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汽车倒车超声波报警器的硬件设计

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汽车倒车超声波报警器的硬件设计 (毕业设计39页、20212字)
摘要:由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量。本文详细介绍了一种超声波测距系统及根据该系统设计的汽车倒车防撞测距报警器。它能在汽车倒车时自动检测并显示车尾与最近障碍物之间的距离。当到达安全极限距离时, 它能发出声光报警, 提醒司机刹车。基于单片机的超声波测距系统,采用测量输出脉冲宽度,即发射与接收超声波的时间间隔,通过对单片机适时控制外围电路,并向外围电路提供频率振荡、数据处理和译码显示等信号。该超声波发射电路包括门控电路(RS触发器)及微分/整形电路,接收电路则由接收、放大及信号筛选、整形电路组成。通过对硬件电路的实际调试,得到的数据基本正确,证明此系统可靠以及具有一定实用价值。

关键词:超声波;测距;汽车倒车;超声波换能器


 
Automobile ultrasonic alarm reversing the hardware design
Abstract: Because the direction of the ultrasonic is very strong and the consumption of energy is very slow, the spreading distance is very far in the medium, the ultrasonic is often used in the measurement of the distance. The paper introduces minutely an ultrasonic distance measurement system and a kind of alarm designed and developed according to this system. When a car’s backing up, it can detect and display automatically the distance between the tail of the car and the nearest obstacle. If t he distance is to be safe value limited, the device will give a sounding and light alarm to warn the driver braking. This article describes an ultrasonic measurement system based on microprocessor. By measuring pulse’s width, that is the time interval between transmitting and receiving of the ultrasonic wave, the microprocessor control the peripheral circuits, and provide all kinds of signals, including frequency surging, data managing and coding display. This ultrasonic measurement system include transmitting part which contains the gating and differential circuits, and receiving part which contains the signal magnify and filtration circuits. According to the debugging results, we can prove that the system is correct and it has the practical value.

Keyword: Ultrasonic, Ranging, Reversing car, Ultrasonic transducer


 
目    录
第一章 前 言 1
1.1 选题研究背景、目的及意义 1
1.1.1 课题研究背景 1
1.1.2 选题的目的及意义 1
1.2 超声波测距系统研究现状以及存在的问题 2
1.2.1 超声波测距系统研究现状 2
1.2.2 探测盲区问题 3
1.3 论文的主要内容 3
第二章 超声波测距系统的原理 4
2.1 超声波的测距原理 4
2.1.1 测距的电路原理框图 4
2.1.2 工作原理 4
2.1.3 超声波测距的工作方式 6
2.1.4 信号处理技术 6
2.2 超声波探头的主要作用 7
2.3 小结 7
第三章 汽车倒车超声波报警器设计方案比较与选择 8
3.1 汽车倒车超声波报警器的总体方案设计 8
3.1.1 方案的拟定条件 8
3.1.2 模型的建立 8
3.2 超声波测距系统的器件选择 8
3.2.1 微控制器的选择 8
3.2.2 显示模块器件的选择 10
3.2.3 超声波传感器的选择 10
3.3 小结 12
第四章 超声波测距系统的硬件设计 13
4.1 硬件设计工具平台简介 13
4.2 超声波测距系统的硬件设计 15
4.2.1 超声波发射电路的设计 16
4.2.2 超声波检测接收电路的设计 17
4.2.3 超声波蜂鸣报警电路的设计 18
4.2.4 超声波系统键盘电路的设计 19
4.2.5 超声波滤波整流电路的设计 19
4.2.6 时钟和复位电路设计 20
4.2.7 扩展显示电路的设计 21
4.3 小结 22
第五章 超声波测距系统联机调试与结论 23
5.1 系统硬件电路调试与分析 23
5.1.1 调试仪器和内容 23
5.1.2 调试过程 23
5.1.3 测试数据及测试结果分析计算 24
5.2 系统源程序的调试过程 26
5.2.1 软件仿真验证 26
结  论 27
致  谢 28
参考文献 29
附  录 30
附录1:系统总原理图 30
附录2:AT89S51引脚功能 31
附录3:汽车倒车超声波报警器电路板实物图 33
 
 
第一章 前 言
1.1 选题研究背景、目的及意义
1.1.1 课题研究背景
本课题属于设计性课题。21世纪人类已进入信息社会,汽车及交通也已迈入信息时代。当前信息技术在汽车及交通领域中的应用项目相当多,发展速度可以说是“日新月异”,各种媒体多有报道。
可大致归纳为4个方面,即车辆安全系统,网络、通讯及导航系统,智能交通系统和移动多媒体系统。随着汽车的日益普及, 停车场越来越拥挤, 车辆常常需要在停车场穿行、掉头或倒车。由于这些低速行驶的车辆与其它车辆非常接近, 驾驶员的视野颇受限制, 碰撞和拖挂的事故时有发生, 在夜间时则更显突出。车辆安全系统通过应用电子信息技术,使车辆实现高智能化,极大地改善车辆人机系统的安全性,以避免事故的发生和减少伤害程度。
1.1.2 选题的目的及意义
本课题把硬件电路和电路软件有机的结合起来,完成汽车倒车报警系统的设计,能够了解单片机技术的现状,而且通过对电路系统的设计,学习掌握了数字电路从原理图到PCB版的全部过程,形成完善的设计思路以及思想,并通过对汽车倒车超声波报警器的软件设计的过程,锻炼应用C以及相关汇编语言等软件设计电路程序的能力为以后参与实际工作奠定良好的设计基础。
本课题要求使用现在应用非常广泛的计算机软件PROTEL,随着计算机技术的发展,计算机软件在电路设计中的应用越来越广泛, Protel是人们熟悉的常用EDA软件。作为电路设计自动化(EDA)的一种工具,Protel应用于电路原理图设计、电路板设计等,它基于Windows环境,功能强大,人机界面友好,能让人们在具有最完整的功能环境下,提升设计上的品质和效率。本课题将要求Protel在电路设计中的应用,包括电路原理图设计和印刷电路板设计以及设计过程中遇到的问题和解决方法。这样使学生也能将所学与所用有机结合起来,在步入工作岗位之前得到全方位的工程设计训练。
通过对汽车倒车报警电路的设计能初步具有用PROTEL软件设计电路原理图以及电路版图的能力。与实际电路相结合,通过理论联系实际的方法,使所学的知识通过自己设计思考真正应用到实践中。
微波探测技术在军用和民用领域里的广泛使用,使得通过这次毕业设计所学到的此方面的知识将会有很强的实用性。本设计要求对汽车倒车超声波报警器进行硬件设计,可以通过完成本次设计,练习PROTEL软件的使用,增加硬件设计的经验。
随着社会进步,经济发展,人民生活水平的不断提高,拥有汽车的家庭逐渐增多,交通问题也同时出现了:交通拥挤,各种不同的场合停车、倒车困难。许多非职业汽车驾驶员更是希望能有一种汽车倒车报警器,在倒车时不断测量汽车尾部与其后面障碍物的距离,并随时显示其距离,在不同的距离范围内发出不同的报警信号,以提高汽车倒车时的安全性。
汽车倒车超声波报警器设计就是为了确保驾驶员和汽车的安全,使驾驶员在倒车时能明确与后面车辆、建筑的距离,确保倒车的安全。它具有显示功能,能够客观显示车后物体与车尾之间的距离。它可望成为新手驾驶员,以及后视不良车辆如大货车、公共汽车、集装箱车等车辆驾驶员倒车的好帮手,也可用于夜间辅助倒车及倒车入库。
1.2 超声波测距系统研究现状以及存在的问题
1.2.1 超声波测距系统研究现状
随着电子技术的发展,出现了微波雷达测距、激光测距及超声波测距。前2种方法由于技术难度大,成本高,一般仅用于军事工业,而超声波测距则由于其技术难度相对较低,且成本低廉,适于民用推广。这项技术也可用于工业测量领域。由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远,因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。随着自动测量和微机技术的发展,超声波测距的理论已经成熟,超声波测距的应用也非常广泛。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比,如电磁的或光学的方法,它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距,由于空气中波速较慢,其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来,具有很高的分辨力,因而其准确度也较其它方法为高;而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。因此本设计也是利用超声波来测量距离。
1.2.2 探测盲区问题
超声波从发射到接收的时间间隔是由控制器内部的定时器来完成的。由于发射器探头与接收器探头的距离不大,有部分波未经被测物就直接绕射到接收器上,造成发送部分与接受部分的直接串扰问题。这一干扰问题可通过软件编程,使控制器不读取接收器在从发射开始到"虚假反射波"结束的时间段里的信号。这样,就有效的避免了干扰,但另一方面也形成了20cm的“盲区”。此“盲区”很小,对本系统没有影响。
1.3 论文的主要内容
论文将介绍超声波测距系统设计的方案选择与硬件的设计与调试。全文共分为五章,本章介绍了超声波测距系统设计的研究现状和本课题的选题目的与意义;第二章介绍超声波测距系统的总体设计方案,并对每个模块进行了方案论证与选择;第三章介绍了超声波测距系统的原理;第四章介绍了各单元模块的硬件电路设计与实现;第五章介绍了系统的调试过程和调试结果,最后总结了整个设计中有待改进的地方。

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