单片机的汽车防撞系统的设计
引言 1
一、设计的方案与思路 1
（一）方案设计 1
（二）方案论证 1
（三）设计思路 2
二、超声波测距原理 3
（一）超声波传感器的介绍 3
（二）超声波测距系统的原理 3
（三）超声波测量盲区 4
三、单片机的介绍 4
（一）AT89C51单片机的介绍 4
（二）AT89C51单片机的主要特性 5
（三）AT89C51单片机引脚功能 5
四、系统硬件设计 7
（一）时钟电路 7
（二）复位电路 8
（三）报警电路 8
（四）显示电路 9
（五）温度补偿传感器 10
（六）超声波发射电路 11
（七）超声波接收电路 12
五、系统软件设计 14
（一）系统主程序 14
（二）中断处理子程序 15
（三）显示子程序 16
（四）报警子程序 17
结束语 18
参考文献 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB 板 21
附录三 程序 22
致 谢 30
引言
随着现代科技的迅猛发展，越来越多的科技成果被广泛地运用到人们的生活、生产和研究等领域。特别是电子技术，检测技术以及材料的研究，使得各种检测与测量技术有了较大的发展，广泛地应用于生活的各个领域。
在日常生活中，随着社会经济的快速发展，运输业的蓬勃发展，汽车的数量在大副的上升，日益恶化的交通拥堵，碰撞事故也频频发生在我们的周围，从而导致不可避免的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
人身伤害和经济损失。针对这种情况，对于开车人员，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统是非常有必要的。
因此，本文介绍的就是利用超声波测距法设计的一种汽车防撞报警系统。主要利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统与AT89C51单片机有机的结合，设计出了一种基于AT89C51单片机的汽车防撞报警系统。这种系统的设计，避免了汽车相撞的可能，减少了车祸的发生，给人们的生命财产安全带来了一定的保障。
一、设计的方案与思路
（一）方案设计
由于超声波指向性强，能量消耗相对比较缓慢，在介质中传播距离比较远，因而本论文采用超声波测量距离来设计汽车防撞系统。利用超声波测量来距离，设计方便，计算和处理也比较简单，而且在测量精度的方面也能达到自动化使用要求。
超声波发生器分为两大类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用机械方式产生的超声波。电气的方式包括压电型、电动型等；机械的方式有加尔统笛、液啸和气流旋笛等。它们所产生超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因此在用途方面也是不相同的。目前在近距离测量的时候，我们常用的是压电式超声波换能器。根据设计的要求和综合各方面的因素，本文是采用AT89C51单片机作为控制器，用动态扫描法的方式来实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。
（二）方案论证
超声波测距原理是利用超声波的发送和接收，并根据超声波传播时间来计算移动的距离。测距主要有两种方法，一种是在被测距离的两端，一端的发送器和接收的直接波的模式，一般用于高度米的另一端，另一种是被物体反射回来的接收的发射波反射波模式后，一般用于测距仪。本论文的设计采用的是第二种方式。
测距仪分辨率的设计主要依赖于超声波传感器的选择。超声波传感器是利用压电效应的传感器，使用压电陶瓷材料。超声波在空气中传播，因为会有一定的衰减，衰减与频率成正比的高度；频率高分辨率也高，故短距离的测量时应选择频率高的传感器，长距离测量时应用低频率的传感器。
因此本文基于AT89C51单片机的汽车防撞系统的设计根据超声波的测距原理来利用超声波的发射和接收，用计时器计算出超声波从发射到接收到遇到障碍物后反射回来的声波时间，通过公式计算出汽车与障碍物之间的距离。司机通过看到显示器上的显示的距离判断是否是安全距离，避免了车祸的发生，给人们的生命财产安全带来了保障。
（三）设计思路
汽车防撞预警系统是指在汽车行驶过程中防止汽车发生碰撞障碍物的一种智能报警装置。它能自动发现可能与汽车发生碰撞的障碍物体，并且同时检测汽车与障碍物之间的距离，到达极限距离时发出报警信号以避免碰撞的发生。本设计中的汽车防撞报警器的功能主要有两个：判断汽车与障碍物之间的距离和当汽车与障碍物之间的距离到达临界距离时发出报警信号。
该汽车防撞报警系统由超声波发射电路及接收电路、复位电路、时钟电路、温度补偿电路、显示报警电路组成、核心部分采用AT89C51单片机。（如系统框图1）
图1 系统框图
由单片机AT89C51编程产生40KHz的方波，由P1.0口输出，经过放大电路，驱动超声波发射探头发射出超声波。发射出去的超声波碰到障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到的信号，再通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理，送至单片机。单片机就利用超声波的传播速度以及发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出与障碍物距离，并由单片机控制显示出来。
二、超声波测距原理
（一）超声波传感器的介绍
压电式超声波发生器是利用压电晶体振荡器，超声波发生器的内部结构如图2所示，它有两个压电晶片和共鸣板，它的磁极，当施加的脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率，就会发生共振压电晶片，并带动共振板振动，便产生超声波。相反，如果无电压施加在两个电极之间，当电路板接收的超声波共振，将振动压电晶片压迫，将机械能转换成电信号，然后变成一个超声波传感器。
图2 压电式超声波传感器结构图
压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率时，该中心频率F0。发送超声波时，其一致性的自然谐振频率的交流电压的频率的增加，超声波传感器具有高的灵敏度。当所使用的压电材料是恒定的，如果压电陶瓷芯片的大小，可以很容易地改变其固有的共振频率，利用此功能可以用各种频率的超声波传感器。
超声波传感器的内部结构的压电陶瓷晶片锥形辐射喇叭，碱，铅，金属壳和金属组合物构成的。传感器芯的压电陶瓷晶片，辐射锥形扬声器可以发送和接收超声波能量集中，取向角的传感器与一个金属外壳，可以防止外部的力的压电陶瓷芯片，和扬声器锥体的辐射损伤。相同的金属网格也起到保护的作用，但它不会影响它的发送和接收超声波。
（三）超声波测量盲区
传感器中的脉冲反射模式工作条件下，高电压的电脉冲激励换能器发射的同时可以输入接收部分。在这种情况下，放大器的放大倍数短的时间将减少，甚至没有放大，这是现在被统称为阻止。不同的检测器，将不同程度的阻塞。根据缺陷回波高度缺陷的定量评估，将导致阻塞区低，有时甚至无法找到一个障碍，是需要注意的。由于发射脉冲本身具有一定的宽度，加上放大器，在不久的传输的脉冲在一段时间之内的阻塞问题，往往需要发现的缺陷不能被发现，所以该距离被称为盲，具体方法如下：
当发射超声波，发射器信号，同时保持很短的时间，但停止发射信号时，探头将继续存在一定的余春（由于机械惯性效应）。因此，在一段较长的时间，加入到放大器的输入端接收所发送的信号具有一定的振幅的大小仍然是高的，可以达到限幅电路的削波电平Vm，此外，接收器接收多种探头比发送信号的反射信号小，甚至更接近探针的表面反射信号的限幅电平的限幅电路，因此无法达到。当反射面越走越远远离探头，接收和传输信号分离的时间越来越长，幅度将变小。超声检测信号的过程中，接收到的信号总是小于所传输的信号于春衰减得更慢衰减。接收信号的幅度，只有当接收放大器有一个输入信号，要求达到预定的阈值Vm。
一、设计的方案与思路 1
（一）方案设计 1
（二）方案论证 1
（三）设计思路 2
二、超声波测距原理 3
（一）超声波传感器的介绍 3
（二）超声波测距系统的原理 3
（三）超声波测量盲区 4
三、单片机的介绍 4
（一）AT89C51单片机的介绍 4
（二）AT89C51单片机的主要特性 5
（三）AT89C51单片机引脚功能 5
四、系统硬件设计 7
（一）时钟电路 7
（二）复位电路 8
（三）报警电路 8
（四）显示电路 9
（五）温度补偿传感器 10
（六）超声波发射电路 11
（七）超声波接收电路 12
五、系统软件设计 14
（一）系统主程序 14
（二）中断处理子程序 15
（三）显示子程序 16
（四）报警子程序 17
结束语 18
参考文献 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB 板 21
附录三 程序 22
致 谢 30
引言
随着现代科技的迅猛发展，越来越多的科技成果被广泛地运用到人们的生活、生产和研究等领域。特别是电子技术，检测技术以及材料的研究，使得各种检测与测量技术有了较大的发展，广泛地应用于生活的各个领域。
在日常生活中，随着社会经济的快速发展，运输业的蓬勃发展，汽车的数量在大副的上升，日益恶化的交通拥堵，碰撞事故也频频发生在我们的周围，从而导致不可避免的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
人身伤害和经济损失。针对这种情况，对于开车人员，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统是非常有必要的。
因此，本文介绍的就是利用超声波测距法设计的一种汽车防撞报警系统。主要利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统与AT89C51单片机有机的结合，设计出了一种基于AT89C51单片机的汽车防撞报警系统。这种系统的设计，避免了汽车相撞的可能，减少了车祸的发生，给人们的生命财产安全带来了一定的保障。
一、设计的方案与思路
（一）方案设计
由于超声波指向性强，能量消耗相对比较缓慢，在介质中传播距离比较远，因而本论文采用超声波测量距离来设计汽车防撞系统。利用超声波测量来距离，设计方便，计算和处理也比较简单，而且在测量精度的方面也能达到自动化使用要求。
超声波发生器分为两大类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用机械方式产生的超声波。电气的方式包括压电型、电动型等；机械的方式有加尔统笛、液啸和气流旋笛等。它们所产生超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因此在用途方面也是不相同的。目前在近距离测量的时候，我们常用的是压电式超声波换能器。根据设计的要求和综合各方面的因素，本文是采用AT89C51单片机作为控制器，用动态扫描法的方式来实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。
（二）方案论证
超声波测距原理是利用超声波的发送和接收，并根据超声波传播时间来计算移动的距离。测距主要有两种方法，一种是在被测距离的两端，一端的发送器和接收的直接波的模式，一般用于高度米的另一端，另一种是被物体反射回来的接收的发射波反射波模式后，一般用于测距仪。本论文的设计采用的是第二种方式。
测距仪分辨率的设计主要依赖于超声波传感器的选择。超声波传感器是利用压电效应的传感器，使用压电陶瓷材料。超声波在空气中传播，因为会有一定的衰减，衰减与频率成正比的高度；频率高分辨率也高，故短距离的测量时应选择频率高的传感器，长距离测量时应用低频率的传感器。
因此本文基于AT89C51单片机的汽车防撞系统的设计根据超声波的测距原理来利用超声波的发射和接收，用计时器计算出超声波从发射到接收到遇到障碍物后反射回来的声波时间，通过公式计算出汽车与障碍物之间的距离。司机通过看到显示器上的显示的距离判断是否是安全距离，避免了车祸的发生，给人们的生命财产安全带来了保障。
（三）设计思路
汽车防撞预警系统是指在汽车行驶过程中防止汽车发生碰撞障碍物的一种智能报警装置。它能自动发现可能与汽车发生碰撞的障碍物体，并且同时检测汽车与障碍物之间的距离，到达极限距离时发出报警信号以避免碰撞的发生。本设计中的汽车防撞报警器的功能主要有两个：判断汽车与障碍物之间的距离和当汽车与障碍物之间的距离到达临界距离时发出报警信号。
该汽车防撞报警系统由超声波发射电路及接收电路、复位电路、时钟电路、温度补偿电路、显示报警电路组成、核心部分采用AT89C51单片机。（如系统框图1）
图1 系统框图
由单片机AT89C51编程产生40KHz的方波，由P1.0口输出，经过放大电路，驱动超声波发射探头发射出超声波。发射出去的超声波碰到障碍物反射回来后，由超声波接收头接收到的信号，再通过接收电路的检波放大、积分整形及一系列处理，送至单片机。单片机就利用超声波的传播速度以及发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出与障碍物距离，并由单片机控制显示出来。
二、超声波测距原理
（一）超声波传感器的介绍
压电式超声波发生器是利用压电晶体振荡器，超声波发生器的内部结构如图2所示，它有两个压电晶片和共鸣板，它的磁极，当施加的脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率，就会发生共振压电晶片，并带动共振板振动，便产生超声波。相反，如果无电压施加在两个电极之间，当电路板接收的超声波共振，将振动压电晶片压迫，将机械能转换成电信号，然后变成一个超声波传感器。
图2 压电式超声波传感器结构图
压电陶瓷晶片有一个固定的谐振频率时，该中心频率F0。发送超声波时，其一致性的自然谐振频率的交流电压的频率的增加，超声波传感器具有高的灵敏度。当所使用的压电材料是恒定的，如果压电陶瓷芯片的大小，可以很容易地改变其固有的共振频率，利用此功能可以用各种频率的超声波传感器。
超声波传感器的内部结构的压电陶瓷晶片锥形辐射喇叭，碱，铅，金属壳和金属组合物构成的。传感器芯的压电陶瓷晶片，辐射锥形扬声器可以发送和接收超声波能量集中，取向角的传感器与一个金属外壳，可以防止外部的力的压电陶瓷芯片，和扬声器锥体的辐射损伤。相同的金属网格也起到保护的作用，但它不会影响它的发送和接收超声波。
（三）超声波测量盲区
传感器中的脉冲反射模式工作条件下，高电压的电脉冲激励换能器发射的同时可以输入接收部分。在这种情况下，放大器的放大倍数短的时间将减少，甚至没有放大，这是现在被统称为阻止。不同的检测器，将不同程度的阻塞。根据缺陷回波高度缺陷的定量评估，将导致阻塞区低，有时甚至无法找到一个障碍，是需要注意的。由于发射脉冲本身具有一定的宽度，加上放大器，在不久的传输的脉冲在一段时间之内的阻塞问题，往往需要发现的缺陷不能被发现，所以该距离被称为盲，具体方法如下：
当发射超声波，发射器信号，同时保持很短的时间，但停止发射信号时，探头将继续存在一定的余春（由于机械惯性效应）。因此，在一段较长的时间，加入到放大器的输入端接收所发送的信号具有一定的振幅的大小仍然是高的，可以达到限幅电路的削波电平Vm，此外，接收器接收多种探头比发送信号的反射信号小，甚至更接近探针的表面反射信号的限幅电平的限幅电路，因此无法达到。当反射面越走越远远离探头，接收和传输信号分离的时间越来越长，幅度将变小。超声检测信号的过程中，接收到的信号总是小于所传输的信号于春衰减得更慢衰减。接收信号的幅度，只有当接收放大器有一个输入信号，要求达到预定的阈值Vm。
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