传感器进行信号的发射和接收，包括发射、接收以及报警电路三个部分。超声传感器的主要元件是采用压电元件锆钛化铅（一般称为RZT），具有很强的方向性。报警电路部分是利用声光报警器，将信号传递之后，可实现语音报警。本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。 关键字：超声波；汽车倒车；防撞；报警器；传感器
1.系统方案设计 1.1 概述 随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量也在大幅攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行。 汽车倒车防撞测距报警器一般有四种：1嘀嘀声加闪光，2音乐声加闪光，3语音声加闪光，4倒车到危险距离时发出警报声的超声波倒车报警器，由于很多研究都采用的是特殊难购的专用元件，使其难以推广，本设计采用国内生产的通用元件，成本较低廉，本设计使其在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车，如果和制动系统联系在一起也可以形成自动刹车。 (1) 预警时间不足 最大有效探测距离的问题，大多数倒车雷达的最大有效探测距离：墙面小于2.5m,行人0.6-1.2 m。实验知道一些驾驶员的习惯初始倒车速度3-12km/月，即0.83-3.3 m/s, 。现以平均1.5 m/s计算，倒车雷达发现目标仅有1.67 s，对行人只有0.4-0. 8 s。如此以来，等报警器报警后汽车再减速就很紧张，明显感到预警时间不足。 (2) 反映速度迟钝 多数成品倒车雷达的显示速度因为考虑到抗干扰等因素，显示更新的速度约0.2-0.4s，即在0.2-0.4s显示一次距离，根据以上的推断，从倒车雷达发现目标到发出警报如果需要3s秒，这时车已经行使了0.45s，这显然感到反应迟钝。 (3) 探测盲区问题 多数倒车雷达的超声波传感器为2-3个，单个传感器的水平探测角度约60-70 °，这样势必造成2-3个盲区，如图1，而增加传感器的个数不但增加成本，而且提高报警器的故障率。另外，由于等同与水平探测角度的垂直探测角 1
目录 摘要 (1) 目录 (1) 绪论 (3) 第一章汽车防撞报警系统设计简介 (4) 1.1 设计概要 (4) 1.1.1设计任务与要求 (4) 1.1.2研究方法 (4) 1.1.3解决的关键问题 (4) 1.2 汽车防撞报警系统设计的意义 (5) 第二章设计思路分析 (7) 2.1 系统总体方案 (7) 2.2 工作原理 (8) 2.3 控制器AT89C2051的功能特点 (8) 第三章系统硬件电路设计 (9) 3.1 系统硬件方案设计 (9) 3.2 遥控器控制框图 (10) 3.3 工作原理剖析 (11) 3.3.1传感器的选择 (11) 3.3.2超声波的发射与接收电路 (11) 3.3.3测速原理 (12) 3.4 实物设计所能达到的功能及操作说明 (12) 第四章系统软件电路设计 (14) 4.1 主程序 (14) 4.2 串口通信模块——transplant．C (15) 4.3 程序编写 (16) 第五章调试与测试 (18) 总结 (19)
参考文献 (20) 附录1 (20) 附录2 (22) 致谢 (25)
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。
汽车倒车防撞报警器设计 摘要 本设计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。较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，它能发出声光报警，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。关键字:汽车倒车，防撞，报警器
DESIGN OF CAR REVERSING ANTI-COLLISION ALALM ABSTRACT The basic designing principle of the automobile anticollisionsystem and the problems existed in the domestic and internationalare analyzed. In this paper, Not only ultrasonic range meteringsystem also principle ,methods and procedures of the designaccording to the design were introduced. The car reversing upanticollision alarm is studied. When the distance reaches the limitpoint, the alarm can give out sound and Light alarm,reminding drivers to design includes sending,receiving and is sent and received by ultrasonic transducer,which isequipped with directivity. piezoelectric element is used ,generallycalled RZT. In anticollision circuit, acousto-optic anticollisionis applied for voice alarm. This designing adopts the commoncomponent of domestic manufacturers,
单位代码：005 分类号：IN 大学创新学院 本科毕业论文（设计） 题目：汽车倒车防撞系统设计专业：电子信息工程 姓名：楠楠
学号：0903024119 指导教师：延宁 职称：教授 毕业时间：二零一三年六月
汽车倒车防撞系统设计 摘要：本次设计主要是以AT89S52单片机作为主体设计的汽车倒车防撞系统，这种智能的系统给汽车在倒车时提供较高的安全性。该系统利用了超声波不用接触就能进行测量距离的特点，系统主要包括超声波发射电路模块,超声波接受电路模块，液晶显示模块以及声光报警电路模块。超声波探头主要是进行超声波的发射和接受部分，液晶显示主要是显示障碍物与车之间的距离，在超出所设定的距离时，蜂鸣器报警，同时发光二极管亮，提醒驾驶员采相应的措施。提高汽车在倒车过程中的安全性，能很有效的减少交通事故。 关键词：AT89S52；超声波；测量距离；防撞
The Design about Collision Avoidance System of Revering Abstract：This design is mainly based on AT89S52 single chip microcomputer as the main design of the automobile back-draft anti-collision system, this system of intelligent car provides high security in reverse. The system uses ultrasonic without contact can characteristics of distance measurement, system mainly consists of ultrasonic transmitting circuit module, ultrasonic receiving circuit module, liquid crystal display module and an acousto-optic alarm circuit module. The ultrasonic probe is mainly the ultrasonic transmitting and receiving part, LCD display between the obstacle and the vehicle distance, beyond the set distance, the buzzer alarm, at the same time the bright light emitting diodes, to remind the driver to adopt the corresponding measures. Improve the safety car in reversing the process, can be very effective to reduce traffic accidents. KEY WORDS: AT89S52, ultrasonic, measuring the distance,collision avoidance