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汽车防撞报警系统设计大学论文
宁波理工学院
毕业设计(论文)
题目汽车防撞报警系统设计
姓名
学号
专业班级10电子信息工程1班
指导教师
学院信息科学与工程学院
完成日期2014年5月19日
摘要
为了提高汽车驾驶安全性,设计一个汽车防撞报警系统。
系统以51单片机为控制核心,用HC-SR04超声波测距模块测量距离,通过12864液晶进行显示,用NY3P016AP8语音模块报警。
当汽车倒车时,语音提示汽车与障碍物的距离,当汽车与障碍物之间的距离小于警戒距离时,喇叭会发出“危险,危险”提示声。
从5cm~1m,间隔5cm进行测量,1m~4m,间隔10cm进行测量。
距离小于50cm时,误差几乎为0,50cm~100cm,误差在2cm左右,100cm~400cm,误差最大为7cm。
测量结果表明,系统在汽车与障碍物距离1m以内,工作可靠。
关键词:
单片机控制;超声波测距;语音报警
Abstract
Inordertoimprovethedrivingsafety,itisnecessarytodesignanautomotiveanti-collisionalarmsystem.Thecontrolcoreofthissystemis51Mcu.ThissystemusesHC-SR04ultrasonicrangingmoduletomeasuredistance,andthe12864LCDasitsresultdisplay,theNY3P016AP8moduleasitsalarm.Voicepromptgivesthedistancebetweenthecarandobstacleswhencarisreversing.Ifthedistanceislessthanthesafedistance,thealarmwillgivethevoice"watchout"toreminddivertobecareful.Whenthedistanceisbetween5cmto1m,itwilldomeasureevery5cmandtheerrorisalmost0.Whenthedistanceisbetween1mto4m,itwilldomeasureevery10cm.Whenthedistanceislessthan50cm,theerrorisalmost0,from50~100cm,theerrorisabout2cm,from100~400cm,theerrorcanreachthemaximumto7cm.Measurementresultsshowthatthesystemisusefulifthedistancebetweencarandobstacleislessthan1m.
Keywords:
MCUcontrol;UltrasonicRanging;VoiceAlarm
第1章概述
1.1选题的背景意义
随着汽车工业的快速发展,汽车方便快捷的优点使汽车普及率飞速提高。
但是在汽车带给我们方便、快捷的同时,它也越来越多的表现出了它的弊端——危险性。
根据统计可知,75%至90%的交通事故是因为驾驶员的操作不当引起的。
在美国、日本、德国等一些发达国家,购车者会将选购汽车的重点放在驾驶汽车的安全程度上。
假如不考虑驾驶员的驾驶技能,最有效让事故降低的方法就是使车具有防撞报警的功能。
如今人们对交通的安全越来越关注,使得汽车前向防撞报警系统(forwardcollisionwarningsystems,FCWS)、前向主动避撞系统(forwardcollisionavoidancesystems,FCAS)等比较先进车辆主动安全技术飞快发展。
以上这些系统的共同之处是通过车上的测距雷达测量车与目标车、车与障碍物之间的距离,更有甚者是测量车与目标车之间的相对速度以及相对方位角等等这些信息,并且将这些信息发送给系统的控制模块。
车用的测量距离的雷达俗称车用雷达,它是实现汽车主动安全技术的关键技术之一,也是现今智能交通、信号处理以及传感器工业的研究热点[1]。
相关专业机构统计过,现今我们国家私家车越来越多,随之车位也越来越多,而泊车位却越来越小,新司机和女司机越来越多,刮蹭等这类倒车事故发生的越来越频繁,由于倒车事故引发的纠纷更是不计其数。
对于很多司机朋友尤其是对刚拿到驾照的新手来说,倒车的确是一件非常令人头疼的事情。
假如能够有一种用声音或者更加直观的显示方式提示驾驶员车附近障碍物的状况,消除了驾车者泊车或者起动车辆时因附近探视而引起的烦恼,而且帮助了驾车者解除了视野死角和视线模糊等缺陷,使得驾驶更加安全的汽车倒车安全辅助系统装备在汽车上后,十分有效地解决了汽车倒车引起的安全问题。
这就是汽车倒车雷达。
1.2国内外现状
倒车雷达系统经过了五年左右的发展,已经经过了五代的技术改善,不仅仅从结构外观方面,而且从性能价格方面,这五代产品都各自有各自的特色,其中使用率最高的是魔幻镜、荧屏显示以及数码显示倒车雷达这三种。
第1代——轰鸣器,轰鸣器是倒车雷达系统的鼻祖,驾驶员在倒车的过程中,假如车后1.4~1.9m处存在障碍物,轰鸣器就会发出鸣叫声。
鸣叫声频率越高,代表车身离障碍物越近,但遗憾的是它没有语音提示以及距离显示这种直观的功能,司机虽然知道存在障碍物,但是他并不能明确车离障碍物到底有多远,可见它对驾驶员的帮助并不是特别大,不能有效地解决汽车倒车过程中的安全问题。
第2代——数码波段显示,第2代的产品相对于第1代的轰鸣器要先进很多,数码波段显示装置安装在汽车仪表台上的位置,它能够显示车辆距障碍物的距离。
数码波段显示具备两种显示方式,而波段显示产品用三种颜色来区别:
显示绿色的时候表示是安全距离,它表明车离障碍物的距离有0.8m以上;显示黄色的时候表示警告距离,它表明车离障碍物的距离仅仅有0.6~0.8m;显示红色的时候表示危险距离,它表明车离障碍物小于0.6m,你得马上中断倒车。
而数码产品显示距离数字。
假如是物体的话,在车距离物体1.8m的时候开始显示;如果是人的话,在车距离人大约0.9m的时候开始显示。
这代产品将数码与波段合二为一,还算是挺实用的。
反应不够快、使用寿命较短是它最突出的缺点。
第3代——液晶显示屏动态显示,液晶显示屏这代产品在屏幕显示开始出现动态显示方面十分受人关注。
它无需挂倒挡,只需要将车发动,显示屏上立马会显示车离障碍物的距离,并且还能出现汽车的图案。
它不仅外表结构美观,而且可以非常方便地直接粘贴在仪表盘上。
它所显示的距离更加准确,能给人一种舒适的感觉。
与其他倒车雷达产品相比,这个产品更能被广大车主所接受。
存在抗干扰能力不强的问题是液晶显示器的弊端,所以这个产品有时候会出现误报。
第4代——魔幻镜倒车雷达,魔幻镜倒车雷达集合了之前代产品的优点,使用最新仿生超声雷达技术,并配备了高速电脑的控制,可以准确地测量2m范围内的障碍物,提醒驾车者的方式是用不同等级的直观显示以及声音提示。
魔幻镜倒车雷达不仅增加了语音播报功能,另外它还可以将免提电话功能、温度显示功能、后视镜功能、倒车雷达功能等集合到一块。
不占用车内空间是它的优点,可以非常方便地直接安装在车内后视镜的位置。
但是它的价格相对比较高。
第5代——整合影音系统,整合影音系统是专门为高档轿车定制的,它比前几代产品在功能上增加了很多。
该系统在外观上来看比前几代产品更加精致典雅,在功能上,它不仅仅具备前几代代产品的所有功能,而且还整合了高档轿车具备的影音系统,极具诱惑的是可以在显示器上观看DVD影像[2]。
第2章系统体系结构
2.1系统构成
汽车防撞报警系统是以AT89C51单片机为控制核心,实现汽车倒车时自动检测车与障碍物的距离,在液晶显示距离的同时,并能通过喇叭进行语音距离播报。
当汽车与障碍物之间的距离小于警戒距离时,进行语音报警。
警戒距离可以根据自己的偏好进行设置。
根据系统设计要求,将汽车防撞报警系统分为五个模块,由控制模块、超声波测距模块、液晶显示模块、语音播报模块、按键设置模块组成。
如图2.1所示。
图2.1系统框图
2.2设计方案选择
2.2.1控制模块
控制模块主要用于对距离测量信号的接受和处理、控制显示电路对距离值实时显示、控制语音模块实时播报距离以及控制键盘实现对警戒值的设定等。
本设计控制器选用AT89C51单片机,它具有编程灵活、算术运算功能强、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制,它还有功耗低、成本低、体积小等优点。
AT89C51单片机将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
AT89C51封装图如图2.2所示。
图2.2AT89C51封装图
1.主要特性:
89C51CPU与MCS-51兼容
4K字节可编程FLASH存储器(寿命:
1000写/擦循环)
全静态工作:
0Hz-24KHz
三级程序存储器保密锁定
128×8位内部RAM
32条可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源[3]
2.管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
它是一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可以吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次被写1时,它被定义成高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示:
口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器
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