基于單片機的汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計

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基于單片機的汽車倒車防撞系統(tǒng)設(shè)計 Design of Reversing Collision Avoidance System Based on Single Chip Microcomputer 摘 要： 車輛的用于防撞的體系是結(jié)合單片機基本部件予以控制的并采用超聲波技術(shù)進行距離測量的一種技術(shù)，他是運用AT89C51類型的定時裝置發(fā)生一定的從超聲波脈沖進行計算時間的，通過時間來測量其基本距離，用12864液晶顯示器顯示汽車前方的障礙物距離，當(dāng)距離小于安全閥值時，報警電路進行聲音報警，而針對在駕駛員兩側(cè)及后方視線盲區(qū)內(nèi)的障礙物，在車輛兩側(cè)以及尾部安裝紅外測障裝置實現(xiàn)避碰。整個基本系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要由基本的電源電路、超聲波裝置進行收取和發(fā)生的裝置電路、紅外線進行避開障礙的電路、用于顯示的電路、以及報警裝置的電路予以組成，并把硬件設(shè)備和軟件程序有機的結(jié)合在一起，從而有效的實現(xiàn)每個分模塊的基本功能。此系統(tǒng)具有成本低廉、工作可靠等優(yōu)點。 關(guān)鍵詞：AT89C51，超聲波測距，紅外避障 Abstract:Vehicles used for collision avoidance system is a basic components combined with single chip microcomputer to control and use of the technique of ultrasonic distance measurement technology, he is using AT89C51 type of timing device must be calculated from the ultrasonic pulse time, through the time to measure the basic distance, use 12864 LCD display shows the obstacles in front of the car distance, when the distance is less than the relief valve value, voice alarm, alarm circuit and aiming at the driver side and rear obstacles within the line of sight to blind area, and the tail installed on both sides of the vehicle collision avoidance obstacle infrared measuring device implementation. The basic system of hardware is mainly composed of basic power supply circuit, ultrasonic device for charging and proceed to avoid obstacles device circuit, infrared circuit, is used to display circuit, and alarm circuit, and the hardware and software program organic unifies in together, thus effectively realize the basic function of each points module. This system has the advantages of low cost, reliable work. Keywords:AT89C51 ultrasonic distance measurement Infrared obstruction IV 目 錄 1 緒論 1 2 系統(tǒng)方案設(shè)計 2 3 硬件電路設(shè)計 4 3.1 單片機微控系統(tǒng)背景介紹以及最小系統(tǒng)模塊設(shè)計 4 3.1.1單片機介紹 4 3.1.2復(fù)位電路 6 3.1.3晶振電路 7 3.2超聲波測距模塊 8 3.2.1 超聲波測距原理 8 3.2.2 超聲波發(fā)射模塊和接收模塊的基本原理 9 3.3 溫度補償模塊 10 3.4液晶顯示模塊 11 3.5報警模塊 13 3.6 紅外避障傳感器模塊 14 3.7 緊急剎車電路模塊 14 4 軟件設(shè)計 15 4.1 程序設(shè)計總方案 15 4.2顯示程序模塊 17 4.3中斷程序模塊 18 4.4 溫度補償模塊—DS18B20的程序編寫 18 結(jié)論 20 參考文獻 21 致謝 23 附錄1 24 附錄2 25 附錄3 26 1 緒論 1.1 交通事故產(chǎn)生的原因 伴隨著中國經(jīng)濟實力的快速提升與汽車科學(xué)技術(shù)的進步，汽車行業(yè)正如同雨后春筍般蓬勃發(fā)展，高速公路近年表現(xiàn)出行駛速度加快，車輛密度加大的現(xiàn)象，駕駛員逐漸演變成一種職業(yè)。汽車車輛領(lǐng)域的高速發(fā)展給社會帶來的結(jié)果是車輛設(shè)備的生產(chǎn)以及銷售數(shù)量的越來越多。但是公路建設(shè)卻相對落后交通管理也有很多不是很人性化的地方。隨著科技進步和經(jīng)濟發(fā)展，汽車作為代步工具與我們的生活息息相關(guān)，但也有各種各樣的問題隨之而來，那就是交通事故發(fā)生幾率的增加嚴重威脅著我們的人身安全和財產(chǎn)安全。汽車數(shù)量的增多導(dǎo)致車輛均占空間急劇縮小，致使駕駛員在駕駛汽車的時候需要有非常嫻熟的技術(shù)，從而造成許多駕車技術(shù)生疏的駕駛員面對很大的困難。 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多的車禍事故都是駕駛員在進行倒車時由于看不清車輛后方的情況而造成的。因此，如果在倒車時能夠獲知后方的障礙物與汽車的確切距離，并且在即將發(fā)生事故前能夠做到預(yù)警，如此便能有效降低汽車事故的發(fā)生，這也是設(shè)計的汽車倒車防撞系統(tǒng)主要解決的問題。 1.2汽車防撞系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 汽車車輛的基本防止撞擊的體系屬于ITS基本系統(tǒng)的一個基本的分支結(jié)構(gòu)，防止撞擊模塊的性能很大程度上決定了整個系統(tǒng)的質(zhì)量。 根據(jù)以往的研究，汽車安全的研究方向有兩個。一是主動式安全防范，直接把交通事故扼殺在搖籃之中，這種方法也是最理想的，是汽車安全研究的最終目標；二是被動式安全防范，在交通事故發(fā)生后采取應(yīng)急措施把損失降到最低，保護駕駛員人身安全。因為研究難度差異，第二種研究方向相對簡單，所以現(xiàn)在多數(shù)研究機構(gòu)的研究方向都是被動式安全防范。被動類型的基本安全防范的研發(fā)設(shè)計主要包含了懸架結(jié)構(gòu)，ABS（用于防止抱死的結(jié)構(gòu)體系）以及用于安全保證的氣囊結(jié)構(gòu)等方向。達到駕駛員和乘車人員人身安全保障的目的。被動式安全防范在保護車輛和人員時作用有限，無法充分保證人和車的安全。 從上面的基本分析可以看出，主動的去避開障礙物，對汽車的安全以及人的安全有著重大的意義，在車輛發(fā)生危險之前向駕駛員提供聲光報警信號，保證駕駛員可以在第一時間做出反應(yīng)避免事故的發(fā)生，保證人身和財產(chǎn)的安全。 有關(guān)交通事故的報告指出，大多數(shù)車禍都是由于司機無法在事故發(fā)生時做出有效及時的反應(yīng)而導(dǎo)致的。 汽車追尾而發(fā)生的車禍在總體車禍中也有很大比重，還有小部分是側(cè)面相撞。如果司機可以在事故發(fā)生前幾秒鐘可以做出正確反應(yīng)，那么可以防止很多交通事故發(fā)生。 1.3 針對交通事故原因及研究現(xiàn)狀所進行的設(shè)計 超聲波測距系統(tǒng)等主動式汽車安全防范裝置的研究可以減少司機的壓力，增加反應(yīng)速度，大大保證了交通行駛安全。超聲波測距系統(tǒng)的研究與開發(fā)是現(xiàn)在和未來都值得大力提倡的。 在汽車前方位置配置超聲波探頭，偵測汽車與障礙物之間的確切距離并通過液晶12864顯示，當(dāng)?shù)陀诎踩拗禃r觸發(fā)蜂鳴器預(yù)警，避免了汽車正向行駛時與障礙物的碰撞。 在汽車車尾以及兩側(cè)安裝紅外避障裝置，自動檢測車輛兩側(cè)及后方的障礙物并能實現(xiàn)對車輛的緊急制動。通過汽車防碰撞系統(tǒng)的應(yīng)用避免了汽車事故，有效的防止了經(jīng)濟損失和人員傷亡。 汽車防撞系統(tǒng)的應(yīng)用是主動式汽車安全防范的重要研究，在對駕駛員和車內(nèi)其他人員的保護上有了很大提高，汽車駕駛員可以在駕駛的過程中集中精力在操縱汽車上而不是時刻擔(dān)心交通事故的發(fā)生，使行車更安全可靠，極大減輕了駕駛員的壓力。 設(shè)計課題的的核心控制策略是通過單片機對外圍電路進行綜合控制，具體可實現(xiàn)以下功能：①對車輛前方障礙物的具體位置實現(xiàn)準確顯示，從而能夠有效的結(jié)合駕駛員進行整個車輛和人員的安全調(diào)節(jié)控制；②在整個車輛的側(cè)面位置以及后方位置能夠很有效的發(fā)現(xiàn)車周圍的物體的基本位置，并能根據(jù)位置進行基本的制動。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計 設(shè)計的主要任務(wù)是要求運用單片機編程技術(shù)以及數(shù)字芯片的基礎(chǔ)知識設(shè)計出一套能夠?qū)ζ囆旭傔^程中遇到的障礙物進行偵測并能夠?qū)?shù)據(jù)實時反饋到控制端進行顯示，緊急時刻通過報警模塊進行預(yù)警，或者制動發(fā)動機避免碰撞。本文研究的基本硬件電路的框圖如下面的圖所示: 圖2-1 汽車防碰撞系統(tǒng)設(shè)計總方案 2.1測距系統(tǒng)方案設(shè)計 通過超聲波技術(shù)進行距離的測量系統(tǒng)是通過分析超聲波從發(fā)出那一刻到回收那一刻的基本時間差值，并通過其運行速度 來判斷其基本距離的大小。此類的測量距離的方式往往有精準率高的優(yōu)勢，然而其不足在于，整個超神波在空氣中的傳播距離有限，所以不能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離的測量，由于本文的汽車測距的基本范圍是5到8m，所以本文采用超聲波進行距離的測量很有效果。 2.2避障系統(tǒng)方案設(shè)計 通過紅外線光線進行障礙物避開的感應(yīng)裝置的基本功能是將檢測到哦的基本信息傳遞給單片機控制機構(gòu)，此后單片機控制機構(gòu)將這個障礙信息傳遞給車輛的制動裝置，對車間進行制動停車，紅外避障傳感器具有使用簡單，抗干擾能力強，價格低，容易制作的優(yōu)點。 2.3顯示模塊方案設(shè)計 顯示模塊的方案設(shè)計尤為重要，因為顯示模塊是人與系統(tǒng)進行交互的直接方式。駕駛員通過觀察顯示模塊來確認汽車的駕駛是否安全。顯示模塊在汽車防撞系統(tǒng)中的作用是實時顯示汽車與障礙物的距離，從而反饋給駕駛員。因為LED數(shù)碼管容易與電路進行連接和控制，工作條件要求小，顯示亮度強，價格便宜，所以采用LED數(shù)碼管。 2.4聲光報警系統(tǒng)方案設(shè)計 當(dāng)駕駛員沒有精力觀察顯示模塊的時候，聲光報警系統(tǒng)就顯得不可或缺，當(dāng)汽車與障礙物的距離小于安全距離是，單片器向蜂鳴器和紅色LED發(fā)光二極管發(fā)出指令，蜂鳴器響，紅色LED發(fā)光二極管閃爍。優(yōu)點是簡單直接，價格合理，易于組裝。 2.5汽車緊急制動方案設(shè)計 當(dāng)聲光報警系統(tǒng)已經(jīng)報警給駕駛員而駕駛員并沒有采取應(yīng)急措施的時候，需要汽車自行緊急制動以避免交通事故的發(fā)生。本文的研究設(shè)機中欲采用電動機裝置驅(qū)動剎車裝置進行停車。 3 硬件電路設(shè)計 3.1 單片機微控系統(tǒng)背景介紹以及最小系統(tǒng)模塊設(shè)計 3.1.1 單片機介紹 單片機誕生20世紀70年代。在初期，受電子技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)的制約，單片機只是最簡單的八位機，處理速度以及拓展功能相比PC嚴重受限。但是在一般的工業(yè)控制場合并不需要滿足如此多的功能，也不需要如此高的處理速度。而且對于一般的工業(yè)控制場合不能提供如此大的體積。 基于以上的要求，對于控制核心的體積要求就變得至關(guān)重要。所以單片機的處理速度和功能雖然不及PC，但是其完全可以滿足工業(yè)現(xiàn)場的控制要求，并且其微小的體積完全適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的空間要求。 AT89C51類型的單片機結(jié)構(gòu)部件里面的基本程序存儲裝置是屬于能夠被多次擦寫的Flash只能夠讀寫的存儲裝置。他是屬于具有四十個基本引腳結(jié)構(gòu)的控制裝置，單片機部件是具有有十分豐富的指令功能，單片機結(jié)構(gòu)部件的基本引腳部件如下圖所示： 圖3-1 單片機引腳 下面將一一介紹這些引腳的具體功能： VCC：單片機部件的基本電源端位置； GND:單片機結(jié)構(gòu)部件的連接地面端位置； RST：單片機的復(fù)位端，具體電路介紹見下面； XTAL1、XTAL2：單片機晶振電路連接端，為單片機的正常工作提供工作頻率，工作時，用萬用表測量晶振兩端，可見不停跳變的電壓。本文的設(shè)計研究選用12MHZ類型的晶振結(jié)構(gòu)作為單片機結(jié)構(gòu)部件的作業(yè)晶振器件。 P0口：他是屬于兩個方向的8位口，能夠進行獨立的基本控制調(diào)節(jié)。需要在外部加上拉電阻，才能對單片機的P0口進行控制。 P1、P2：準雙向口，與P0口不同的是，內(nèi)帶上拉電阻，不需要在單片機外部接上拉電阻便可對其進行控制。 P3:除了具備P1、P2的功能以外，還可以做其它功能。 3.1.2 復(fù)位電路 針對單片機裝置來說呢，在他的整個基本使用過程中，往往是受程序的驅(qū)動影響，或者是說整個部件受到外圍的基本環(huán)境的影響，所以在使用過程中會存在卡機的情況，為了克服這種情況帶來的工作不便，在單片機的最小系統(tǒng)上加入了復(fù)位電路模塊。所謂復(fù)位電路，就是單片機的RST引腳需要被送入大于兩個周期的高電平。而為了達到這一目的，電解電容起到了重要作用。 對于電子產(chǎn)品來說，其復(fù)位電路的重要性不言而喻，對于保證電子產(chǎn)品的正常工作具有無可替代的作用。單片機基本結(jié)構(gòu)部件的復(fù)位作業(yè)電路的使用原理如下面所示：在按鍵還沒有被按住的時候，基本電源VCC結(jié)合電解的基本電容以及電阻形成了一個基本的通道，這個時候單片機結(jié)構(gòu)部件的復(fù)位的引腳結(jié)構(gòu)基本是處于低電平的狀態(tài)。直到按鍵被按下，電源電壓VCC停止向電解電容供電，此時電解電容開始放電，使單片機復(fù)位引腳保持高電平。本文的研究設(shè)計我們選取電解的基本電容大小為10uf，電阻的基本大小為10K。其硬件電路圖如圖3-2所示： 圖3-2 復(fù)位電路 3.1.3 晶振電路 晶振在一定的電壓差下，由于其內(nèi)部獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生高頻率的振蕩，作為單片機的時鐘周期經(jīng)十二分頻作為機器周期為單片機的內(nèi)部執(zhí)行其程序存儲器的機器指令提供微秒級的精確執(zhí)行時間。在單片機的硬件電路中，經(jīng)常會遇到單片機的外圍器件毫無反應(yīng)，這時，應(yīng)該想到其最基本的電路正常工作條件——晶振起振。相當(dāng)于人類心臟跳動為身體提供血液一樣。 對于單片機的工作中心——晶振來說，晶振通過發(fā)出高頻率的脈沖，從而使單片機能夠正常、準確的工作。所以，由于其主要的工作方式是通過脈沖來完成，極易受到外部電路的干擾，所以應(yīng)盡可能地減少外部電路的影響，而且在焊接的時候注意不要虛焊、斷焊。不然的話會將很大的影響單片機結(jié)構(gòu)部件的基本正常作業(yè)。 在晶振部件的基本選取設(shè)計上，本文的設(shè)計選取了12MHZ的晶振結(jié)構(gòu)部件。雖然，有更高頻率的晶振可供選擇，例如，24MHZ的晶振能夠提供更短的指令執(zhí)行時間，甚至，還有更高的單片機晶振可供選擇。但是，對于8位單片機這種低速微處理器來說，其晶振的選擇受到單片機功耗的嚴重限制。綜合各種狀況來說，我們選擇12MHZ來提供單片機的工作時序。晶振的硬件連接電路如圖3-3所示： 圖3-3 晶振電路 3.2超聲波測距模塊 3.2.1 超聲波測距原理 超聲波結(jié)構(gòu)的探測裝置的基本作業(yè)信號是超聲波，它屬于一種擁有特別高頻率的一種信號因素，其在整個的傳播的方向方面的性能非常好。作為一種集成度很高的數(shù)字器件，超聲波探測器極好的簡化了電路。超聲波的存在是一種波動的基本形式，與此同時又屬于一種能量的基本形式。 通過超聲波信號進行距離的測量的基本途徑往往包含了三種，他們依次是通過相位進行檢測的方法、通過聲波幅值進行檢測的方法法和渡越時的檢測方法法。 通過相位進行檢測的方法是通過測量返回波以及反射兩者波形的基本相位差大小來判斷其基本的距離大小，他的基本精度等級很高，但是其不足在于檢測的基本范圍不是很大。 通過聲波幅值進行檢測的方法是看回波的基本幅度的大小測量距離大小，他的基本不足是比較易受反射的基本介質(zhì)的影響。 渡越時的檢測方法是通過回波的基本返回時延來測量距離時間檢測法是居中的，應(yīng)用屬于比較廣泛的。 通過單片機結(jié)構(gòu)部件進行控制超神波進行測量距離的基本公式如下，結(jié)合信號在發(fā)送以及接收后的兩個基本時間差t，測算出距離大小d。 （3-1） 其中，v為超聲波波速（m/s） 空氣中： 海水中： 超聲波探測器探測到的實時數(shù)據(jù)可以通過液晶顯示器12864顯示出來，并且由于探測器受環(huán)境的的影響，加入了溫度補償模塊。紅外避障裝置檢測視線盲區(qū)的障礙物并通過自動剎車裝置對車輛進行制動。本次設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，成本價格低廉，性價比高。超聲波的探測裝置的基本作業(yè)原理圖如下所示： 圖3-4 超聲波測距基本原理圖 3.2.2 超聲波發(fā)射模塊和接收模塊的基本原理 反相裝置、鉭電容和超聲波發(fā)生裝置上個一起構(gòu)成了發(fā)射的基本電路。結(jié)合單片機結(jié)構(gòu)部件的一個端口進行產(chǎn)生脈沖分別由一級以及兩級反相裝置送到超聲波發(fā)生裝置的的兩個基本電極位置，。接收電路的前后級電路分別對返回的信號進行增強以及校正，使其易被單片機接收。超聲波探測器的接收探頭和發(fā)射探頭只是結(jié)構(gòu)稍有不同，原理圖如圖3-5和圖3-6所示: 圖3-5 超聲波發(fā)射模塊 圖3-6超聲波接收模塊 超聲波用于換能的基本裝置以及他的反向裝置一樣組成了超神波裝置的發(fā)射基本電路。40千赫茲的方波類型的型號有單片機結(jié)構(gòu)部件的一個P1.0端口位置進行輸出之后經(jīng)過一級反向裝置后到達超聲波換呢個裝置的一個電極位置。另外一個電路經(jīng)過輸出之后經(jīng)過二級反向裝置后到達超聲波換呢個裝置的另外一個電極位置。如此設(shè)計能夠加大整個發(fā)射電路的驅(qū)動能力。 超聲波裝置的基本接收的電路往往是有用于接收的探頭部件、信號的基本放大電路以及超聲波的形狀的轉(zhuǎn)換的電路進行組成的，本文的研究設(shè)計當(dāng)中采用是通過紅外線進行檢測波進行接收的專業(yè)類型的芯片結(jié)構(gòu)個，整個電路中電阻部件的基本功能是提高整體的靈敏度大小和抗干擾能力大小。 3.3 溫度補償模塊 本文設(shè)計的補償體系是由單線的數(shù)字溫度感應(yīng)裝置（其型號是DS18B20）以及單片機結(jié)構(gòu)部件予以綜合組成的，其優(yōu)勢是價格比較低，運行的可靠性能比較高，以及精度等級高的特點，而且其具有比較好的抵抗外界干擾的能力，所以具有比較好的使用價值。 DS18B20類型的溫度感應(yīng)裝置在進行實際的作業(yè)的時候是使用本身獨有的溫度感應(yīng)技術(shù)。由于超聲波探測裝置在實際的作業(yè)中特別容易受到外面的基本溫度的影響，從而讓超神波信號在傳播的途中受到影響。本文設(shè)計的系統(tǒng)采用比較常用的數(shù)字類型的溫度感應(yīng)裝置DS18B20進行一定的溫度大小的補償，從而降低了其中的不利的影響。 聲音在空氣的基本介質(zhì)中傳播很容易受到外面的基本環(huán)境溫度大小的影響。當(dāng)然，如果是要求不嚴格的控制系統(tǒng)，可以基本忽略溫度在聲音傳播過程中所造成的影響。但是，如果系統(tǒng)的精度要求很高，那么必須采取溫度補償?shù)霓k法對電路加以校正。溫度補償電路如圖3-7所示： 圖3-7 溫度補償電路 3.4 液晶顯示模塊 液晶類型的顯示裝置一般段位形式的LCD、字符類型的LCD和點陣類型的LCD，一定程度上他具有機身的基本厚度大小比較薄，從而其中的空間比較小，也就是節(jié)省了一定的電能，溫度比較低，輻射比較小，而且是比較健康的，他的基本應(yīng)用是非常的廣泛的。 那么其中比較好的模塊通常為LCD12864。綜合AT89C51類型的單片機結(jié)構(gòu)部件基本接口等資源信息，用于顯示的基本模塊的電路采用LCD12864類型的顯示一定的倒車進行防止撞擊的距離m，段碼使用74ALS245芯片驅(qū)動，位碼使用PNP9012三極管來驅(qū)動。單片機結(jié)構(gòu)部件AT89C51運用輸出的超聲波換能裝置的所需要的40 千赫茲方波類型的信號。 對于液晶顯示器12864來說，其硬件的連接上最重要的是電源的正負極連接，連錯的話會很容易燒毀液晶顯示器。還有，對于VDD引腳的連接，一定要接上滑動變阻器或電阻，以調(diào)節(jié)液晶顯示器的對比度，使數(shù)據(jù)的顯示更清晰。 對于液晶顯示器的數(shù)據(jù)口來說，連接在單片機的數(shù)據(jù)/地址口--P0口，注意：這里的P0口要連接外部排阻，因為其內(nèi)部沒有上拉電阻，在這種情況下，對于單片機的I/O口的電平無法控制，只能呈現(xiàn)灰色，高阻態(tài)，是不可控狀態(tài)。如圖3-8所示： 圖3-8 液晶顯示器12864 電路圖如圖3-9所示： 圖3-9 顯示電路 3.5 報警模塊 單片機結(jié)構(gòu)部件的用于報警的控制調(diào)節(jié)采用用蜂鳴裝置進行報警信息，運用PNP類型的三極管進行一定放大的基本原理連接單片機結(jié)構(gòu)部件的I/O類型的口，運用控制的單片機結(jié)構(gòu)部件的端口位置的電平控制調(diào)節(jié)三極管的基本導(dǎo)通以及截止的動作。注意在單片機的端口和三極管之間連接小電阻，從而控制流入蜂鳴器的電流，防止燒壞單片機端口和蜂鳴器。當(dāng)車輛運用到距離障礙物的一般距離比之前的設(shè)計的基本安全距離大小的時候，機器的基本報警模塊便開始進行報警。 兩個LED燈連接在單片機的P1.0和P1.1口，當(dāng)通過超聲波探測器測得的距離小于設(shè)定的兩級安全設(shè)定時，由單片機內(nèi)部的程序控制使單片機兩個接口呈現(xiàn)低電平狀態(tài)，連接在單片機接口上的紅燈或綠燈分別進行預(yù)警。電路圖如圖3-10所示： (a) (b) 圖3-10 報警電路 3.6 紅外避障傳感器模塊 本文的基本設(shè)計運用的避開一定的障礙物的感應(yīng)裝置的基本型號為E18-D80NK類型的紅外類型的避開一定的障礙的感應(yīng)裝置。這種光電傳感器的主要特點是集合收發(fā)功能于一體，主要被用作對障礙物距離的探測，并且其輸出量為數(shù)字量，可以直接與單片機進行物理連接。該傳感器具有探測距離長、組裝和使用簡單、抗干擾能力強、價格實惠等優(yōu)點。 紅外避障傳感器模塊用來檢測車輛周圍的障礙物，用高低電平的方式表現(xiàn)出來。當(dāng)傳感器檢測到車輛的一邊有障礙物時，紅外避障傳感器就會輸出低電平，控制電機轉(zhuǎn)速下降達到車輛減速的目的。當(dāng)傳感器檢測到車輛兩邊均有障礙物時，則紅外避障傳感器就會輸出高電平，默認車輛沒有危險，保持直行，控制電機轉(zhuǎn)速保持在正常水準。其電路連接圖如圖3-11所示： 圖3-11紅外避障電路 3.7 緊急剎車電路模塊 超聲波測距模塊和紅外避障模塊共同傳遞信息給控制模塊，若車輛有潛在危險，則報警模塊響應(yīng)，燈亮蜂鳴器響以提醒駕駛員做好應(yīng)急措施，若駕駛員沒有反應(yīng)，則系統(tǒng)自動發(fā)出緊急剎車信號，控制電機停止運轉(zhuǎn)，防止事故的發(fā)生。 緊急剎車制動裝置需要對電機進行控制，而對電機的控制需要較大的電流電壓。若控制器輸出功率很低，就遠遠滿足不了對電機進行控制所需要的功率。所以本文的基本設(shè)計中采用的基本方案都是通過以弱控強，通過繼電裝置和電機部件形成一個有效的基本回路，然而因為繼電裝置的作業(yè)的需要的基本電流屬于單片機部件的比較難供應(yīng)的，其基本電路如下： 圖3-12 緊急剎車控制電路 4 軟件設(shè)計 4.1 程序設(shè)計總方案 本文基于AT89C51的用于車輛倒車時候的防止撞擊的報警體系的基本程序設(shè)計是通過匯編類型的語言進行書寫的，最為主體的程序是以單片機部件為主要，軟件體系的基本功能也是通過單片機結(jié)構(gòu)部件進行實現(xiàn)的。首先的時候進行程序的清零回歸，此后予以控制開始發(fā)射信號，當(dāng)一個基本的發(fā)射周期的時間過了之后，系統(tǒng)會有效的判斷此前發(fā)出的信號有沒有出現(xiàn)延時的情況，從而來判斷整個基本流程。 作為一款以軟件設(shè)計為主，具有簡單外圍電路的產(chǎn)品，對于控制程序的編寫變得尤為重要。為了使程序具有更高的可讀性，使用模塊化的編程，不僅易于理解，也更利于后期的修改。 本產(chǎn)品的控制程序設(shè)計方案如下：首先，對超聲波探測器，溫度傳感器，液晶12864按照產(chǎn)品手冊進行數(shù)據(jù)初始化，其中，溫度傳感器要嚴格按照手冊上的時序圖進行程序的編寫。 運用單片機結(jié)構(gòu)部件的定時裝置予以超聲波感應(yīng)裝置的基本傳播時間的測試，那么，我們要在基本初始化程序當(dāng)中對定時裝置0和1分別予以定時時間初值的基本設(shè)置以及單片機結(jié)構(gòu)部件的總中斷的開啟。 其次，對超聲波測量程序模塊、液晶顯示器顯示程序模塊以及溫度補償DS18B20溫度傳感器程序模塊分別進行編寫。最后，在主程序中，進行模塊程序的邏輯排列。 進入到我們設(shè)計的主程序之后，調(diào)用此前的基本初始化的模塊部件，依次針對單片機結(jié)構(gòu)部件的定時裝置的0和1的基本初值大小以及每個基本器件的初始化予以合理的設(shè)置。 在這其中，定時裝置0的基本功能是作為超聲波感應(yīng)裝置測量基本的距離的定時裝置，但定時裝置1的基本功能是作為超聲波測量的彼此相隔的時間大小，本文的研究設(shè)計以1s作為檢測的基本間隔時間大小。 這時觸發(fā)單片機中斷，進入中斷函數(shù)，取出定時數(shù)值，進行距離的計算。將算出的數(shù)值與設(shè)定值相比較，判斷其是否到達預(yù)警臨界階段，并作出對應(yīng)的動作。 最后，把測量得到的基本數(shù)值大小經(jīng)過一定的液類型的顯示裝置予以顯示出來。這就是整個程序編寫的思路，其中需要注意的是溫度補償?shù)腄S18B20的程序編寫，在后面將會說明其注意事項。整個程序編寫思路的流程圖如圖4-1所示： 圖4-1系統(tǒng)控制程序流程圖 4.2 顯示程序模塊 液晶顯示器是單片機與外界相互交流的一個主要平臺。單片機結(jié)構(gòu)部件通過液晶類的顯示裝置把實時的基本數(shù)據(jù)類型的信息通過液晶類型的顯示裝置顯示出來，這就包含了障礙物和車輛的實時距離大小等。然后，我們可以根據(jù)顯示的內(nèi)容調(diào)整汽車的行進方向。 基于以上分析，顯示器的程序模塊的編寫的重要性不言而喻。相較于數(shù)碼管顯示器的程序編寫，液晶顯示器在程序的編寫上雖然不易理解，但是其強大的功能，程序的獨立性或者說很好的移植性以及編程時邏輯的通順性都為其取代數(shù)碼管而應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。 針對顯示程序的編寫，主要分為三個方面。其一：初始化函數(shù)的編寫。根據(jù)液晶顯示器的硬件資料，遵照其啟動前需要做的準備工作，寫入各種指令，以控制液晶顯示器的顯示狀態(tài)。其二：寫操作指令的編寫。 根據(jù)硬件資料的寫時序圖，對寫數(shù)據(jù)端置0，然后將寫的指令送入單片機數(shù)據(jù)口，表明即將送的數(shù)據(jù)所在的位置，最后對使能端送入一個脈沖，高低電平之間經(jīng)過5MS的延時，將送入的數(shù)據(jù)進行鎖存并通過液晶顯示器顯示。其三：類似于寫操作指令的編寫，讀操作指令只是在讀時序圖中對對RS置1，其它的編寫相似。具體程序設(shè)計參考附錄。 #include #include #include <12864.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar posit=0; unsigned int S=0; unsigned int time=0; //時間變量 unsigned int timer=0; //延時基準變量 unsigned char timer1=0; //掃描時間變量 unsigned char aa[3]; unsigned char dat; sbit ECHO = P3^2; //超聲波接口定義 sbit TRIG = P3^3; //超聲波接口定義 sbit BEEP = P2^0; //蜂鳴器接口 sbit s1 = P2^7; //定義標志位 void StartModule(); void Conut(void); void delayms(unsigned int z) 4.3 中斷程序模塊 作為程序編寫的核心部分，定時器中斷程序的編寫是重中之重。在本文的基本研究開發(fā)中，我們采用了定時裝置的基本中斷0作為超聲波類型的探測裝置每次探測汽車在運行方向上的基本間隔時間大小，運用基本的定時裝置的中斷模塊1為超聲波感應(yīng)感應(yīng)裝置播聲波信號計時，直到探測器的接收端接收信號為止，進入中斷函數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的判斷程序，判斷是否做出預(yù)警動作。 對于中斷函數(shù)的設(shè)計，最重要的莫過于定時器初值的設(shè)置，定時器0作為探測間隔時間的設(shè)定相對簡單，但是定時器1為超聲波傳感器的聲波傳播測量時間需要仔細斟酌。首先，要考慮到在預(yù)警范圍內(nèi)，聲波傳播的時間是否由于過長而使定時器溢出；再者，還要考慮定時器0、1之間的優(yōu)先問題，以免造成運行沖突。具體程序設(shè)計參考附錄。 超聲波測距程序： #include "ultrasonic.h" unsigned char Dis_View[5]; unsigned int Time; unsigned int Dis_Data; extern float Num_Temp; void Ultrasonic_TimeInit() 4.4 溫度補償模塊—DS18B20的程序編寫 本文中作為能夠輸出數(shù)字類型量的溫度感應(yīng)裝置，他和其他的感應(yīng)裝置是有一定的區(qū)別的，本文的溫度感應(yīng)裝置的基本輸出量的基本大小不需要在特定的轉(zhuǎn)換便可以被單片機結(jié)構(gòu)部件予以識別，從而不需要轉(zhuǎn)換器，節(jié)約了一定的成本，然而，相比較模數(shù)轉(zhuǎn)換的程序編寫，溫度傳感器顯得尤為復(fù)雜。首先，對于溫度傳感器的初始化的編程要嚴格遵循時序圖的電平跳變順序，對于時間的把握可以參考工具書上的溫度傳感器應(yīng)用實例。其次，溫度傳感器測量溫度后會將所測的數(shù)值保存在內(nèi)部寄存器16位的寄存器中，是有符號的數(shù)據(jù)，所以，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理過程中，一定要保證數(shù)據(jù)的準確性以及數(shù)據(jù)正負號的正確性。具體程序設(shè)計參考附錄。 18B20顯示程序： #include "18B20.h" int DS18B20_Temp=0; //記錄采集溫度的整數(shù)信息 unsigned char Data_View_Temp[7]={0,0,0,.,0,0xdf,C};//記錄采集到的信息轉(zhuǎn)化后的顯示數(shù)組，可以用來直接顯示 int TempH,TempL; //采集和計算溫度的變量 char DS18B20_Alert_L; //18B20自身帶的EEPROM中，報警的低溫度值與高溫度值 char DS18B20_Alert_H; void DS18B20_Alert_Set() 結(jié) 論 通過本學(xué)期最后的畢業(yè)論文的這段時間，讓我自己能夠較好的學(xué)習(xí)了設(shè)計一個產(chǎn)品的基本途徑以及其基本的步驟，不僅把之前老師交給我們的知識進行了一個很好的復(fù)習(xí)，且從中學(xué)到了很多的新的啟發(fā)，比如各種軟件的學(xué)習(xí)和熟練使用，各種資料和文獻的查詢等等。在基本的設(shè)計過程中也遇到了很多的困難、但通過本人的鉆研學(xué)習(xí)以及各位同學(xué)和老師所提供的幫助，從而沒有耽擱基本的設(shè)計進度。 本文所設(shè)計的選題是結(jié)合單片機部件的汽車車輛的防止倒車時候防撞的系統(tǒng)的開發(fā)研究，本文通過初期階段的選題以及定題，以及后續(xù)的資料查詢以及到后續(xù)的正式設(shè)計，這整個過程讓我認真的認識到知識的高貴性，也讓我覺得了解一門技藝的重要性。總而總之，整個設(shè)計過程讓我學(xué)習(xí)到了很多，認識到了很多。 汽車防撞主控系統(tǒng)采用AT89C51為主要控制芯片，結(jié)合超聲波傳感器實現(xiàn)近距離汽車前方障礙物的感應(yīng)，并在車輛的兩側(cè)及后方等駕駛員的視線盲區(qū)安裝紅外避障裝置，對障礙物進行探測并實現(xiàn)車輛的自動剎車制動。 汽車防撞系統(tǒng)采用超聲波測距方式實現(xiàn)汽車與障礙物之間距離的測量，由紅外避障系統(tǒng)和緊急剎車系統(tǒng)來確保汽車行駛安全，聲光報警系統(tǒng)來向駕駛員傳遞危險信息。 汽車車輛的用于防止撞擊的基本系統(tǒng)的軟件開發(fā)基本是由主要的基本程序、超聲波裝置的發(fā)生時候的基本子程序、超聲波在基本的接收過程中斷用的程序和報警時候的基本子程序一起來構(gòu)成。 汽車防撞系統(tǒng)的應(yīng)用是主動式汽車安全防范的重要研究，在對駕駛員和車內(nèi)其他人員的保護上有了很大提高，汽車駕駛員可以在駕駛的過程中集中精力在操縱汽車上而不是時刻擔(dān)心交通事故的發(fā)生，使行車更安全可靠，極大減輕了駕駛員的壓力。 參考文獻 [1] 張可兒.基于單片機的超聲波測距儀設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2017,(01) [2] 陳越超,劉斯津,王楠,張婧.車載超聲波報警器設(shè)計[J].河北企業(yè),2016,(12) [3] 楊飛,鄭要權(quán).基于51單片機的超聲波測距儀之倒車雷達設(shè)計[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2016,(22) [4] 王順錄,李黨娟,范源,郝冬杰.短距離激光測距傳感器系統(tǒng)設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2016,(11) [5] 付雪健,孟俊煥.基于51單片機超聲波測距儀倒車雷達報警裝置設(shè)計[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2016,(21) [6] 魏有法.基于AT89C52的盲人避障裝置的研究與設(shè)計[J].機電技術(shù),2016,(05) [7] 劉義杰,王薪巖,錢躍.基于單片機的超聲波測距裝置設(shè)計[J].電子測試,2016,(13) [8] 王怡.一種超聲波測距裝置的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016,(20) [9] 葛耿育.基于STC89C52的LCD12864液晶串并行顯示設(shè)計[J].遵義師范學(xué)院學(xué)報,2016,(05) [10] 田海軍,楊婷,趙楊輝.汽車防撞系統(tǒng)中的非接觸測距研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2016,(10) [11] 帥盼,張海寧,白福,王鵬宇,張惠芳,任迎冬.基于超聲波測距的汽車倒車避障系統(tǒng)設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2016,(10) [12] 喻偉闖,王銘,付豪,周彬彬,袁海林,廖紅華.基于STC89C51單片機的避障移動機器人的設(shè)計與實現(xiàn)[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,(01) [13] 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unsigned int Time; unsigned int Dis_Data; extern float Num_Temp; void Ultrasonic_TimeInit() { TMOD|=0x01; //設(shè)T0為方式1，GATE=1； TH0=0; TL0=0; ET0=1; //允許T0中斷 EA = 1; } void StartModule() //啟動模塊 { Tirg=1; //啟動一次模塊 While(cycle--) { _nop_();} Tirg=0; } void Ultrasonic_Count() //開啟模塊計時函數(shù) { EA=0; TH0=0; TL0=0; StartModule(); //啟動模塊，開始測量距離 while(!Echo); //當(dāng)Echo為零時等待，當(dāng)Echo為零時開始計算高脈沖時間 TR0=1; //開啟計數(shù) while(Echo); //當(dāng)Echo為1計數(shù)并等待 EA=1; TR0=0; Dis_Data=TH0*256+TL0; //計算定時器中的計數(shù) TH0=0; TL0=0; Dis_Data=Dis_Data*Num_Temp;//*1.70;//計算距離，公式為，距離=高脈沖時間*340(M/S)/2 if(Dis_Data<450) { Dis_View[0]=Dis_Data/100+0x30; //將計算出來的距離信息，轉(zhuǎn)化為顯示數(shù)組 Dis_View[1]=.; Dis_View[2]=Dis_Data%100/10+0x30; Dis_View[3]=Dis_Data%10+0x30; Dis_View[4]=M; } } void Timer0Interrupt(void) interrupt 1 { TH0 = 0; TL0 = 0; } 液晶12864顯示程序： #include #include #include <12864.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar posit=0; unsigned int S=0; unsigned int time=0; //時間變量 unsigned int timer=0; //延時基準變量 unsigned char timer1=0; //掃描時間變量 unsigned char aa[3]; unsigned char dat; sbit ECHO = P3^2; //超聲波接口定義 sbit TRIG = P3^3; //超聲波接口定義 sbit BEEP = P2^0; //蜂鳴器接口 sbit s1 = P2^7; //定義標志位 void StartModule(); void Conut(void); void delayms(unsigned int z) { unsigned int x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); } void StartModule() //啟動測距信號 { TRIG=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TRIG=0; } void Conut(void) //計算距離 { while(!ECHO); //當(dāng)RX為零時等待 TR0=1; //開啟計數(shù) while(ECHO); //當(dāng)RX為1計數(shù)并等待 TR0=0; //關(guān)閉計數(shù) time=TH0*256+TL0; //讀取脈寬長度 TH0=0; TL0=0; S=(time*1.7)/100; //算出來是CM } void display() //顯示函數(shù) { aa[0]=IntToChar(S/100); aa[1]=IntToChar(S%100/10); aa[2]=IntToChar(S%10); LCD12864PutStr(2,2,aa); //顯示數(shù)據(jù) LCD12864PutStr(2,4,"CM"); } void Init1() { TMOD=0X11; TH1=(65536-100)/256; //100US定時 TL1=(65536-100)%256; TH0=0; TL0=0; TR1= 1; ET1= 1; ET0= 1; EA = 1; } void main() { BEEP = 0; init_LCD128642(); //12864初始化函數(shù) delayms(300); Init1(); LCD12864PutStr(1,1,"距離障礙物："); while(1) /*無限循環(huán)*/ { if(timer>=1000) //1000*100US檢測一次 { timer=0; StartModule(); //啟動檢測 Conut(); //計算距離 display(); if(S<40) //距離小于40CM，停止 { s1 = 0; BEEP = 0; } else if(S>40 && S<50) //距離大于40CM，小于50，蜂鳴器提醒 { s1 = 1; BEEP = 1; } if(S>50) //距離大于50CM，持續(xù)當(dāng)前狀態(tài) { s1 = 1; BEEP = 0; } } } } void time1()interrupt 3 using 2 { TH1=(65536-100)/256; //100US定時 TL1=(65536-100)%256; timer++; //定時器100US為準。在這個基礎(chǔ)上延時 timer1++; //2MS掃一次數(shù)碼管 if(timer1>=20) { timer1=0; } } 18B20顯示程序： #include "18B20.h" int DS18B20_Temp=0; //記錄采集溫度的整數(shù)信息 unsigned char Data_View_Temp[7]={0,0,0,.,0,0xdf,C};//記錄采集到的信息轉(zhuǎn)化后的顯示數(shù)組，可以用來直接顯示 int TempH,TempL; //采集和計算溫度的變量 char DS18B20_Alert_L; //18B20自身帶的EEPROM中，報警的低溫度值與高溫度值 char DS18B20_Alert_H; void DS18B20_Alert_Set() { EA=0; Reset_DS18B20(); DS18B20_WriteOneChar(0xcc); DS18B20_WriteOneChar(0x4e); DS18B20_WriteOneChar(DS18B20_Alert_H); DS18B20_WriteOneChar(DS18B20_Alert_L); Reset_DS18B20(); DS18B20_WriteOneChar(0xcc); DS18B20_WriteOneChar(0x48); EA=1; DS18B20_Delay_10ms(); EA=0; Reset_DS18B20(); DS18B20_WriteOneChar(0xcc); DS18B20_WriteOneChar(0x44); EA=1; } void DS18B20_Init() { Reset_DS18B20(); DS18B20_WriteOneChar(0xcc); //設(shè)置18B20，并讀取儲存中的溫度值 DS18B20_WriteOneChar(0xbe); DS18B20_ReadOneChar(); DS18B20_ReadOneChar(); DS18B20_Alert_H=DS18B20_ReadOneChar();