基于单片机的汽车倒车防撞系统设计

基于单片机的汽车倒车防撞系统设计内容摘要：

是电磁式蜂鸣器。 压电式蜂鸣器主要由压电蜂鸣片、多谐振荡器、共鸣箱阻及抗匹配器还有外壳等部 分组成。 压电蜂鸣片是由铌镁酸铅或锆钛酸铅压电陶瓷材料制造而成。 而多谐振荡器由集成电路或者晶体管构造而成。 当电极两端接通电源以 后 ,多谐振荡器开始振动 ,输出音频信号，然后阻抗匹配器便能推动压电蜂鸣片发 出声 音。 电磁式蜂鸣器主要由振荡器、磁铁、振动膜片、电磁线圈和外壳等部分组成。 在两 极接通电源之后，振荡器能够产生的音频信号，信号通过电磁线圈，便会使电磁线圈生 成磁场。 这样振动膜片便会在磁铁和电磁线圈的作用下，周期性反复地振动从而发出声音。 基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 14 第三章 硬件的设计和制作 硬件电路的设计主要包括三部分：单片机系统、显示电路、超声波的发射和检测接 收电路。 在本次设计中单片机采用 AT89C51。 还采用了 12MHz 高精度的晶振，以减小测量 误的差。 用 AT89C51 的 端口输出所需的 40kHz 的方波信号，采用 AT89C51 实现对 TCT40 超声波转换模块和 CX20206A 芯片的控制。 3． 1 芯片的功能 AT89C51 的功能特点 AT89C51 单片机主要由中央处理器、存储器、输入输出接口等组成。 中央处理器是 单片机的核心部分，它的主要作用是完成运算和控制功能。 程序存储器具有存储功能， 使应用程序在开发调试后永久性的存储在程序存储器中。 AT89C51 控制着超声波的发送和接收 ,串行口发送数据。 LED 显示是共阴极接法的动态循环显 示 .接收电 路接收超声波遇到物体后反射回来的回波信号。 该芯片包括 了限幅放大、前置放大、整 形和输出数据信号，这样方便了检测判断回波的数据是否正确 , 并且能够通过计算得出 距离值 . AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除存储器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低电压， 8 位高性能的 CMOS 微处理器，叫做单片 机。 该单片机采用的制造技术是 ATMEL 高密度非易失存储器制造成的，它能够与达到工 业标准的输出管脚和 MCS51 指令集相兼容。 由于它将 8 位多功能 CPU 处理器和闪烁存 储器组合在单个芯片中 ,AT89C51 是一种高效微控制器外形及引脚排列如图 31 所示。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1 基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 15 图 31 AT89C51 控制器 AT89C51 有两种可用软件来选择的省电方式：空闲工作方式和掉电工作方式。 当处 于空闲方式时 CPU 处于睡眠状态，但片内的其他部件仍然继续工作，而且片内 RAM 的内 容和所有专用寄存器的内容在空闲方式期间都被保留起来。 当处于掉电方式时保存了 RAM 的内容，振荡器停止震荡，禁止芯片其它功能直到下一次硬件复位才 能使用。 AT89C51 为许多器材的制造提供了十分灵活和低成本的解决办法。 充分的利用了单 片机的片内资源，使我们可以在较少使用外围电路的情况下完成超声波测距。 CX20206 功能特点 CX20206 对收到的信号有放大和滤波的作用。 如图 32 所示， CX20206 芯片的接口图。 CX20206 有 8 个引脚，管脚 1 是超声波信号输入端；管脚 2 的电阻和电容决定接收换能器的 总增益，通过增大或者减小电阻电容，确定放大倍数，改变放大器的频率。 管脚 3 与 GND 之间连接的电容起到检波作用；管脚 5 上的连 接一个电阻，这个电阻用来设置滤波器的 中心频率；管脚 6 与 GND 之间接入一个电容，该电容确定探测距离；管脚 7 是集电极开路 输出端：管脚 8 接电源正极。 图 32 CX20206 芯片接口图 LED 数码管 在生活中最常见到的 LED 数码管是八段和七段的，八段式原理图的如图 34 所示。 本次设计中采用的是八段式的数码管。 八段式的与七段式的相比，他们各部分结构大体 相同，八段只比七段式的多了一个小数点。 数码管里都是由 LED 发光二极管发光单片机 控制 LED 的灭亮显示出不同的形状从而显示出数字，八段式的数码管与七段式的主要区 别就在于八段式的数码管中有八个发光二极管，而七段式的数码管中有七个发光二极 管，两种之间只差一个点。 数码管又分为两种类型， 共阳极型和共阴极型。 原理图如图 33 共阳极型和共阴极 型原理图所示。 共阳极型就是将数码管中发光二极管的阳极都接在一起并且接到电源 上，连接好之后把其中任何哪个发光二极管的阴极接到地线上，它就会发光。 共阴极型则是将数码管中发光二极管的阴极都接在一起并且接到地线上，连接好之后把其中任何哪个发光二极管的阳极接到电源上，它就会发光。 基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 16 图 33 共阴极型和共阳极型原理图 图 34 数码显示管引脚图 如图 34 数码显示管引脚图所示， 把两个 COM 引脚连接起来， 作为数码管的公共端， 数码管共阳端要接地，共阴端接电源。 一个二极管是一位，八个管子即 a,b,c,d,e,f,g 还有 dp， 拼成个 8 字列在一起就构成了一个 8 位的数码显示管。 一个八段式的数码显示 管的每个显示管连在一起，每个二极管的公共端称为位选线。 在数码管显示数字是，一 个二极管对应一条直线， a 对应的基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 17 是首位， dp 对应最后位。 例如，当数码管显 示管显示 数字 0 时，那么共阴极数码显示管的编码就为 00111111，十六进制数为 0x3f，而共阳 极的数码显示管的编码就是 11000000，十六进制数为 0xc0。 通过这个例子可以看的出 来共阴极数码显示管和共阳极数码显示管的编码各个位是相反的。 系统的特点 基于超声波技术的汽车防撞系统的设计，由于使用单片机作为控制元件控制整个系 统电路，致使系统操作方便、可靠性高、结构简单并且能够自动控制该系统的的运行， 能够自己检测障碍物。 对于当今社会汽车拥挤的这一现状，此项研究对于防止交通事故 的发生具有预防作用。 总体说来，本次设计能够实现测距的功能，报警距离可以人工智能控制，能够产生 方向性好，抗干扰能力强，穿透能力强的声波信号，能够在事故发生前提示报警。 硬件电路设计和 PCB 板的制作 超声波测距预警系统硬件部分由超声波的接收电路、显示电路 、超声波的发射电路 和单片机的外围电路等各部分组成。 使用单片机的 口输出 40KHZ 的方波信号，经反相器来控制超声波的发送，以达 到超声波换能器所需的震荡条件。 利用中断口 INT0 检测超声波接收电路接收到的返回信 号，当单片机 INT0 引脚由高电平变为低电平时超声波就已经返回。 计数器计出超声波传 播所用的时间，然后算就能够得到与障碍物之间的距离大小。 显示电路采用结构简单的 4 位 LED 数码管把测量的距离显示出来，位码用 4 个 PNP 三极 管来驱动。 超声波测距预警系统是利用单片机控制超声波的发射接，并自动计 时得出超声波的 往返时间，单片机采用的是 AT89C51，这种单片机经济实用，结构简单。 并且单片机内 有 4K 的 ROM，方便于编程。 这时就可以使用单片机把各部分设计好的电路图连接起来进行仿真了。 超声波预警系统电路的设计图如附录一汽车预警系统原理图所示。 超声波测距系统元器件清单 在本次设计中使用的元器件主要有单片机 AT89C51， CX20206A,超声波探头， 蜂鸣器， 数码显示管等，所用元器件详细清单如表 35 所示。 表 35 元器件清单 基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 18 3． 4 汽车防撞系统实物制作 电路图经过仿真成功后，制作成 PCB 板。 PCB 的制造很复杂，一般都要经过制版、 图形转移、光学蚀刻、过孔和铜箔处理、助焊和阻焊处理等过程。 由于设备的不足，在 这次设计中，电路板的制作我没有能够亲自参与，由制板公司代为制做，感觉很遗憾。 电路板制作成功之后，其他元件也都成功买到。 在焊接制作工程中，遇到了很多苦难， 由于对器件的不了解，造成了多次焊接错误，在改正错误的过程中了解了很多的器件， 尤为一提的便是焊接技术。 在这次焊接中，自己专业的学习了焊接技 术，大大增强了自 己的动手能力。 在焊接中，焊点的最佳状态是焊点为等腰三角形，两腰要略凹，并且焊点表面要光 滑并且焊点布满焊盘。 在焊接时首先要准备好焊锡丝和烙铁。 在加热焊件之前确保烙铁 的热度足够，并且烙铁头部要干净。 然后开始加热焊件，把烙铁接触到焊接点要保证烙 铁让整个焊件加热，然后放焊锡丝，当焊锡丝融化满焊盘后，先将焊锡丝移开，最后在 移开烙铁。 基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 19 图 34 汽车防撞系统实物图 基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 20 第四章 软件的设计 超声波测距预警系统主要包括主程序、发射子程序、温度采集子程序、外部中断子 程序和数码显示子程序等。 4． 1 软件工作过程 按下控制系统的开关， 进行系统的初始化， 当主程序完成初始化后调用发射子程序， 由 口发射出 1 个脉冲，驱动超声波换能器发射超声波，并且计数器开始计时。 利 用定时器的计数功能记录到超声波发射到接受所用的时间当超声波接收器接收到超声 波后，接收电路输出端输出一个跳变信号，在INT0 端产生一个中断的信号，得到超声波 的时间差。 温度假设不变，知道了时间和超声波的声波速度后，通过单片机的计算得出距离，显示出来，到达 距离极限时，启用报警模块。 4． 2 算法的软件设计 超声波测距是通过检测超声波发射后遇到障碍物所反射回来的回波，从而测出从发 出超声波信号到接收到返回信号的时间间隔 ,然后求出距离由 S=CT/2 即可算出汽车与被 测物体的距离。 其中， S 为测量的距离 ,C 为超声波在空气中的传播速度。 T 从发出超声波信号到接 收到返回信号的时间间隔。 在启动发射电路发射超声波的同时开启单片机 AT89C51 内 的定时器 T0， 通过定时器∕计数器的计数功能记录下来超声波发射的时间和接收到超声 波的时间。 当接收电路收到超声波时，接收电路的输出端会产生一个负跳变，在 INT0 端能够产生一个中断信号，单片机响应中断请求后执行外部中断子程序，读取出来时间 间隔，计算出距离。 4. 3 主程序流程图 软件分成两部分，主程序和中断服务程序，如图 41（ a）（ b）（ c）所示。 主程序 完成初始化工作，各路超声波发射和接受顺序的控制。 定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射。 外部中断服务子程序主要完成是件值得读取，距离计算，结果的输出等工作。 基于单片机的汽车倒车防撞系统设计 21 图 （。