基于ATC的倒车测距报警器的研究设计.docx
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基于ATC的倒车测距报警器的研究设计
2011—2012学年
第一学期
毕业设计
课题名称:
基于AT89C51的倒车测距报警器的设计
设计时间:
2011.9.10——2011.12.10
系部:
电子信息工程系
班级:
0902电气技术
姓名:
李伟
指导教师:
吕志香、唐明军
总目录
第一部分任务书
第二部分开题报告
第三部分毕业设计正文
第一部分
任
务
书
扬州工业职业技术学院
毕业设计任务书
系部
电子信息工程系
指导老师
吕志香
唐明军
职称
讲师
讲师
学生姓名
李伟
班级
0902电气技术
学号
0905010219
设计题目
基于AT89C51的倒车测距报警器的设计
设计
内容
目标
和
要求
一、毕业设计主要内容及技术指标
1、主要内容
本毕业设计是应用单片机技术设计一款简易的倒车测距报警器,本仪器用于汽车倒车时,能实时检测车尾与障碍物之间的距离,同时通过LED数码管显示器实时显示检测距离。
当检测的距离达到预设报警值(50cm)时,蜂鸣器就会发出蜂鸣声报警,提醒司机注意正确操作并及时停车。
本设计采用单片机为核心控制器件,整个控制电路主要由单片机控制电路、超声波发射与接收电路、测距显示电路、蜂鸣器报警提示电路和电源电路等部分组成。
通过本设计旨在让学生将单片机的软硬件知识和社会实践应用相结合,设计出有一定实用性的单片机应用系统。
培养学生学会独立分析问题,运用所学知识解决实际问题的能力,培养学生包含专业能力、方法能力和社会能力在内的综合职业能力。
本课题涵盖了单片机及其接口技术、超声波测距、LED数码管显示、单片机C语言程序设计等专业技能和知识,是单片机应用及检测技术应用的综合性课题。
通过本课题的设计和制作,使学生巩固所学的专业知识,增强应用动手能力,提高学生的创新能力和综合职业能力。
2、主要技术指标
(1)单片机及接口芯片工作电压:
+5V±5%
(2)单片机选型:
MCS-51系列单片机
(3)软件开发环境:
Keiluvision
(4)硬件电路设计:
Protel99SE
(5)显示方式:
LED数码管显示
(6)检测功能:
检测汽车尾部与障碍物之间的距离。
(7)检测范围:
0.02m-4.5m
二、毕业设计的基本要求
1、收集、整理与毕业设计有关领域的信息资料;
2、完成本毕业设计方案和结构框图的设计;
3、完成本毕业设计电路原理图设计;
4、制作测距报警器实物并实现本设计内容;
5、完成本毕业设计程序流程图和C语言源程序设计;
6、完成软件和硬件系统的调试,功能指标达到技术要求;
7、完整的程序清单和图样资料;
8、根据本课题的设计、编程和制作工作过程,形成符合要求的毕业设计书面报告;
三、毕业设计进度安排
第一阶段2011年9月10日-2011年10月10日选题、调研、收集资料、论证、开题
第二阶段2011年10月11日-2011年11月14日方案、电路、硬件及软件设计
第三阶段2011年11月15日-2011年11月30日设计项目安装调试、写作初稿
第四阶段2011年12月1日-2011年12月10日修改、定稿、打印、答辩
四、毕业设计提交的成果
1、开题报告
2、毕业设计(报告)
3、图样资料
4、方案结构框图
5、硬件电路图
6、软件流程图
7、软件源程序
五、中英文摘要(中文摘要约200字,3-5个关键词)
六、查阅文献不少于8篇
教研室
审核
系部
审核
第二部分
开
题
报
告
扬州工业职业技术学院电子信息工程系2012届
毕业设计开题报告书
学生姓名
李伟
专业
电气自动化
班级
0902电气技术
学号
0905010219
题目
基于AT89C51的倒车测距报警器的设计
指导教师
吕志香
唐明军
职称
讲师
讲师
学位
硕士
硕士
题目类别
□工程设计□基础研究☆应用研究□其它
【课题的内容与要求】
本毕业设计主要是利用单片机AT89C51设计一个倒车测距报警器。
在汽车倒车时,该测距报
警器能通过显示器实时显示汽车尾部与障碍物的距离,同时还具有蜂鸣器报警提示功能:
当车尾与障碍物距离等于或小于50cm时,系统进行蜂鸣报警提示。
整个设计过程包括硬件电路原理图的绘制,Keil软件的程序设计与编译调试,实物的制作与
调试运行。
【前言】
单片机是为了适应工业现场和较为广泛的应用现场而设计的芯片,它把CPU、RAM、ROM、I/O接口电路等部件集成在一起。
并且以集成度高,功能强,体积小,省电,应用灵活,价格低廉等优点,在工业自动化,过程控制,数字仪器仪表,通信系统以及家用电器产品中有着不可替代的作用。
由于生产工艺和设计能力的不断提高,单片机也在向着更高集成化、更多位多功能,更强处理控制问题的能力、更快的运算速度、更廉价低功耗、更兼容开发和更好的软件固有化的方向发展。
【方案的比较与评价】
目前测距方法很多,常见的有红外测距与超声波测距。
红外测距对色彩、光照度较敏感,容易受外界光线影响,而且在许多工业场合不适用,并且价格较昂贵。
超声波测距对色彩、光照度不敏感,可适用于识别透明、半透明及漫反射差的物体(如玻璃、抛光体)。
同时对外界光线和电磁场不敏感,可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中,电路设计简单,而且价格便宜。
综上所述,选择利用超声波测距原理设计倒车测距报警器更为合适。
【预期的效果及指标】
通过查阅资料、搜索电子文献,确定倒车测距报警器的设计方案。
围绕单片机AT89C51完成外围硬件电路配置,利用C语言完成系统程序设计,最终完成实物制作,并实现测试运行。
当汽车倒车时,系统能实时显示测试距离,当测试距离等于或者小于50cm时,蜂鸣器进行声音报警提示。
【进度安排】
2011年9月10日-2011年9月30日选题、调研、收集资料
2011年10月1日-2011年10月10日论证、开题
2011年10月11日-2011年11月30日设计(写作初稿)
2011年12月1日-2011年12月10日修改、定稿、打印
【参考文献】
[1]夏路易,石宗义.电路原理图与电路板设计教程Protel99SE.北京:
希望电子出版社,2002.6
[2]陆亚民.单片机原理及应用.北京:
中国轻工业出版社,2000.8
[3]孙和平.单片机原理与接口技术.北京:
冶金工业出版社,2003.1
[4]李刚,林凌.新概念单片机教程.天津:
天津大学出版社,2004.8
【指导教师意见】(有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等)
基于AT89C51的倒车测距报警器的设计,利用了超声波测距的原理进行方案的设计与选择,具有一定的实用价值。
毕业设计安排基本符合要求,同意提交开题报告。
☆同意提交开题论证□修改后提交□不同意提交(请说明理由)
指导教师签章:
吕志香唐明军2011年10月10日
【系部意见】
□同意指导教师意见□不同意指导教师意见(请说明理由)□其它(请说明)
系(部)主任签章:
年月日
第三部分
毕
业
设
计
正
文
基于AT89C51的倒车测距报警器的设计
李伟
0902电气技术
[摘要]超声波测距在倒车雷达、液面高度测量等场合有着广泛的应用。
本文根据超声波测距离原理,设计了一个简易的超声波倒车测距报警系统。
系统主要由控制器模块、超声波收发模块、距离显示模块、声音提示模块、电源模块构成。
控制器通过定时器产生周期的脉冲方波信号,经电声转换电路后发出超声波,同时打开定时器计时。
声电转换电路将超声波的回波信号转换为电平送单片机中断,根据定时器计得的收发时间差计算障碍物的距离。
本设计分析了超声波测距原理,给出了系统的总体设计方案,完成了具体硬件电路图设计以及软件程序设计,最后对系统进行了测试。
测试数据表明系统具有较高的精度,较低成本的优点,因此具有一定的实际应用价值。
[关键词]AT89C51;超声波测距;LED数码管显示
DesignoftherangingreversingalarmBasedonAT89C51
LiWei
0902electricitytechnique
Abstract:
Thereisawiderangeofoccasionswhereultrasonicrangingcanbeapplied,suchasinreversingcarandliquidlevelmeasurement.Basedontheultrasonicdistancemeasurementprinciple,thispaperaimsatdesigningasimpleultrasonicreversingrangingalarmsystem.Thesystemmainlyincludesthecontrollermodule,ultrasonicreceivingmodule,displaymodule,thevoicepromptdistancemoduleandpowersupplymodule.Thecontrollermodulegeneratesperiodicpulsesquarewavesignalthroughthetimer.Thentheconversioncircuitemitsultrasonicwavesandthetimerisopenedatthesametime.Theseismoelectricconversioncircuitoftheultrasonicechosignalisconvertedtoavoltage,whichissenttotheSCMinterruptport.TheSCMcalculatesthedistanceoftheobstacleaccordingtomeasuredtransceivertimedifference.Thispaperanalyzestheultrasonicrangingprinciple,givestheoveralldesignofthesystemandcompletestheconcretehardwarecircuitdesign,softwareprogramdesignandthefinaltestofthesystem.Thetestdatashowthatthesystemhashigheraccuracytogetherwithitslowcost.Theutilitymodelhasacertainpracticalvalue.
Keywords:
AT89C51;UltrasonicRanging;LEDdisplay
第一章绪论
1.1课题研究背景
随着我国经济的飞速发展,交通运输车辆的不断增多,由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。
其中倒车事故由于发生的频率极高,已引起了社会和交通部门的高度重视。
倒车事故发生的原因是多方面的,倒车镜有死角,驾车者目测距离有误差,视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率,尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。
而倒车事故给车主带来许多麻烦,例如撞上别人的车、消防水笼头,如果伤及儿童更是不堪设想,有鉴于此,汽车高科技产品家族中,专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生,倒车雷达的加装可以解决驾驶人员的后顾之忧,大大降低倒车事故的发生。
汽车倒车雷达全称为“倒车防撞雷达”,也叫“泊车辅助装置”,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,解除驾驶员泊车和起动车辆时因前后左右探视所引起的困扰,并帮助驾驶员克服视野死角和视线模糊的缺陷,提高驾驶的安全性。
倒车雷达的原理与普通雷达一样,是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。
通过感应装置发出超声波,然后通过反射回来的超声波来判断前方是否有障碍物,以及障碍物的距离、大小、方向、形状等。
只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制,目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离,并做出提示。
1.2超声波测距发展历程
自19世纪末到20世纪初,在物理学上发现了压电效应和反压电效应之后,人们解决了利用电子技术产生超声波的方法,从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史进程。
1993年,徕卡测量系统在法国Batimat展出世界第一台手持式激光测距仪,徕卡第一代迪士通以其坚固耐用,可靠精密的特性引起了人们的关注。
随后徕卡在1998年推出迪士通第二代basic、1999年推出迪士通第三代classic、2001年推出四款第四代、2002年推出classic5、lite5第五代测距产品,测量距离范围在0.2-200m之间,单次测量时间不到1秒,作为职场的领跑者,徕卡测量系统的发展历程见证了超声波测距技术的发展过程。
1.3超声波测距研究现状
目前,在国际和国内上,在超声测距方面的研究方向的不同和研究水平的高低,主要体现在测距原理上。
随着电子技术的发展,出现了微波雷达测距、CCD测距、激光测距和超声波测距等多种形式的测距方法,前几种测距法由于技术难度大、成本高等因素,主要用于军事工业方面。
而超声波测距则由于其技术难度较低,成本低廉等特点,在一般测量领域应用广泛。
如汽车倒车雷达,目前的汽车倒车雷达主要是具有蜂鸣器的语音报警以及距离显示为主的汽车安全系统。
这些系统主要采用的是以单片机为控制核心的智能超声波测距传感器和蜂鸣器报警系统,这种汽车安全辅助系统便宜耐用,而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求。
1.4课题主要任务
本课题主要是利用单片机AT89C51设计一款简易的倒车测距报警器,应用于汽车倒车位置监控与报警。
在汽车倒车时,系统能实时显示汽车尾部与障碍物之间的距离,以便司机及时掌握倒车时车尾状况,做出正确的判断。
当车尾与障碍物距离等于或小于50cm时,系统触发蜂鸣器报警电路进行报警提示,提醒司机及时停车。
结合本课题的主要任务,提出系统总体设计方案,完成系统硬件电路图的绘制,软件程序设计以及实物的制作,最后能够完成测试运行。
第二章系统总体设计
本课题主要任务是设计一款简易的倒车测距报警器,应用于汽车倒车位置监控与报警。
该报警器主要包括控制模块、测距模块、声音模块、距离显示模块、电源模块五个部分,控制模块和测距模块是本设计的核心,下面我们将从这两个个方面对系统方案进行论证与选择。
2.1设计方案论证
2.1.1控制模块
随着自动化技术的不断发展,在自动控制系统的设计过程中都会面临核心控制元件选择的困惑,对于绝大部分的控制任务来说。
无论是采用单片机还是PLC都能完成方案设计,但最终选择还是要根据实际任务需求来定。
(1)可编程逻辑控制器(PLC)
PLC发展初期主要用于开关量的逻辑控制,随着PLC技术的进步,它的应用领域在扩大,不仅可以用于开关量控制,还可用于模拟量及数字量的而控制,可采集与存储数据,并进行联网、通讯等,如今,PLC已成为工业控制中核心元器件之一。
其主要优点是功能完善,稳定性高抗干扰能力强,扩展性好,硬件维护方便,编程简单。
缺点是价格较高,体积较大。
(2)单片机
单片机与PLC本质是相同的,它们的发展都是基于微处理技术,而PLC实际上是建立在单片机之上的一种产品,而单片机实际上是一个集成电路,体积相对较小,成本低,经济实惠,但利用单片机实现的主控板受软件布局、环境温度、制板工艺等影响,稳定性和抗干扰性相对较弱。
对比这两种核心控制元件,两者各有优缺点,根据本课题设计任务,汽车倒车报警装置体积要小,这样便于携带、安装、不占用汽车空间,显然由于PLC体积大的特点而不符合设计要求,因此本设计采用AT89C51单片机作为核心控制元件。
2.1.2测距模块
(1)激光测距
激光由于其本质性的成因使得激光具有亮度高、单色性好、方向性好、传光性好等特点,而激光测距则利用激光的方向性强和传光性好的特点,用脉冲激光器向目标发射一列很窄的光脉冲(脉冲宽度小于50ns),光达到目标表面后部分被反射,通过测量光脉冲从发射到返回接收机的时间,可算出测距地点与目标之间的距离。
假设所测距离为h,光脉冲往返时间为t,光在空中的的传播速度为c,则:
h=ct/2,脉冲激光测距最大测距也能达到30000m以上,其测距精度一般为5米,.最高的可达0.15m。
由于激光对人体存在安全问题,而且制作的难度大成本也比较高,主要在军事上用于对各种非合作目标的测距,也可在气象上用于测定能见度和云层高度.以及应用在对人造卫星的精密距离测量等领域。
(2)红外线测距
红外线测距原理是红外光遇到障碍物会反射回来,而反射回来红光的强弱由距离而定,距离越远,红光强度越弱,根据这个特点能够进行障碍物距离远近的测量。
其优点是成本低廉,使用安全,制作简单,缺点就是测量精度低,方向性也差,测量距离近。
(3)超声波测距
超声波是一种超出人类听觉极限的声波即其振动频率高于16kHz的机械波。
超声波测距就是将电压和超声波之间的互相转换,发射超声波的探头将电压转化的超声波发射出去,当接收超声波时,超声波接收探头将超声波转化的电压回送到控制芯片。
超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点,在中、长距离测量时,超声波测量的精度和方向性都要大大优于红外线测量。
从安全性,成本、方向性等方面综合考虑,超声波传感器更适合设计要求。
根据对以上三种测距方法的比较,很明显激光传感器是比较理想的选择,但是它的价格却比较高,而且安全度不够高。
因此在一般测距中不具有普遍适用性,而超声波测距具有较强的抗干扰能力和较短的响应时间,在精度和方向性上都优于红外测距,因此本方案的距离测量部件选用超声波测距模块。
2.2系统总体设计方案
根据方案的论证与选择,本设计以单片机AT89C51为控制核心,外围配置超声波发射接收模块、声音提示模块、距离显示模块、电源模块四部分。
系统总体设计方框图如图2-1所示。
图2-1系统总体设计方框图
其中,超声波发射模块选用软件发生超声波法,利用软件产生40kHz的超声波信号,通过输出引脚输入至驱动器,经驱动器驱动后推动探头产生超声波。
超声波接收模块包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。
探头变换后的正弦波电信号经放大电路放大并进行波形变换。
声音提示模块采用蜂鸣器报警电路,倒车时,车尾与障碍物之间距离小于所设定的安全值时,发出蜂鸣声提醒驾驶员。
鉴于LED数码管显示简洁、价格便宜等特点,距离显示模块采用4位LED数码管动态显示。
第三章系统硬件电路设计
根据系统总体设计方案,系统以单片机AT89C51为控制器,时钟电路、手动复位电路、电源和控制器一起构成主控电路。
利用单片机的定时器产生超声波的周期方波信号,经单片机P1.0口输出,通过信号调理和换能电路后发出超声波。
利用单片机中断口P3.2接收回波信号,计算时间差并换算距离信息。
距离显示电路采用4位LED数码管显示,单片机的P2口的高四位提供数码管的位选信号,P0口作为数码管的段码;声音提示电路采用蜂鸣器报警,由单片机的P3.4驱动蜂鸣器报警电路发出提示声音。
3.1系统主控电路设计
该系统以AT89C51为核心,配置时钟电路、复位电路以及电源电路,构成系统主控电路。
具体主控电路如图3-1所示。
图3-1系统主控电路图
3.1.1单片机AT89C51简介
AT89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
AT89C51具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
而且,它还具有一个看门狗(WDT)定时/计数器,如果程序没有正常工作,就会强制整个系统复位,还可以在程序陷入死循环的时候,让单片机复位而不用整个系统断电,从而保护外围硬件电路。
AT89C51有40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
其芯片引脚示意图如图3-2所示。
图3-2AT89C51引脚示意图
主要引脚功能介绍如下:
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
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,具体功能如表3-1所示。
表3-1P3口引脚功能表
P3口引脚
第二功能
P3.0
RXD(串行口输入)
P3.1
TXD(串行口输出)
P3.2
INT0(外部中断0输入)
P3.3
INT1(外部中断1输入)
P3.4
T0(定时器0外部脉冲输入)
P3.5
T1(定时器1外部脉冲输入)
P3.6
WR(外部数据存储器写脉冲输出)
P3.7
RD(外部数据存储器读脉冲输出)
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- 基于 ATC 倒车 测距 报警器 研究 设计