单片机的汽车防撞预警系统(附件)
随着社会的快速发展，家庭汽车的拥有量越来越多，交通事故因此也与日俱增，交通安全越来越引起人们的重视。当前，汽车的电子化程度不断提高，电子方面的控制技术也应用到了汽车的行车安全与导航，汽车防撞报警系统也应运而生。
本次设计以AT89S51单片机为核心完成报警系统的设计。首先超声波将车间的距离探测出来，然后单片机处理运算，测得的距离在数码管上显示，并与设定的报警距离进行比较，当测得距离小于设定值时，蜂鸣器报警。本文在Protel DXP中设计了系统的原理图和PCB版的制作，完成了报警系统的硬件设计，编写了单片机的软件程序，在Proteus仿真软件中进行了软件仿真，最后对所设计的系统进行了软硬件联调，调试结果表明，所设计的汽车防撞报警系统能够有效地监测距离，超限时及时给出报警提示。
关键词 交通事故，汽车防撞预警，AT89S51
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 课题研究现状 2
1.3 课题研究内容和手段 3
2 汽车防撞预警系统硬件设计 3
2.1 硬件部分总体设计 3
2.2 核心控制模块设计 4
2.3 按键控制模块设计 6
2.4 超声波测距模块设计 6
2.5 蜂鸣器报警模块设计 9
2.6 数码管显示模块设计 9
3 汽车防撞预警系统的软件设计 12
3.1 软件部分总体设计 12
3.2 主程序模块 13
3.3 按键判断子程序 16
3.4 蜂鸣器报警子程序 18
3.5 数码管显示子程序 20
3.6 超声波测距子程序 22
4 软件仿真与调试 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
24
4.1 Keil软件部分 24
4.2 Proteus软件部分 25
5 软硬件联调 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录A 电路原理图 33
附录B PCB图 34
附录C 实物图 35
附录D 程序 36
绪论
课题研究背景及意义
随着我国经济的快速发展，人们在生活中越来越多的购买和使用车辆，这也引发了愈来愈多的交通安全隐患。当今，在很多汽车电子产品中，越来越广泛的运用了各种精确的传感器和高度集成化的微处理器，发明的汽车防撞预警系统可以帮助人们减少在驾驶中的过失，至少90%的交通事故是可以避免发生的。在我国，2015年数据表明，道路交通事故80.3万起，60多万人受伤，10万人死亡，直接经济损失44亿多，虽然发生事故的概率是非常小的，但存在的小概率的数值折合到中国交通事故中可以得出，每年因交通事故丢失生命的人有870000个。在车辆驾驶过程中，当司机看到前方危险到踩下刹车通常只有1秒钟，根据国际驾驶标准，车辆之间要保持至少2秒的安全距离，可以计算出如果一小时行驶速度为120公里，则2秒对应的安全距离为72米。在中国的高速公路上，建议安全车距为100米，普查中国车辆中发现前后距离小于50米有50%，前后距离小于30米的有25%。这些信息意味着，交通事故的发生与司机是否安全行车有着重大的关系，如果司机在发生交通事故0.4秒前得到一定的警告信息，则最起码能够减少49%的车辆交通事故，59%的交叉追尾交通事故，40%的当面碰撞交通事故，如果驾驶员提前1到2秒得到预警信息，大多数碰撞交通事故能够减少。因此，研制汽车防撞预警系统，通过智能系统辅助驾驶员安全行驶，提供预警提示信息，智能系统和人为判断的相结合可以减少交通事故发生的概率，同时可以减少巨大的经济损失并保证人们生命的安全。
课题研究现状
从1973年始，在国内与国外，前后出现雷达波测距、机械视觉和交相式智能化等防撞报警系统的科学技术研究和产品[1]。这些年来，日、西欧、德各国的汽车制造公司投入了巨大的资本，相继成功的研究出了调制连续波雷达波系统与单脉冲雷达波系统。上面提及两种雷达预警系统，在国外汽车企业的高级汽车中都有应用，但因为其成本过高并没有得到更广泛的运用。这些年来，DSP芯片因为性价比很高，即价格低但是性能高，得到了广泛的应用，使汽车防撞预警技术的发展和研究更上一层楼。因此，汽车防撞预警系统可大力推广并应用于普通汽车，使一般家庭也能使用。
考虑到当时我国经济水平和社会环境等因素，我国对汽车防撞预警技术的技术研究着手时间较迟。因此，与国外防撞预警系统的研究水平相比，我国车辆的防撞系统的发展水平还比较低，考虑到这个方面，国家开始对这方面的研究高度的重视。
当前汽车制造产业之间的竞争愈来愈大，在汽车各项技术方面，客户的要求愈来愈高和多样化。如果汽车产品具有的功能强大，而且价格相对较低，就更会受到市场的青睐，促进汽车行业的发展。只具有防撞预警功能的汽车防撞预警系统是不可能受到现在市场的青睐，因此必须增加更加智能化的功能，如对目标识别和跟踪功能等，一旦加入了这些功能，研究资金必然会增多，无益于在市场中参预竞争。发展汽车的防撞预警技术，对降低交通事故的发生率和提高汽车的智能化有着非常重要的意义。
课题研究内容和手段
本次设计拟采用以AT89S51单片机为控制核芯来实现。主要由AT89S51芯片、报警电路、按键电路、数码管显示电路、超声波传感器HC-SR04这几部分组成。AT89S51 是一个功率损耗低，功能和质量高的互补金属氧化物半导体(CMOS )8位单片机，它作为核心控制芯片，控制着整个电路的运行[2]。HC-SR04模块主要作用是对于超声波信号的接发处理，即车辆之间距离的测量，通过单片机判断距离是否安全使系统快速的做出反应，并将距离通过LED数码管显示出来，驾驶员就能够及时得到警告，从而减少交通事故的发生。
汽车防撞预警系统硬件设计
硬件部分总体设计
根据系统所需的功能和要求，本设计以AT89S51作为核心控制芯片，整个电路都由它发布命令进行控制。整个电路主要由AT89S51单片机芯片、按键电路、数码管显示电路、超声波传感器电路、蜂鸣器报警电路这几个部分组成。系统硬件框图如图2-1所示。
图2-1 系统硬件框图
其中按键电路则由三个独立按键组成，一个是增加设定的安全距离，一个是减少设定的安全距离距离，还有一个是用来使系统处于设定安全距离状态。
超声波测距模块负责信号的发送与接收，通过发送与接收的信号，可以探测到行驶中的两车之间的距离，然后把得到的数据发送给单片机，单片机控制数码管的显示，距离则可以在4位7段数码管上显示出来。测量好的距离还会和已经设定的安全距离相比较，如果小于设定的安全距离，蜂鸣器则会发出警报。
图2-2 单片机原理图
本次设计用到AT89S51单片机的主要管脚有XL2(管脚18)和XL1(管脚19)，两个管脚都为振荡器输入输出端口，跨接十二兆赫兹晶振。RST (管脚9)为复位端口，采取低电平复位；GND（引脚20）为接地端，VCC（引脚40）为电源电压输入端口，VCC接正五伏电压源，GND接地；P1、P2、P3端口是三个并行八位双向I/O口，分为低八位和高八位，这三个端口的缓冲器都能驱动4个TTL门电路。I/O口内部都有上拉电阻，若对这三个端口的每个管脚写“1”，上拉电阻都会把这三个端口拉为高电平，做输入端口使用；RST引脚为高电平有效的复位输入端口，当单片机振荡器工作的时候，如果在RST引脚上持续两个机器周期以上的高电平，单片机将会被复位[5]；EA/VPP定义为是否允许外部程序存储器访问的控制信号，只有给EA/VPP低电平的时候，才只能允许CPU访问外部程序存储器。如果对加密位LB1编程，EA/VPP端将在内部被固定为复位状态，当给EA/VPP端高电平的时候，CPU将会执行内部程序存储器中指令[6]。另外在FLASH编程期间，也可以使EA/VPP连接到正12V编程电压源。
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 课题研究现状 2
1.3 课题研究内容和手段 3
2 汽车防撞预警系统硬件设计 3
2.1 硬件部分总体设计 3
2.2 核心控制模块设计 4
2.3 按键控制模块设计 6
2.4 超声波测距模块设计 6
2.5 蜂鸣器报警模块设计 9
2.6 数码管显示模块设计 9
3 汽车防撞预警系统的软件设计 12
3.1 软件部分总体设计 12
3.2 主程序模块 13
3.3 按键判断子程序 16
3.4 蜂鸣器报警子程序 18
3.5 数码管显示子程序 20
3.6 超声波测距子程序 22
4 软件仿真与调试 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
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4.1 Keil软件部分 24
4.2 Proteus软件部分 25
5 软硬件联调 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录A 电路原理图 33
附录B PCB图 34
附录C 实物图 35
附录D 程序 36
绪论
课题研究背景及意义
随着我国经济的快速发展，人们在生活中越来越多的购买和使用车辆，这也引发了愈来愈多的交通安全隐患。当今，在很多汽车电子产品中，越来越广泛的运用了各种精确的传感器和高度集成化的微处理器，发明的汽车防撞预警系统可以帮助人们减少在驾驶中的过失，至少90%的交通事故是可以避免发生的。在我国，2015年数据表明，道路交通事故80.3万起，60多万人受伤，10万人死亡，直接经济损失44亿多，虽然发生事故的概率是非常小的，但存在的小概率的数值折合到中国交通事故中可以得出，每年因交通事故丢失生命的人有870000个。在车辆驾驶过程中，当司机看到前方危险到踩下刹车通常只有1秒钟，根据国际驾驶标准，车辆之间要保持至少2秒的安全距离，可以计算出如果一小时行驶速度为120公里，则2秒对应的安全距离为72米。在中国的高速公路上，建议安全车距为100米，普查中国车辆中发现前后距离小于50米有50%，前后距离小于30米的有25%。这些信息意味着，交通事故的发生与司机是否安全行车有着重大的关系，如果司机在发生交通事故0.4秒前得到一定的警告信息，则最起码能够减少49%的车辆交通事故，59%的交叉追尾交通事故，40%的当面碰撞交通事故，如果驾驶员提前1到2秒得到预警信息，大多数碰撞交通事故能够减少。因此，研制汽车防撞预警系统，通过智能系统辅助驾驶员安全行驶，提供预警提示信息，智能系统和人为判断的相结合可以减少交通事故发生的概率，同时可以减少巨大的经济损失并保证人们生命的安全。
课题研究现状
从1973年始，在国内与国外，前后出现雷达波测距、机械视觉和交相式智能化等防撞报警系统的科学技术研究和产品[1]。这些年来，日、西欧、德各国的汽车制造公司投入了巨大的资本，相继成功的研究出了调制连续波雷达波系统与单脉冲雷达波系统。上面提及两种雷达预警系统，在国外汽车企业的高级汽车中都有应用，但因为其成本过高并没有得到更广泛的运用。这些年来，DSP芯片因为性价比很高，即价格低但是性能高，得到了广泛的应用，使汽车防撞预警技术的发展和研究更上一层楼。因此，汽车防撞预警系统可大力推广并应用于普通汽车，使一般家庭也能使用。
考虑到当时我国经济水平和社会环境等因素，我国对汽车防撞预警技术的技术研究着手时间较迟。因此，与国外防撞预警系统的研究水平相比，我国车辆的防撞系统的发展水平还比较低，考虑到这个方面，国家开始对这方面的研究高度的重视。
当前汽车制造产业之间的竞争愈来愈大，在汽车各项技术方面，客户的要求愈来愈高和多样化。如果汽车产品具有的功能强大，而且价格相对较低，就更会受到市场的青睐，促进汽车行业的发展。只具有防撞预警功能的汽车防撞预警系统是不可能受到现在市场的青睐，因此必须增加更加智能化的功能，如对目标识别和跟踪功能等，一旦加入了这些功能，研究资金必然会增多，无益于在市场中参预竞争。发展汽车的防撞预警技术，对降低交通事故的发生率和提高汽车的智能化有着非常重要的意义。
课题研究内容和手段
本次设计拟采用以AT89S51单片机为控制核芯来实现。主要由AT89S51芯片、报警电路、按键电路、数码管显示电路、超声波传感器HC-SR04这几部分组成。AT89S51 是一个功率损耗低，功能和质量高的互补金属氧化物半导体(CMOS )8位单片机，它作为核心控制芯片，控制着整个电路的运行[2]。HC-SR04模块主要作用是对于超声波信号的接发处理，即车辆之间距离的测量，通过单片机判断距离是否安全使系统快速的做出反应，并将距离通过LED数码管显示出来，驾驶员就能够及时得到警告，从而减少交通事故的发生。
汽车防撞预警系统硬件设计
硬件部分总体设计
根据系统所需的功能和要求，本设计以AT89S51作为核心控制芯片，整个电路都由它发布命令进行控制。整个电路主要由AT89S51单片机芯片、按键电路、数码管显示电路、超声波传感器电路、蜂鸣器报警电路这几个部分组成。系统硬件框图如图2-1所示。
图2-1 系统硬件框图
其中按键电路则由三个独立按键组成，一个是增加设定的安全距离，一个是减少设定的安全距离距离，还有一个是用来使系统处于设定安全距离状态。
超声波测距模块负责信号的发送与接收，通过发送与接收的信号，可以探测到行驶中的两车之间的距离，然后把得到的数据发送给单片机，单片机控制数码管的显示，距离则可以在4位7段数码管上显示出来。测量好的距离还会和已经设定的安全距离相比较，如果小于设定的安全距离，蜂鸣器则会发出警报。
图2-2 单片机原理图
本次设计用到AT89S51单片机的主要管脚有XL2(管脚18)和XL1(管脚19)，两个管脚都为振荡器输入输出端口，跨接十二兆赫兹晶振。RST (管脚9)为复位端口，采取低电平复位；GND（引脚20）为接地端，VCC（引脚40）为电源电压输入端口，VCC接正五伏电压源，GND接地；P1、P2、P3端口是三个并行八位双向I/O口，分为低八位和高八位，这三个端口的缓冲器都能驱动4个TTL门电路。I/O口内部都有上拉电阻，若对这三个端口的每个管脚写“1”，上拉电阻都会把这三个端口拉为高电平，做输入端口使用；RST引脚为高电平有效的复位输入端口，当单片机振荡器工作的时候，如果在RST引脚上持续两个机器周期以上的高电平，单片机将会被复位[5]；EA/VPP定义为是否允许外部程序存储器访问的控制信号，只有给EA/VPP低电平的时候，才只能允许CPU访问外部程序存储器。如果对加密位LB1编程，EA/VPP端将在内部被固定为复位状态，当给EA/VPP端高电平的时候，CPU将会执行内部程序存储器中指令[6]。另外在FLASH编程期间，也可以使EA/VPP连接到正12V编程电压源。
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