汽车倒车防撞报警器论文doc.docx

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汽车倒车防撞报警器论文

毕业论文

汽车倒车防撞报警器

Cartocarcrashalarmdesign

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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指导教师签名：

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

毕业设计（论文）任务书

系（院）电气与信息工程系专业机电一体化班级11机电

（2）班

学生姓名张新朝学号2011350251

一、题目：

汽车倒车防撞报警器设计

二、内容与要求：

三、设计（论文）起止日期：

任务下达日期：

年月日

完成日期：

年月日

指导教师签名：

年月日

四、教研室审查意见：

教研室负责人签名：

年月日

汽车倒车防撞报警器设计

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数据，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。

一般由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器等部分组成，在控制器的控制下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时警示，使倒车变得更轻松。

本方案采用语音提示的方式，本文介绍了以SPCE061A单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统。

利用SPCE061A单片机所具备的单芯片语音功能，外接三个超声波测距模组，组成一个示例的倒车雷达系统，语音提示报警（0.35m~1.5m）范围内的障碍物。

关键词AT89C2051超声波传感器

Cartocarcrashalarmdesign

Abstract

Designacarreversinganti-collisionsystem.WithAT89C2051singlechipprocessorasthecore,forthesystemtowork,teachaccordingtotheultrasonicsensors,thecontrolcoretoquicklycalculatethevehicletotherearofthedistanceandobstacles,andthroughtheLEDdisplaytoremindinformation,thissystemmainlyusingsinglechipmicrocomputerreal-timecontrolanddataprocessingfunctions,completecontrolofthesystem.Finallyexpoundsthehardwarecircuitprincipleandsoftwaredesignofthealarm.Generallybytheultrasonicsensor（commonlyknownasprobe）,controlleranddisplayparts,underthecontrolofthecontroller,thedeviceontherearbumpersendultrasonicprobe,encounteredobstacles,produceechosignal,thesensorreceivestheechosignalfromthecontrollerfordataprocessing,determinethepositionoftheobstacles,thedisplayshowsdistanceandissuedawarningsignal,gettimelywarning,madebackmoreeasily.Thisschemeadoptsthevoiceprompt,thispaperintroducestheSPCE061Aasthecoreofalowcost,highprecision,miniaturization,andhasthefunctionofdigitaldisplayandsoundandlightalarm,reversingradarsystem.UsingtheSPCE061Asinglechiphasvoicefunction,externalthreeultrasonicrangingmodule,toformasamplereversingradarsystem,voicealarm（0.35m~1.5m）withinthescopeoftheobstacles.

KeywordAT89C2051ultrasonicsensor

引言

倒车报警又称泊车辅助系统，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，解除了驾驶员泊车和起动车辆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，提高了安全性。

一般由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器等部分组成，现在市场上的倒车报警大多采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，启动倒车报警，在控制器的控制下，由装置于车尾保险杠上制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控。

倒车报警的提示方式可分为液晶、语言和声音三种；接收方式有无线传输和有线传输等。

本方案采用语音提示的方式，利用SPCE061A单片机所具备的单芯片语音功能，外接三个超声波测距模组，组成一个示例的倒车报警系统，语音提示报警（0.35m~1.5m）范围内的障碍物。

第一章方案选择与分析

1.1实现功能

利用SPCE061A单片机、三个超声波测距模组实现超声波倒车报警，要求具有下述功能：

1.可以语音提示模组探测范围内（0.35m~1.5m）的障碍物；

2.语音提示可指明哪一个方向（或区域）有障碍物在探测范围内；

3.利用三个LED发光二极管表示三个传感器探测范围内是否有障碍物，当在探测范围内有障碍物时，发光二极管以一定频率闪烁，闪烁的频率以距离定，距离越近频率越高。

本当检查到中间的传感器探测范围内有障碍特时，语音播放：

“后方”。

而连续播放提示的间隔，要大于或等于3秒，以免过于频繁的播报语音。

方案要求所有的语音资源、程序代码都存放在一颗SPCE061A片内Flash当中；当语音播报时，如检测到左后方有障碍物，则用语音播放：

“左后方”，如右后方有障碍物，则语音播方“右后方”；

霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。

对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。

发电机转速的检测方案可分成两类：

用测速发电机检测或用脉冲发生器检测。

测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠，但体积大，精度低，且由于测量值是模拟量，必须经过A/D转换后读入计算机。

脉冲发生器的工作原理是按发电机转速高低，每转发出相应数目的脉冲信号。

按要求选择或设计脉冲发生器，能够实现高性能检测。

At89C2051管脚图

1.2系统总体方案介绍

本系统以SPCE061A为核心，使用凌阳科技教育推广中心的61板，三个超声波测距模组依次排布，组成线阵的传感器阵列；另外，接有转接板、发光二极管显示模块。

系统组成以下图所示：

图1.1系统硬件结构图

SPCE061A单片机作为主控芯片，通过I/O端口来控制CD4052，以选择不同的传感器通道；本方案采用IOB0和IOB1控制CD4052的A0和A1，而IOB2作为检测超声波模组返回的信号，IOB3作为控制超声波模组发射超声波信号的使能控制端口。

这样通过CD4052的通道切换，就可以利用较少的端口来完成多个模组的切换使用了。

另外，超声波测距模组采用的是脉冲测量法，其实是测量发射超声波的时刻与接收到反射回波信号的时刻之间的时差，利用超声波在空气中传播速度已知的条件，计算出被测目标与传感器之间的距离。

而为了保证测量的可靠，检测回波信号时，采用SPCE061A的外部中断对回波的上升沿进行检测，而且利用定时器B进行计时。

在显示控制方面，系统分别利用IOA8、IOA9、IOA10三个端口控制三个发光二极管。

第二章系统硬件设计

本系统采用SPCE061A单片机作为主控制器，传感器模块采用“超声波测距模组”。

另外，为了使这三个传感器模块能够组合在一起，并且可靠的工作，还需要一个转接板，可以利用4052模拟开关器件制作；需要外接三个发光二极管。

下面分别介绍这些模块的特性。

2.1SPCE061芯片特性

2.1.1SPCE061简介

SPCE061A是性价比很高的一款十六位单片机，具有易学易用、效率较高的一套指令系统和集成开发环境。

在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放和语音识别的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件：

SPCE061A片内还集成了一个ICE（在线仿真电路）接口，使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件资源，用户可以利用它对芯片进行真实的仿真；而程序的下载也是通过该接口实现。

下图为SPCE061A单片机的内部结构框图

图2.1SPCE061内部结构图

2.1.2芯片特性

1.16位μ’nSP微处理器；

2.工作电压：

内核工作电压VDD为3.0~3.6V（CPU），IO口工作电压VDDH为VDD~5.5V（I/O）；

3.CPU时钟：

0.32MHz~49.152MHz；

4.内置2K字SRAM；

5.内置32K闪存ROM；

6.可编程音频处理；

7.晶体振荡器；

8.系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电小于2μA@3.6V；

9.2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值）；

10.2个10位DAC（数-模转换）输出通道；

12.32位通用可编程输入/输出端口；

13.14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；

14.具备触键唤醒的功能；

15.使用音频编码SACM_S240方式（2.4K位/秒），能容纳210秒的语音数据；

16.锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；

17.32768Hz实时时钟；

18.7通道10位电压模-数转换器（ADC）和单通道声音模-数转换器；

19.声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制（AGC）功能；

20.具备串行设备接口；

21.低电压复位（LVR）功和低电压监测（LVD）功能；

22.内置在线仿真（ICE，In-CircuitEmulator）接口。

2.2电源模块

SPCE061A的内核供电为3.3V，而I/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在电源模块（61板上）中有一个端口电平选择跳线，如图2.2，但是为了本系统可以可靠的工作，需要给61板外接5V的电源，并将61板的端口电平选择为5V，即J5用跳线帽将V5和VDDH短接。

下图为61板上的电源模块图。

图2.2电源模块

由于本系统需要的端口高电平为5V，所以图2.2当中的J5跳线需要跳到1和2上。

2.3放音模块

语音提示。

放音利用的是SPCE061A内部的DAC，电路如图2.3所示。

和LM386相比，SPY0030还是比较有优势的，比如LM386工作电压需在4V以上，而SPY0030仅需2.4V（两颗电池）即可工作；LM386输出功率100mW以下，SPY0030约700mW。

其他特性请参考SPY0030的数据手册。

图2.3放音模块电路图

SPCE061A精简开发板（简称61板）主要功能模块如下：

1.SPCE061A单片机最小系统外围电路模块；

2.电源输入模块；

3.音频电路（包含MIC输入、DAC音频功放输出）模块；

4.按键模块；

5.I/O端口接口模块；

6.调试、下载接口模块；

下图为61板的实物图

图2.461板实物图

2.4超声波测距模组

2.4.1超声波谐振频率发生电路，调理电路

NE555和电容电阻组成的电路产生40KHz的方波，以使超声波传感器产生谐振；而后面的CD4049则对40KHz频率信号进行调理。

PLUS_EN1是超声波信号发射的使能控制端口，当该端口接低电平时，模组将不能发射超声波信号，即40KHz的方波。

图2.5超声波谐振频率发生电路、调理电路

2.4.2超声波回波接受处理电路

超声波接收处理部分电路前级采用NE5532构成10000倍放大器，对接收信号进行放大；后级采用LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为LM311的3管脚处，可由J1跳线选择不同的比较电压以选择不同的测距模式。

在放大器与比较器之间用PNP三极管（8550）作为通路选择，本方案需要将此通路选择跳线短接上，即把J2短接，固定使三极管导通即可。

图2.6超声波回波接受处理电路

2.4.3超声波测距模组电源接口

J7为超声波测距模组的外部电源接口，最高电压不要超过12V，J9为电源选择跳线，VCC_5即为由61板通过10PIN排线引入模组的电源；VCC即为模组的放大器、调理电路供电电源。

当用户使用61板为其供电时，要把VCC与VCC_5V短接（本方案的用法）；而使用外部电源时

要把VCC与VCC_IN短接。

图2.7外部单独电源输入接口及选择跳线

2.4.4超声波测距模式选择跳线

模组提供了测距模式选择跳线J1，可以选择短距测量模式、中距测量模式，或距离可调模式。

跳线选择LOW时为近距测量模式，选择HIG时为中距测量模式；选择SET时为距离可调模式。

本方案采用可调方式，即选择SET的模式，并将调节模组上的电位器，将比较电压调至3.5~3.2V（保证模组测距能在0.35~1.5M的范围都能正常工作即可）。

图2.8测距模式选择跳线

2.5转接板

2.5.1转接板电路

前面已简单介绍了转接板的作用，这里介绍一下它的原理图，如图2.9所示。

图中J1直接与61板的J6相接，即与61板的IOB口低八位接口相接，可知图中的VDD为61板供电，即5V；而A0和A1分别接SPCE061A的IOB0和IOB1，以控制CD4052的两个地址位，以控制通道的选通。

IOB2接PLUS_B，作为回波信号的检测输入，不过经过CD4052的选通，接到哪一个模组，由IOB0和IOB1的输出决定；同样COM_EN为超声波测距模组的信号发射使能控制，接到SPCE061A的IOB3。

CD4052的另外一端，接出COM_EN1/2/3分别接三个模组的发射使能，另外还用三个10K的电阻下拉到地，以保证没有选通的模组不会发射出超声波信号。

J2、J3、J4分别接三个超声波测距模组的J8接口。

图2.9转接板电路原理

2.5.2显示电路

显示电路较为简单，直接使用三个I/O口控制三个发光二极管。

如图2.10所示：

图2.10显示电路

第三章系统软件设计

3.1软件结构

本方案的软件系统主要包含下列模块：

超声波测距程序：

负责超声波测距的控制、结果计算等，另外有部分代码在中断服务程序中，主要码在UserFunction.c以及IntDocument.c文件。

语音播放程序：

语音播放控制，主要代码在Speech.h，而语音中断服务程序在isr.asm文件中，但为了使语音播放程序在初始化时不影响用户的其它中断，在isr.asm中还有一个中断初始化程序。

中断程序：

主要指IntDocument.c文件，包括超声波测距的中断服务代码，以及用于显示刷新的IRQ4中断服务程序。

系统程序：

主要指system.c文件，包含系统端口初始化、测量结果处理、以及显示刷新程序。

主程序：

主控程序负责控制整个系统的工作流程。

3.2超声波测距原理

超声波脉冲法测距原理：

声波在其传播介质中被定义为纵波。

当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。

假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，那么就可以计算出从声波到目标的距离。

这就是本系统的测量原理。

这里声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波。

假设室温下声波在空气中的传播速度是335.5m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，距离d可以由下列公式计算：

d=33550（cm/s）×t（s）

因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2。

超声波测距模组信号：

图3.1为超声波模组上三极管Q1的集电极处测量的波形图，此时J2跳线短接，使Q1始终导通；而传感器距目标面的距离为2米。

图3.1超声波信号测量图

图中的波形为示波器抓拍图，1通道为Q1集电极测得波形，即上方的波形；通道2为发射端测得波形。

图中可见，接收回路中测得的超声波信号共有两个波束，第一个波束为余波信号，即超声波接收头在发射头发射信号（一组40KHz的脉冲）后，马上就接收到了超声波信号，并持续一段时间。

另一个波束为有效信号，即经过被测物表面反射的回波信号。

超声波测距时，需要测的是开始发射到接收到信号的时间差，在上图中就可看出，需要检测的有效信号为反射物反射的回波信号，故要尽量避免检测到余波信号，这也是超声波检测中存在最小测量盲区的主要原因。

软件控制脉冲发射、检测回波信号：

程序设计时需要采用脉冲测量法，由SPCE061A控制模组发生40KHz的脉冲信号，每次测量发射的脉冲数至少要12个完整的40KHz脉冲（程序中为20个左右）。

同时发射信号前要打开计数器，进行计时；等计时到达一定值后再开启检测回波信号，以避免余波信号的干扰。

采用外部中断对回波信号进行检测（回波信号送到单片机的为一序列方波脉冲）。

接收到回波信号后，马上读取计数器中的数值，此数据即为需要测量的时间差数据。

为避免测量数据的误差，程序中对测距数据的处理方法是：

每进行一次测距，利用时基中断测量4次，即取得4组数据，经过处理后得到这一次测距值。

3.3各模块程序说明

3.3.1超声波测距程序

主程序流程图以及相关的程序流程图如图3.2所

图3.2主程序流程图

测距控制程序Demo程序中，超声波测距的功能函数流程图见图3.3。

用户需要先调用测距初始化函数InitMeasure（），再调用该函数BeginMeasure（）即可进行一次测距操作，函数返回值为测量结果。

每一次测距要进行四次测量，这四次的测量结果需要经过处理后才可得到最终的测距返回值，而四次测量的控制以及测量结果的处理都是在这个函数中完成的，具体的处理方法：

每一次测距中的四次测量的间隔时间用16Hz的时基中断来控制；每一次测量，先发射20个40KHz脉冲（参见16Hz中断），然后使能测量时间基准计数器，当计数到4ms时，打开EXT1外部中断，等待回波反射到接收头。

四次测量全部完成后，再对测量的结果进行处理、换算，以及出错处理，用户可以根据不同的应用对数据处理部分的程序作适当的调整。

其中等待4ms的原因：

压电式的电声传感器存在余波干扰，而有部份声波会沿电路板直接传到接收头，经接收电路的放大后，系统就有可能把它误认为是反射回来的回波信号。

超声波测距的功能函数流程图见图3.3。

用户需要先调用测距初始化函InitMeasure（），再调用该函数BeginMeasure（）即可进行一次测距操作，函数返回值为测量结果。

每一次测距要进行四次测量，这四次的测量结果需要经过处理后才可得到最终的测距返回值，而四次测量的控制以及测量结