基于51单片机倒车防撞报警系统

摘要

随着中国经济的持续发展和汽车价格的持续下降，越来越多的家庭拥有自己的汽车，汽车的安全也成为亟待解决的问题。对汽车倒车预警技术的研究，具有重要的现实意义。基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达装置，安装在汽车上，可以及时了解前方与后方的障碍物情况，随时做出正确的判断，保障人类的生命安全。在此基础上，本文研究了基于51单片机倒车防撞报警系统，首先简要阐述了本文的研究背景、意义、超声波测距的基本理论，并介绍了超声波测距报警系统。根据型电气设备的设计要求，在传统非超声波测距系统的基础上，设计并实现了超声波测距报警系统。整个测距系统的实现包括数字电路设计、模拟电路设计和软件的编辑。

关键词：51单片机；倒车防撞报警系统；超声波测距

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ABSTRACT

As China's economy continues to develop and car prices continued to decline, more and more families have their own cars, car safety has become a problem to be solved. It is of great practical significance to study the warning technology of car astern. Ultrasonic range finder based on 51 single chip microcomputer of reversing radar system, installed on the car, can timely understand the front and rear obstacles, at any time to make the right judgment, to ensure the safety of human life. On this basis, this paper studies the reverse collision warning system based on 51 single-chip processor, this paper expounds the research background, significance of this article, the basic theory of ultrasonic ranging, and introduces the ultrasonic ranging alarm system. According to the design requirement of the electric equipment, the ultrasonic range alarm system is designed and implemented on the basis of the traditional non-ultrasonic range system. The implementation of the whole range system includes digital circuit design, analog circuit design and software editing.

Keywords: 51 microcontroller; Reversing alarm system Ultrasonic ranging

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目 录

摘要 ..................................................................................................................... 1 ABSTRACT ........................................................................................................ 2 目 录 ................................................................................................................... 3 第一章 绪论 ....................................................................................................... 4

1.1课题概述 ................................................................................................ 4 1.2设计内容 ................................................................................................ 4 第二章设计方案选择 ......................................................................................... 6

2.1总体方案设计 ........................................................................................ 6 2.2单片机 .................................................................................................... 6 第三章硬件电路设计 ......................................................................................... 7

3.1超声波模块 ............................................................................................ 7 3.3超声波检测接收电路的设计 ................................................................ 7 3.3声光报警及显示电路 ............................................................................ 8 3.4供电电路 ................................................................................................ 9 第四章软件（程序）设计 ............................................................................... 10

4.1系统程序总体工作流程 ...................................................................... 10 4.2测距结果显示子程序 .......................................................................... 11 第五章 系统调试 ............................................................................................. 12

5.1仿真 ...................................................................................................... 12 5.2调试 ...................................................................................................... 12 5.3总结与展望 .......................................................................................... 13 参考文献 ........................................................................................................... 14 致谢 ................................................................................................................... 15

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第一章 绪论

1.1课题概述

随着汽车辆保有量的增加，车库与停车位的需求量越来越大，室外停车场，地下停车场，车辆密集停车人多，所以撞车、擦碰不断增多。而事故的发生，大多数都是由于驾驶员对离障碍物的距离判断不准造成的。因此，研究开发汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。

随着电子测量技术的发展，采用超声波进行精确测距已经成为可能。超声波是声波的一种，超声波在弹性介质中的传播规律和普通机械波一样，比如会在介质的分界面产生反射和折射，而且进入介质之后会被吸收而产生衰减现象。由于超声波的一些特性，使其能够应用在测距当中。超声波测距系统根据其精度和量程的不同，主要用在固定的物体的距离测量或者液体高度的测量，随着科学技术的发展，超声波测距在工业和生活领域得到了广泛的应用。利用超声波测距的方法有很多，包括相位法、幅值法和飞行时间法等。其中，相位检测法利用超声波发射信号与接收端接收的正弦电压信号之间的相位差值来计算所测物体的距离，此种方法具有最高的精度，但是检测距离较小，并且电路相对复杂，具有很大的局限性；声波幅值法通过检测回波幅值的大小来判断所测目标的距离，此种方法价格便宜、容易实现，但是易受反射波的影响，从而导致测量精度较低；飞行时间法采用脉冲信号激励超声波传感器发射超声波，经过被测物体反射后形成反射波，换能器把机械信号转换成脉冲信号，通过计算超声波的飞行时间来实现距离测量，此方法测量精度高，易于实现。

超声波倒车雷达充分运用超声波测距的原理，并结合IC或单片机技术，其结构简洁，稳定性好，可以根据温度的改变进行温度补偿，但是，一般的倒车雷达还仍然存在如下一些问题：(1)测距结果和报警更新速度慢在这段时间之内，汽车处于高速行驶之中，明显存在反应的延迟；(2)超声波的工作特性与所检测的物体与换能器平面的角度有关，随着角度的变大，超声波换能器发射超声波的能量和接收超声波的能力逐渐减弱，导致只用一个换能器进行超声波测距时普遍存在测量死角。而用多个测距系统协同工作时，虽然可以消除测量死角，但是成本太高；(3)普通的倒车预警系统采用离散的元器件进行电路设计，往往电路复杂，成本较高，难以得到广泛应用。基于以上背景，本文设计了一种基于51单片机倒车防撞报警系统，该系统可以放置于司机的视线盲区，当车辆达到警戒距离时，就可以发出警报并且制动。而AT89C51与US100以及设计的整体电路性能可靠，价格低廉，很适合大规模推广使用。

1.2设计内容

本论文目标是完成倒车防撞报警系统研制，提出了一种基于超声波测距的倒车防撞报警系统的设计方法，包含超超声波测距、声光报警和供电电路设立，对各个部分进行了硬件设计及软件编程。最后对整个系统进行了仿真试验和调试，对试验结果进行了分析和归纳。论文总共5章，各章的主要内容如下：

第一章首先介绍了课题的研究背景及意义；列出了课题的主要研究内容及工作安排。

第二章研究并实现了超声波测距系统。简要介绍了超声波测距的基本理论，包括超声波传感的工作机理和超声波测距原理。给出了超声测距系统的总体设计方案，选择专用于倒车雷达的超声波测距芯片AT89C51作为主控芯片。

第三章设计了电源电路及声光报警电路，其中超声波换能器的驱动电路是本文着重提出的一个新型驱动电路。测距系统的软件部分主要包括测距结果显示程序和声光报警程序，以实现测量距离

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的显示和声光报警，当机车离的障碍物达到设定的限度时，LED指示灯亮蜂鸣器发出不同频率的报警声。

第四章对整个倒车防撞报警系统进行了装置实现及结果分析。对电源进行了短路实验；分析了超声波传感器驱动电路的特性；通过超声波测距系统的测量结果分析了其线性度和可重复性；展示了倒车影像系统的视频显示结果。

第五章总结与展望。

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