汽车倒车辅助系统的设计(附件)
随着人民生活水平的不断提高，汽车作为最常用的交通工具，在人们生活中的作用越来越重要，但是随之而来的交通事故也逐年增加，给人们的经济财产和生命安全带来了诸多威胁。汽车倒车辅助系统的设计无疑将会在很大程度上帮助人们解决一些汽车驾驶方面的问题。本文对超声波传感器的测距原理进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、超声波换能器等方面的知识，采用以STC89C52单片机为控制核心，通过超声波测距模块、LCD显示模块和报警模块的协调工作，设计实现了汽车倒车的智能化测距和防撞报警信号提示的倒车辅助装置。该装置具有集成度高、测量范围广和成本低等特点，能满足驾驶员在实际倒车中的需求，具有一定的理论和实用价值。
关键词 超声波测距，STC89C52，LCD显示，报警
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究的内容 3
2 系统总体设计 3
2.1 设计需求 3
2.2 设计目标 3
2.3 设计方案 4
2.4 设计原理 4
3 硬件设计 6
3.1 单片机控制模块设计 7
3.2 超声波发射模块的设计 8
3.3 超声波接收模块的设计 10
3.4 显示模块的设计 11
3.5 报警模块的设计 11
4 软件设计 12
4.1 系统模块设计 12
4.2 系统主程序设计 13
4.3 超声波测距的算法设计 14
4.4 超声波发生子程序和超声波接收终端程序设计 15
5 系统调试 16
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/> 5.1 硬件调试 16
5.2 软件调试 18
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
附录A 硬件实物图 24
附录B 硬件实物图 24
附录C 仿真图 25
附录D 主程序代码 26
1 绪论
1.1 选题的背景及意义
时代的发展，社会的进步让现代人的生活发生了和过去大不一样的改变，尤其在交通出行方面的变化更是让我们为之感叹，从过去的驴马出行到现在的汽车出行，而随着时代经济的快速发展，汽车的需求量也越来越大，汽车需求量的加大导致我国汽车行业也得到了飞速的发展[1]。据不完全统计截止2011年，除少数山区交通等不发达地区外，我国已经达到人均家庭都拥有一辆属于他们自己的私人轿车，汽车出行已经成为中国社会目前最为普遍的一种出行方式。当然，这一变化也给汽车拥有者带去了不少的麻烦，最为常见的就是各类交通事故的发生，一旦发生类似情况轻则会对人们造成经济财产上的损失，重则甚至会夺走他们宝贵的生命。而当我们回过头来看所发生的各类交通事故的时候，令人惊讶的是在在这些交通事故里有很多是因为驾驶员倒车不慎而引起的，因此，汽车倒车辅助系统的研究和设计显得尤为重要[2]。
就目前而言，汽车倒车辅助系统还处在一个刚刚发展起步的阶段，在许多方面还不够完善，能够借鉴的经验和应用的成果也不是很多，所以要想在汽车领域发展的更好更快这就要求我国要加大投入，利用更多的人力物力资源进行研究设计[3]。在现阶段所使用的大部分普通汽车中，驾驶员在倒车时的一个主要依据就是通过车上的后视镜来观察车后的地理位置情况，但是仅仅只依靠后视镜来判断车后方的情况在很多时候也会出现判断不准这种情况，因为汽车后视镜不管在什么情况下都会存在一个观察失真的可能，此外，车上的遮阳板、后风窗刮水器等一系列部件也可能会造成驾驶员在倒车观察时不能完全看清车后方的真实情况而导致判断不准确。而且，我们大家都知道在每一辆汽车的后方总会存在一个视觉盲区在驾驶员倒车的时候是不会被观察到的，所以无论我们在汽车上安装多么好的后视镜，在倒车的时候还是会存在有看不到的角落，这个时候想要通过人眼观察来完成汽车的安全倒车还是会存在危险的。所以想要彻底的解决这个问题，我们必须摆脱传统的依靠人眼观察的这种方法来设计出一款能够通过测距的汽车倒车辅助系统来帮助驾驶员在日常开车过程中的安全倒车[4]。所以汽车倒车辅助系统这一概念在这种情况下就被一些专家学者提出来，正在迅速地发展和普及之中。汽车倒车辅助系统主要是通过报警系统和LCD显示系统来将超声波测距系统所测距离以声音和数字的形式呈现给驾驶员，以此来改善驾驶员对车后方的视野掌控进而完成汽车的安全倒车，这一过程中，超声波测距系统的性能和作用显得十分重要。正因如此，汽车驾驶员就更能有效地避免了汽车因倒车不慎而产生的摩擦碰撞[5]。
随着超声波测距系统的不断改进，其测距功能也在不断地完善之中，它不再拘泥于最初地定距离测量报警而是可以在车后的一段距离内进行测量报警，但这个过程中倒车雷达的功能仍比较简单，也越来越达不到人们的要求。在这种情况下，一种全新的以单片机作为主控制核心结合多模块单元协调工作的汽车倒车辅助系统被提出来进行研究设计，这一改进不仅满足了汽车在倒车过程中的连续测距，同时还可以通过语音提示和LCD显示模块显示出车距障碍物之间的距离，从而扩大驾驶员的倒车视野，让驾驶员可以更安全、可靠、放心的完成倒车任务，即使是刚开车不久的新司机也能独自完成倒车[6]。
汽车倒车辅助系统的设计有着许多方面的现实意义：
（1）汽车倒车辅助系统可以帮助驾驶员更加清晰的看到车后的盲区。
（2）它还可以通过语音提示告诉驾驶员倒车的安全距离。
（3）驾驶员还可以通过系统LCD显示观察倒车距离，并自由方便的控制倒车的距离，以防止不必要的事故发生。
（4）摆脱以往靠经验倒车的习惯使新司机也可以在无人提示的情况完成倒车。
（5）不论白天还是晚上，减轻驾驶员在倒车过程中的倒车压力，使得倒车更加安全可靠。
（6）该系统经济实惠，便于安装。
1.2 国内外研究现状
汽车倒车辅助系统的研究最早开始于二十世纪中后期，以德国、美国和日本为代表的发达国家生产出世界上第一批汽车倒车辅助装置，但是由于当时各方面的原因导致该装置花费高，不易安装，且性能不好，所以并没有在实际中得到很好的应用[7]。直到二十世纪末期，德国奔驰公司利用先进的改善技术，将传感器和智能系统相结合，在设计成本上大大降低了汽车的成本，同时大幅提高了车的性能。至此，汽车倒车辅助系统的设计装置才算是有了第一次的突破成功，而后的劳伦斯汽车生产公司和奔驰公司的联合更是成功研制出了先进的倒车雷达装置，该装置可以精确计算出车距障碍物之间的距离，这种技术被广泛应用到汽车生产中，大大地增加了汽车安全性[8]。
国内汽车倒车辅助装置方面的研究相对较晚，随着科技和经济实力的不断增强，汽车倒车辅助装置大致经历了六代产品的变更。从只有一种声音的喇叭提示发展到可多种声音提示的蜂鸣器报警，从显示波段到显示距离，从设计安装魔幻镜到综合声音和数码管显示所有功能的研究装置，每一次改进都预示着国内汽车领域的一次新突破，在汽车倒车雷达领域研究的新成果[9]。
1.3 主要研究的内容
汽车测速系统可以让驾驶员明确知道自己驾驶汽车的速度，让驾驶员时刻掌握好自己车子的行进速度，从而减少超速行驶带来的不良后果。
图2.1 超声波传播图
超声波测距主要是通过声学振幅分析法，相位检测法和往返时间检测法来实现的。声波振幅检测法可以通过反射波实现，但是很容易受干扰影响；相位检测法具有相对较高的测量精度，但检测范围受到限制。根据给定方法中的这些特点，该系统选用的是往返时间检测方法[14]。测量距离原理是：通过单片机内部的定时器/计数器T0定时，得出超声波脉冲在由超声波发射电路发射后到返回到接收探头时，一共所用的时间t，并根据介质传播到测量物体的距离计算超声波速度[15]。
1 绪论 1
1.1 选题的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究的内容 3
2 系统总体设计 3
2.1 设计需求 3
2.2 设计目标 3
2.3 设计方案 4
2.4 设计原理 4
3 硬件设计 6
3.1 单片机控制模块设计 7
3.2 超声波发射模块的设计 8
3.3 超声波接收模块的设计 10
3.4 显示模块的设计 11
3.5 报警模块的设计 11
4 软件设计 12
4.1 系统模块设计 12
4.2 系统主程序设计 13
4.3 超声波测距的算法设计 14
4.4 超声波发生子程序和超声波接收终端程序设计 15
5 系统调试 16
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/> 5.1 硬件调试 16
5.2 软件调试 18
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
附录A 硬件实物图 24
附录B 硬件实物图 24
附录C 仿真图 25
附录D 主程序代码 26
1 绪论
1.1 选题的背景及意义
时代的发展，社会的进步让现代人的生活发生了和过去大不一样的改变，尤其在交通出行方面的变化更是让我们为之感叹，从过去的驴马出行到现在的汽车出行，而随着时代经济的快速发展，汽车的需求量也越来越大，汽车需求量的加大导致我国汽车行业也得到了飞速的发展[1]。据不完全统计截止2011年，除少数山区交通等不发达地区外，我国已经达到人均家庭都拥有一辆属于他们自己的私人轿车，汽车出行已经成为中国社会目前最为普遍的一种出行方式。当然，这一变化也给汽车拥有者带去了不少的麻烦，最为常见的就是各类交通事故的发生，一旦发生类似情况轻则会对人们造成经济财产上的损失，重则甚至会夺走他们宝贵的生命。而当我们回过头来看所发生的各类交通事故的时候，令人惊讶的是在在这些交通事故里有很多是因为驾驶员倒车不慎而引起的，因此，汽车倒车辅助系统的研究和设计显得尤为重要[2]。
就目前而言，汽车倒车辅助系统还处在一个刚刚发展起步的阶段，在许多方面还不够完善，能够借鉴的经验和应用的成果也不是很多，所以要想在汽车领域发展的更好更快这就要求我国要加大投入，利用更多的人力物力资源进行研究设计[3]。在现阶段所使用的大部分普通汽车中，驾驶员在倒车时的一个主要依据就是通过车上的后视镜来观察车后的地理位置情况，但是仅仅只依靠后视镜来判断车后方的情况在很多时候也会出现判断不准这种情况，因为汽车后视镜不管在什么情况下都会存在一个观察失真的可能，此外，车上的遮阳板、后风窗刮水器等一系列部件也可能会造成驾驶员在倒车观察时不能完全看清车后方的真实情况而导致判断不准确。而且，我们大家都知道在每一辆汽车的后方总会存在一个视觉盲区在驾驶员倒车的时候是不会被观察到的，所以无论我们在汽车上安装多么好的后视镜，在倒车的时候还是会存在有看不到的角落，这个时候想要通过人眼观察来完成汽车的安全倒车还是会存在危险的。所以想要彻底的解决这个问题，我们必须摆脱传统的依靠人眼观察的这种方法来设计出一款能够通过测距的汽车倒车辅助系统来帮助驾驶员在日常开车过程中的安全倒车[4]。所以汽车倒车辅助系统这一概念在这种情况下就被一些专家学者提出来，正在迅速地发展和普及之中。汽车倒车辅助系统主要是通过报警系统和LCD显示系统来将超声波测距系统所测距离以声音和数字的形式呈现给驾驶员，以此来改善驾驶员对车后方的视野掌控进而完成汽车的安全倒车，这一过程中，超声波测距系统的性能和作用显得十分重要。正因如此，汽车驾驶员就更能有效地避免了汽车因倒车不慎而产生的摩擦碰撞[5]。
随着超声波测距系统的不断改进，其测距功能也在不断地完善之中，它不再拘泥于最初地定距离测量报警而是可以在车后的一段距离内进行测量报警，但这个过程中倒车雷达的功能仍比较简单，也越来越达不到人们的要求。在这种情况下，一种全新的以单片机作为主控制核心结合多模块单元协调工作的汽车倒车辅助系统被提出来进行研究设计，这一改进不仅满足了汽车在倒车过程中的连续测距，同时还可以通过语音提示和LCD显示模块显示出车距障碍物之间的距离，从而扩大驾驶员的倒车视野，让驾驶员可以更安全、可靠、放心的完成倒车任务，即使是刚开车不久的新司机也能独自完成倒车[6]。
汽车倒车辅助系统的设计有着许多方面的现实意义：
（1）汽车倒车辅助系统可以帮助驾驶员更加清晰的看到车后的盲区。
（2）它还可以通过语音提示告诉驾驶员倒车的安全距离。
（3）驾驶员还可以通过系统LCD显示观察倒车距离，并自由方便的控制倒车的距离，以防止不必要的事故发生。
（4）摆脱以往靠经验倒车的习惯使新司机也可以在无人提示的情况完成倒车。
（5）不论白天还是晚上，减轻驾驶员在倒车过程中的倒车压力，使得倒车更加安全可靠。
（6）该系统经济实惠，便于安装。
1.2 国内外研究现状
汽车倒车辅助系统的研究最早开始于二十世纪中后期，以德国、美国和日本为代表的发达国家生产出世界上第一批汽车倒车辅助装置，但是由于当时各方面的原因导致该装置花费高，不易安装，且性能不好，所以并没有在实际中得到很好的应用[7]。直到二十世纪末期，德国奔驰公司利用先进的改善技术，将传感器和智能系统相结合，在设计成本上大大降低了汽车的成本，同时大幅提高了车的性能。至此，汽车倒车辅助系统的设计装置才算是有了第一次的突破成功，而后的劳伦斯汽车生产公司和奔驰公司的联合更是成功研制出了先进的倒车雷达装置，该装置可以精确计算出车距障碍物之间的距离，这种技术被广泛应用到汽车生产中，大大地增加了汽车安全性[8]。
国内汽车倒车辅助装置方面的研究相对较晚，随着科技和经济实力的不断增强，汽车倒车辅助装置大致经历了六代产品的变更。从只有一种声音的喇叭提示发展到可多种声音提示的蜂鸣器报警，从显示波段到显示距离，从设计安装魔幻镜到综合声音和数码管显示所有功能的研究装置，每一次改进都预示着国内汽车领域的一次新突破，在汽车倒车雷达领域研究的新成果[9]。
1.3 主要研究的内容
汽车测速系统可以让驾驶员明确知道自己驾驶汽车的速度，让驾驶员时刻掌握好自己车子的行进速度，从而减少超速行驶带来的不良后果。
图2.1 超声波传播图
超声波测距主要是通过声学振幅分析法，相位检测法和往返时间检测法来实现的。声波振幅检测法可以通过反射波实现，但是很容易受干扰影响；相位检测法具有相对较高的测量精度，但检测范围受到限制。根据给定方法中的这些特点，该系统选用的是往返时间检测方法[14]。测量距离原理是：通过单片机内部的定时器/计数器T0定时，得出超声波脉冲在由超声波发射电路发射后到返回到接收探头时，一共所用的时间t，并根据介质传播到测量物体的距离计算超声波速度[15]。
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