基于AT89C51单片机的汽车防撞系统的设计
基于AT89C51单片机的汽车防撞系统的设计[20200128190821]
摘要
汽车倒车防撞系统简称“倒车雷达”。本次设计将超声波的测距技术与传感器技术以及AT89C51单片机的控制和数据处理相结合，用来汽车倒车时检测汽车与后方障碍物的距离，然后通过数据显示装置显示距离，能够及时提示车主汽车与车后障碍物的距离，大大降低了倒车的危险性。
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关键字:】单片机；防撞；超声波；报警
引言 4
一．系统设计的任务和目标 5
（一）系统设计的基本要求 5
（二）系统设计的方法 5
二．系统原理设计 5
（一）设计思想 5
（二）系统原理总框图 5
三． 硬件设计 6
（一） 单片机的选择 6
（二） AT89C51单片机的内部结构 6
（三） 系统硬件设计原理图 7
1. 显示电路 7
2.报警电路 8
3.超声波发射模块 9
4.声波接收电路 10
5.复位电路 12
四．系统软件设计 12
(一) 超声波测距原理 12
(二) 超声波主流程图 13
（三） 中断子程序流程图 14
结束语 15
致谢 16
参考文献 16
附录 17
（一）电路原理图 17
（二）PCB版图 18
（三） 程序 19
引言
随着社会现代化的逐步发展，现代化交通工具的需求量日益增加，在发展的同时也导致了各种交通问题，而汽车倒车时发生的交通事故也日趋严重，所以汽车，汽车防撞技术的研究已经成为提升汽车智能化水平的关键技术，同时对保障人民生命财产和提高运输业的经济效益起着 非常重要的作用。因此，设计一个汽车防撞系统也就变得很有必要。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点，因此经常用于距离的测量。超声波测距主要用于建筑工地以及一些工业现场和移动机器人研制上，可在潮湿，多尘等环境下工作。相对于其他技术而言，超声波定位技术成本低、工作稳定、精度高、操作简单等优点，非常适用于距离测量定位。AT89C51为小车防撞控制系统提供了稳定、可靠的解决办法，充分利用它的片内资源，实现了超声波测距和报警。
本文设计的整个系统通过AT89C51单片机控制，由设备发出超声波遇障碍物后返回并接受，然后将其转换为电信号显示在数码管上，当超出安全距离时发出警报。
一．系统设计的任务和目标
（一）系统设计的基本要求
设计的基本要求：
1. 测距：能够准确的测出汽车与后障碍物的距离，并定时向单片机传送数据。
2. 显示：在显示器上显示测出的距离。
3. 报警：当汽车与障碍物的距离小与安全值时蜂鸣器能及时的报警。
（二）系统设计的方法
1．系统分为：超声波发射，数据接收，数据处理，数据显示，报警等部分。
2．工作流程：由设备发射超声波待超声波遇障碍物返回时由超声波传感器接收并将数据传送至数据处理系统，数据处理系统将数据转换为数字信号的同时单片机进行分析是否需要报警，之后由显示系统将距离显示在显示器上。
3．发送系统：由反向器74LS04和超声波发射换能器T构成震荡器。这种电路可以提高超声波发射强度，且电路简单，稳定性高。
4．接收系统：由集成电路CX20106A。它是一款红外线检波接收的专用芯片，考虑到红外常用的载波频率38KHZ与测距的超声波40KHZ较为接近，可以利用它制作超声波检测接受电路，且电路简单，灵敏度高，还有较强的抗干扰能力。
二．系统原理设计
（一）设计思想
汽车倒车防撞系统采用模块化设计，根据功能需要主要包括超声波发射电路、超声波接收电路、报警电路以及显示电路等，各信号线与控制线都接单片机，并在其指挥下统一协调工作。驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，单片机AT89C51产生短暂的40 kHz信号，经放大后通过超声波传感器输出，超声波经过障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机将此信号经过处理后，计算得到距离值，并将其送入显示模块，当超过一定距离触发报警电路，对驾驶员进行提示。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为：L=C×T 式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。而单片机就好比中央处理器，超声波传感器所测出的数据都将传送至AT89C51单片机，并且有单片机进行处理算出汽车距障碍物的距离并决定是否进行报警提示。
（二）系统原理总框图
图1 系统总体框架
图1为系统总框图，本设计系统由AT89C51单片机控制，当汽车倒车时单片机通过超声波发射器发射超声波，遇到障碍物后返回由超声波接收器接收，传送至单片机，经过单片机的处理然后决定是否报警并在显示器上显示汽车与障碍物的距离，以提高倒车的安全性
三． 硬件设计
（一） 单片机的选择
如何选择单片机是设计成功与否的关键，选择单片机大致有以下几个方面：
1．单片机的基本性能参数。
2．单片机的存储介质。
3．芯片的封装形式。
4．芯片的功耗。
5．芯片保密性能好、单片机的抗干扰性能好。
6．成本低。
常用的单片机主要有AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52等。综合以上因素，本设计选择AT89C51作为系统的控制部件。
（二） AT89C51单片机的内部结构
下图为51单片机功能结构框图
51 芯片内部集成了 CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。
51单片机内部包含以下一些功能部件：
(1) 一个8位CPU；
(2) 一个片内振荡器和时钟电路；
(3) 4KB Flash ROM；
(4) 128B内RAM；
(5) 可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；
(6) 两个16位定时/计数器；
(7) 21个特许功能寄存器；
(8) 4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线，每个口都可输入输出；
(9) 一个全双工串行口，用于单片机与其他系统之间的通信；
(10) 5个中断源，2个中断优先级的中断控制系统。
外部时钟源 外部事件计数
外中断 控制 并 行 口 p0-p3 串行通信
图2 51单片机功能结构框图
（三） 系统硬件设计原理图
1. 显示电路
图3 显示电路
如图为总电路的显示模块，P1.0-P1.7口接数码管，该模块主要采用的是4为共阳数码管做为显示器，此显示器简单实用。数码管显示器与驱动相连用于控制数码管的显示，段码使用74LS245驱动，位码实用PNP9012三极管驱动，若要使数码管显示只需将s1、s2、s3、s4依次调节为低电平信号即可。
摘要
汽车倒车防撞系统简称“倒车雷达”。本次设计将超声波的测距技术与传感器技术以及AT89C51单片机的控制和数据处理相结合，用来汽车倒车时检测汽车与后方障碍物的距离，然后通过数据显示装置显示距离，能够及时提示车主汽车与车后障碍物的距离，大大降低了倒车的危险性。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】单片机；防撞；超声波；报警
引言 4
一．系统设计的任务和目标 5
（一）系统设计的基本要求 5
（二）系统设计的方法 5
二．系统原理设计 5
（一）设计思想 5
（二）系统原理总框图 5
三． 硬件设计 6
（一） 单片机的选择 6
（二） AT89C51单片机的内部结构 6
（三） 系统硬件设计原理图 7
1. 显示电路 7
2.报警电路 8
3.超声波发射模块 9
4.声波接收电路 10
5.复位电路 12
四．系统软件设计 12
(一) 超声波测距原理 12
(二) 超声波主流程图 13
（三） 中断子程序流程图 14
结束语 15
致谢 16
参考文献 16
附录 17
（一）电路原理图 17
（二）PCB版图 18
（三） 程序 19
引言
随着社会现代化的逐步发展，现代化交通工具的需求量日益增加，在发展的同时也导致了各种交通问题，而汽车倒车时发生的交通事故也日趋严重，所以汽车，汽车防撞技术的研究已经成为提升汽车智能化水平的关键技术，同时对保障人民生命财产和提高运输业的经济效益起着 非常重要的作用。因此，设计一个汽车防撞系统也就变得很有必要。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点，因此经常用于距离的测量。超声波测距主要用于建筑工地以及一些工业现场和移动机器人研制上，可在潮湿，多尘等环境下工作。相对于其他技术而言，超声波定位技术成本低、工作稳定、精度高、操作简单等优点，非常适用于距离测量定位。AT89C51为小车防撞控制系统提供了稳定、可靠的解决办法，充分利用它的片内资源，实现了超声波测距和报警。
本文设计的整个系统通过AT89C51单片机控制，由设备发出超声波遇障碍物后返回并接受，然后将其转换为电信号显示在数码管上，当超出安全距离时发出警报。
一．系统设计的任务和目标
（一）系统设计的基本要求
设计的基本要求：
1. 测距：能够准确的测出汽车与后障碍物的距离，并定时向单片机传送数据。
2. 显示：在显示器上显示测出的距离。
3. 报警：当汽车与障碍物的距离小与安全值时蜂鸣器能及时的报警。
（二）系统设计的方法
1．系统分为：超声波发射，数据接收，数据处理，数据显示，报警等部分。
2．工作流程：由设备发射超声波待超声波遇障碍物返回时由超声波传感器接收并将数据传送至数据处理系统，数据处理系统将数据转换为数字信号的同时单片机进行分析是否需要报警，之后由显示系统将距离显示在显示器上。
3．发送系统：由反向器74LS04和超声波发射换能器T构成震荡器。这种电路可以提高超声波发射强度，且电路简单，稳定性高。
4．接收系统：由集成电路CX20106A。它是一款红外线检波接收的专用芯片，考虑到红外常用的载波频率38KHZ与测距的超声波40KHZ较为接近，可以利用它制作超声波检测接受电路，且电路简单，灵敏度高，还有较强的抗干扰能力。
二．系统原理设计
（一）设计思想
汽车倒车防撞系统采用模块化设计，根据功能需要主要包括超声波发射电路、超声波接收电路、报警电路以及显示电路等，各信号线与控制线都接单片机，并在其指挥下统一协调工作。驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，单片机AT89C51产生短暂的40 kHz信号，经放大后通过超声波传感器输出，超声波经过障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机将此信号经过处理后，计算得到距离值，并将其送入显示模块，当超过一定距离触发报警电路，对驾驶员进行提示。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为：L=C×T 式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。而单片机就好比中央处理器，超声波传感器所测出的数据都将传送至AT89C51单片机，并且有单片机进行处理算出汽车距障碍物的距离并决定是否进行报警提示。
（二）系统原理总框图
图1 系统总体框架
图1为系统总框图，本设计系统由AT89C51单片机控制，当汽车倒车时单片机通过超声波发射器发射超声波，遇到障碍物后返回由超声波接收器接收，传送至单片机，经过单片机的处理然后决定是否报警并在显示器上显示汽车与障碍物的距离，以提高倒车的安全性
三． 硬件设计
（一） 单片机的选择
如何选择单片机是设计成功与否的关键，选择单片机大致有以下几个方面：
1．单片机的基本性能参数。
2．单片机的存储介质。
3．芯片的封装形式。
4．芯片的功耗。
5．芯片保密性能好、单片机的抗干扰性能好。
6．成本低。
常用的单片机主要有AT89C51、AT89C52、AT89S51、AT89S52等。综合以上因素，本设计选择AT89C51作为系统的控制部件。
（二） AT89C51单片机的内部结构
下图为51单片机功能结构框图
51 芯片内部集成了 CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起。
51单片机内部包含以下一些功能部件：
(1) 一个8位CPU；
(2) 一个片内振荡器和时钟电路；
(3) 4KB Flash ROM；
(4) 128B内RAM；
(5) 可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；
(6) 两个16位定时/计数器；
(7) 21个特许功能寄存器；
(8) 4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线，每个口都可输入输出；
(9) 一个全双工串行口，用于单片机与其他系统之间的通信；
(10) 5个中断源，2个中断优先级的中断控制系统。
外部时钟源 外部事件计数
外中断 控制 并 行 口 p0-p3 串行通信
图2 51单片机功能结构框图
（三） 系统硬件设计原理图
1. 显示电路
图3 显示电路
如图为总电路的显示模块，P1.0-P1.7口接数码管，该模块主要采用的是4为共阳数码管做为显示器，此显示器简单实用。数码管显示器与驱动相连用于控制数码管的显示，段码使用74LS245驱动，位码实用PNP9012三极管驱动，若要使数码管显示只需将s1、s2、s3、s4依次调节为低电平信号即可。
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