车距自动检测及报警系统设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.25M 资料格式：doc 举报版权申诉

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74LS04极限值

编号：毕业设计说明书题目：车距自动检测及报警系统设计院（系）：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号： 0 指导教师：刘海浪职称：讲师题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究 √ 软件开发 2008 年 5 月 25 日

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸摘要距离的自动检测主要是主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。超声波在测距方面应用十分广泛。比如测量水的深度，水中鱼群的位置，金属探伤，测厚，还有汽车倒车防撞等等。本设计主要要求实现车距的自动检测与报警功能的设计，经过比较，决定使用超声波传感器来实现测量。系统在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确立了结构化设计的思路。设计了一套超声波检测系统，该系统是一种基于 AT89C52 单片机的超声波测距系统，它根据超声波在空气中传播的反射原理,以超声波传感器为接口部件，应用单片机技术和超声波在空气中的时间差来测量距离。该系统主要由主控制器模块、超声波发射模块、超声波接收模块、显示模块和报警模块等五个模块构成。设计利用 51 单片机系统的 I/O 口，使超声波传感器发出 40KHz 的超声波，反射回来的超声波信号，经过放大和整形电路进入单片机，比较调试后确定其对应的距离，完成测距。可实现 5 米内测距，盲区 7 厘米，使用 LED 显示测量距离，当距离小于一定值时发出报警的声音。基于单片机控制的超声波测距系统，增强了超声波的抗干扰能力，减少了人为计算给测距带来的误差，简化了外围接口电路，解决了生活中测距方面带来的不便。关键字：超声波传感器；AT89C52 单片机；LED 显示单元；报警单元

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 Abstract The automatic measuring of distance is mainly used in measuring the distance of Car Backing reminding, construction sites, industrial site, etc. The application of ultrasonic testing the distance is very widely. such as the measure of the depth of the water, the place of the fish in the sea, the metal detection 、 the measure of the thickness and the reverse in case of the car clashing and so on. The design is required to full fill the automatic detection and the alarm function. After a series of comparison, the proposal of using ultrasonic sensors to implement the measure. Base on the analysis of the feasibility and the reliability, and the reference of the method of engineering design, the system establishes the thinking of structural design. In this paper, I design a set of Ultrasonic Testing System which is an ultrasonic distance measurement system based on AT89C52 SCM (Single Chip Microcosm). It according to the reflection principle of ultrasonic spreading in air, with the interface component Ultrasonic Sensor, the application of SCM technology and time difference of ultrasonic in the air to measure the distance. This system mainly composed by the five modules, namely central processing module 、 the ultrasonic emission/reception module、display module and alarm module. The design use the I/O interface component of 51 SCM system, making Ultrasonic Sensor send 40KHz ultrasonic wave, and the ultrasonic wave of reflecting back, which through the amplifier and shaping circuit into SCM, then after comparing and debugging, to determine the corresponding distance. It can be realized within five meters range, the blind area of 7 cm, with LED display. At the same time it has manually adjusting function, the alarm system begins to work when the distance is less than. Such kind of SCM ultrasonic distance measuring strengthen the anti-interference capability of the ultrasonic, reduce the error of the measurement made by man, simplify the external interface circuit and solute the inconvenience of the distance measure in daily life. Key words: Ultrasonic Sensor; AT89C52 SCM; LED display unit; Alarm unit

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目录引言………………………………………………………………………………………….1 1 绪论……………………………………………………………………………………..2 1.1 课题背景和意义…………………………………………………………………….......２ 1.2 论文研究内容……………………………………………………………………………２ 2 系统设计的总体方案……………………………………………………..................3 2.1 超声波的理论基础………………………………………………………………………3 2.2 超声波的测距原理和工作方式…………………………………………………… .......8 2.3 超声波测距系统的设计…………………………………………………………………９ 2.4 模块方案比较……………………………………………………………………………10 2.5 设计的总体构想…………………………………………………………………………15 3 系统硬件电路的设计………………………………………………………………..15 3.1 单片机控制系统设计（AT89C52）…………………………………………………….18 3.2 LED 显示电路设计………………………………………………………………………20 3.3 超声波发射电路设计……………………………………………………………………22 3.4 超声波检测接受电路设计………………………………………………………………26 3.5 报警电路设计……………………………………………………………………………28 3.6 本章小结…………………………………………………………………………………30 4 系统程序设计…………………………………………………………………………30 4.1 超声波测距的算法设计…………………………………………………………………30 4.2 主程序设计………………………………………………………………………………30 4.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序……………………………………………31 4.4 报警电路程序设计………………………………………………………………………30 4.5 本章小结…………………………………………………………………………………31 IV

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 5 电路板的制作…………………………………………………………………………32 5.1 原理图绘制…………………………………………………………………………… ...32 5.2 PCB 图的生成………………………………………………………………………… …32 5.3 电路板的印制和焊接……………………………………………………………………33 5.4 本章小结…………………………………………………………………………………33 6 调试与性能分析……………………………………………………………………...33 ６.1 调试……………………………………………………………………………………..33 ６.2 性能指标………………………………………………………………………………..34 ７结论……………………………………………………………………………………34 谢辞………………………………………………………………………………………….35 参考文献……………………………………………………………………………………36 附录………………………………………………………………………………………….37 V

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 1 页共 44 页引言近年来随着微电子技术发展而产生的小型价廉的微处理器（单片机）的出现，使超声波测距传感器的功能得到了提升。有了微处理器不仅使测距的精度大为提高，而且为超声波测距技术的应用开辟更大的空间。随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。利用超声波制作汽车防撞雷达可以帮助驾驶员及时了解车周围阻碍情况，防止汽车在转弯、倒车等情况下撞伤、划伤。下面我们就使用超声波传感器测距及报警系统为例，具体的说明它的应用。 1

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 2 页共 44 页 1 绪论进入 21 世纪后，随着传感技术的发展，传感器已经成为各个应用领域，特别是自动检测，自动控制系统中不可缺少的重要技术工具。伴随着微机（单片机）的发展，传感技术的应用已经逐步得到更广泛的认同，应用于现在各个高科技的行业，而超声波传感器技术应用于冶金、船舶、机械、医疗等各个工业部门的超声清洗、超声焊接、超声加工、超声检测和超声医疗等方面，取得了很好的社会效益和经济效益。 1.1 课题背景和意义随着科技的高速发展，一种新的测量方法已经产生，那就是利用微机控制超声波传感器自动测距，把这样的一种装置安装在汽车上，就可以给司机以提醒，预防意外的发生，尽可能的减少交通事故。因此，我们就可以在汽车上安装测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。本课题设计是基于 AT89C52 单片机进行的。单片机技术的应用，是许多领域的技术水平和自动化程度得以大大提高。当今世界也正面临着一场以单片机技术为标志的新革命，人们渴望迅速进入单片机应用与开发的大门。随着人们物质文化的丰富，各种电子产品开发也越来越先进，越来越迅速。在超声波测距领域，为缩短开发周期、提高测距精度，单片机因为具有集成度高、运算速度快、体积小、运行速度快、体积小、运行可靠、工耗低等无与伦比的优势，以得到了广泛的应用。当前，微型控制器正向两个方向发展，一个是高功能，多功能方向。从这个方向取得的成就使得微型控制器逐步代替了价格昂，功能优越的中小型机；另一个是价格低廉，功能单一的方向，这个方向的发展是微型控制器在生产领域、服务部门和日常生活得到越来越广泛的应用。本课题的研究内容也适用于各种测距的场合，比如说短距离的无接触的测量两个物体之间的距离、矿场、建筑等的距离都可以使用，所以本课题的研究很有必要，有意义。 1.2 论文研究内容设计一个单片机系统，用以车距自动检测系统的设计，运用 51 系列单片机来计算和控制计数器最后通过液晶显示屏或者 LED 的 7 段数码管完成，编制程序进行功能的控制，完成该多功能的来电显示电路模型的设计、制作与调试工作。要求有复位和手动调节功能，并要求显示的完整性，动态性，稳定性。本课题研究的就是要在车上安装的车距自动检测和语言报警系统，以尽可能减少发生交通事故的可能性，保障人与车的安全。本文一共分为五章。第 1 章为绪论，主要介绍本课题研究的背景和意义以及要研究的主要内容，指出了单片微机和传感技术的发展给本课题的研究指明了方向，阐明课题研究的必要性。第 2 章介绍系统总体方案的设计，各个部分的设计内容，主要分为五个部分，即超声波的发射部分设计、接收部分设计、显示部分设计、报警部分设计和控制部分设计五个方面，从理论上简述基本的设计。第 3 章主要阐述各个部分硬件电路的设计，分析各个部分所用元器件的性能参数，在本次电路设计中的作用。第 4 章主要介绍 2

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第 3 页共 44 页系统程序的设计，主要是单片机程序控制超声波的发射接收，以及计算测量的距离通过 LED 数码管显示出来，当距离小于一定值（大于盲区）时，由程序控制报警电路发出报警的声音。第 5 章主要说明硬件软件的调试过程，以及调试的结果，检查本设计是否符合最初的要求，是否完成导师布置的内容等等。 2 系统设计的总体方案我们都知道，由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。本文主要介绍超声波在汽车防撞报警系统中的应用，以 AT89C52 单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距的硬件电路和软件设计方法。利用超声波检测距离设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。 2.1 超声波的理论基础超声波是声波大家族中的一员。声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。超声波是指振动频率大于 20KHz 以上的，人在自然环境下无法听到和感受到的声波。频率高于人的听觉上限（约为 20000 赫兹）的声波，称为超声波，或称为超声。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，并且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。频率高于 2×104 赫兹的声波。研究超声波的产生、传播、接收，以及各种超声效应和应用的声学分支叫超声学。产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽笛 3

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