1、汽車倒車防撞報警器設計摘要本設計從實驗研究分析的角度，分析了汽車倒車防撞系統的基本設計原理以 及目前國外此類防撞系統存在的問題。較詳細的介紹一種超聲波測距系統以及根 據該系統設計，研制的汽車倒車防撞報警器，它能自動檢測車尾障礙物的距離。 當達到極限位置的時候，它能發出聲光報警，提醒司機剎車。設計采用國生產廠 家的通用元件，成本低，性能可靠，有利于推廣。超聲波距離傳感器采用壓電元 件鋯鈦化鉛，一般稱為RZT這種傳感器的特點在于具有方向性，汽車所用的倒車 聲納系統利用超聲波距離傳感器的“回聲”現象制成的，倒車時向車輛后方發射 超聲波，測定超聲波遇到障礙物后返回的時間，就可以得到車到障礙物的距離。關

2、鍵字：汽車倒車，防撞，報警器DESIGN OF CAR REVERSING ANTI-COLLISION ALALMABSTRACTThe basic desig ning prin ciple of the automobile an ticollisi on system and the problems existed in the domestic and internationalare analyzed. In this paper, Not only ultrasonic range meteringsystem also principle ,methods and proce

3、dures of the desig naccord ing to the desig n were in troduced. The car revers ing upa nticollisi on alarm is studied. Whe n the dista nee reaches the limitpo int, the alarm can give out sound and Light alarm,reminding drivers to brake.The design includes sending,receiving and alarm.Signal is sent a

4、nd received by ultrasonic transducer,which isequipped with directivity. piezoelectric element is used ,generallycalled RZT. In anticollision circuit, acousto-optic anticollisionis applied for voice alarm. This designing adopts the com mon comp onent of domestic manu facturers, with low costs, reliab

5、leperforma nee, and it is easy to be popularized.KEY WORDS: Car reversing , anticollision, alertor、八、亠丄刖言 1第1章傳感器的相關技術介紹 31.1傳感器類型的選擇 31.1.1傳感器的主要類型 31.1.2倒車過程中選用的傳感器 51.2測距原理5第2章報警器的硬件電路設計 72.1整體設計72.2超聲波發射電路 82.2超聲波接收電路 92.3篩選電路102.4整形電路102.5語音錄音電路 112.6放音電路122.7總電路圖13第3章報警器的軟件設計 153.1主程序流程圖153.2子

6、程序流程圖16結論17辭 18參考文獻19附錄 20隨著社會經濟的發展交通運輸業日益興旺，汽車的數量在大副攀升。倒車事故屢屢發生，造成了不可避免的人身傷亡和經濟損失，針對這種情 況，設計一種響應快，可靠性高且較為經濟的汽車倒車防撞預警系統勢在 必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應用于汽車停車的前 后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統中，超聲 波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當車輛后退時， 超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈 及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及

7、位置通知駕駛人員，起到安全的作用。汽車倒車防撞測距報警器是國家八五期間重點開發的重大科研項目之一。本設計將使報警器在整個倒車過程中自動測量車尾到最近障礙物的 距離，并用數字顯示出來，在倒車到極限距離時會發出急促的警告聲，提 醒駕駛員注意剎車，如果和制動系統聯系在一起也可以形成自動剎車。眾所周知，關于超聲波的研究最初起始于1876年，這是人類首次有效產生的高頻聲波，這些年來，隨著超聲波技術的不斷深入，再加上其具有高精 度，無損，非接觸等優點，超聲波的應用變得越來越普及，多年來已在一些 領域得到應用。例如利用超聲波技術的自動測距照相機，建筑使用的手持式 墻面測距儀。而用于汽車防撞卻是近年的事情。這

8、主要原因是傳統的超聲波傳感器不能達到汽車行業的特殊要求。現代的超聲波傳感器不同以往的是在結構 上采用了完全封閉形式，它將其換能部分與外界完全隔開，并采用了抗銹 材料作為外殼，這樣才有可能符合汽車電器所要求的諸如防潮，淋雨，防 塵等較為苛刻的耐候性指標。其次，汽車本身就是一個集電磁波，噪音， 振動，撞擊等干擾于一體的強干擾源，因此為了能讓倒車雷達穩定的工作，除了具備優良的硬件系統以外，還需要通過軟件的數字智能甄別篩選，方 能過濾這些干擾信號，只有近年來隨著微電子技術發展而產生的小型價廉 的微電腦才能夠達到這些要求。本論文研究的是汽車倒車防撞報警裝置。介紹了報警器所采用的測距 方式、原理等，還有報

9、警裝置所采用的硬件與軟件第1章傳感器的相關技術介紹1.1傳感器類型的選擇1.1.1傳感器的主要類型汽車防撞器最關鍵和最基本的技術是車輛測距技術，現在運用在汽車上的測距方法主要有超聲波測距，雷達測距，攝像系統測距，激光測距， 和夜間應用的紅外線測距等幾種方法：(1) 超聲波測距超聲波一般指頻率在 20 KHz以上的機械波，具有穿透性較強、衰減小、反射能力強等特點，超聲波測距儀器一般由發射器、接收器和信號處 理裝置三部分組成。工作時，超聲波發射器不斷發出一系列連續的脈沖，并給測量邏輯電路提供一個短脈沖。超聲波接收器則在接收到障礙物反射回 來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理

10、裝置 對接收的信號依據時間差進行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單，成本低、制作方便，但其在高速行駛的汽車上的應 用有一定局限性，這是因為超聲波的傳輸速度受天氣影響較大，不同的天 氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對于遠距離的障礙物，由于反射波 過于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測距常用于短距離測距，最佳距離 為45米，一般應用在汽車倒車防撞系統上。(2) 激光測距激光測距裝置是一種光子雷達系統，它具有測量時間短、量程大、精度高等優點，在許多領域得到了廣泛應用。目前在汽車上應用較廣的激光測 距系統可分為非成像式激光雷達和成像式激光雷達。非成像式激光雷達根 據激光束傳播時間

11、確定距離。它的工作原理是：從高功率窄脈沖激光器發 出的激光脈沖經發射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描， 向空間發射，照射在前方車輛或其他目標上，其反射光經掃描鏡、接收物 鏡及回輸光纖，被導入到信號處理裝置的光電二極管，利用計數器計數激 光二極管啟動脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時間差，即可求得目標距離。利用掃描鏡系統中的位置探測器測定反射鏡的角度即可測出目標的方位。成像式激光雷達又可分為掃描成像激光雷達和非掃描成像激光雷達。 掃描成像激光雷達把激光雷達同二維光學掃描鏡結合起來，利用掃描器控 制激光的射出方向，通過對整個視場進行逐點掃描測量，即可獲得視場目 標的三維信息。非掃描成像式

12、激光雷達將光源發出的經過強度調制的激光 經分束器系統分為多束光后沿不同方向射出，照射待測區域。由于非掃描 成像激光雷達測點數目大大減少，從而提高了系統三維成像速度。在汽車 測距系統中，非成像式激光雷達更具有實用價值。同成像式激光雷達相比，具有造價低、速度快、穩定性高等特點。但由于激光雷達測距儀器工作環 境處于高速運動的車體中，振動大，對其穩定性、可靠性提出了較高的要 求，其體積也受到了一定的限制，同時還要考慮省電、低價、對人眼安全 等因素。這些決定了其光源只能采用半導體激光器。目前，在汽車上，上 述各種激光雷達測距儀均有應用，但成像式激光雷達還在進一步研究之中。（3）CCD攝像系統測距CCD

13、（ Charge Coupled Device ）攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質量輕、功耗小、噪聲低、動態圍大、光計量準確 等優良特性，在汽車行業也得到了廣泛的應用。利用面陣CCD，可獲得被測視野的二維圖像，但無法確定與被測物體之間的距離。只使用一個 CCD攝像機的系統稱為單目攝像系統，在汽車上常用于倒車后視系統， 輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為獲得目標三維信息， 模擬人的雙目視覺原理， 利用間隔固定的兩臺攝像機同時對同一景物成像， 通過對這兩幅圖像進行計算機分析處理，即可確定視野中每個物體的三維 坐標，這一系統稱為雙目攝像系統。雙目攝像系統模仿人體視覺

14、原理，測 量精度高。但目前價格較高，同時由于受軟件和硬件的制約，成像速度較 慢。隨著計算機軟硬件性能的提高，最終將得到廣泛應用。（4）紅外線測距紅外線的波長比可見光長，是肉眼看不見的光，有顯著的熱效應和較 強的穿透云霧的能力。同時，任何物體在任何時候都會發出紅外線。車載 儀器通過發射并接收前方物體反射回的紅外線，依據信號的強弱及波長的 不同，同時分析時間差，可分析出前方物體的性質及與汽車的距離。由 于紅外線人類肉眼感知不到，具有極強的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測距儀 的工作，故該種測距儀廣泛應用在軍用汽車上具有極強的隱蔽性，夜間同 樣不妨礙測距儀的工作，故該種測距儀廣泛應用在軍用汽車上。(5) 雷

15、達測距雷達的名稱來自無線電探測和測距 (Radio Detection And anging)， 顧名思義，它向目標發射一定的無線電波，通過其反射回來的電波信號檢 測目標，并利用收發信號的時延測量目標的距離。雷達誕生于上世紀三十 年代的第二次世界大戰期間，當時由于軍事上的迫切要求，雷達獲得了廣 泛的應用和發展。之后，隨著科技的發展，雷達技術日臻完善，現代雷達 不僅能完成對目標的探測和測距，還能完成測角、測速、跟蹤和成像等功 能。雖然雷達技術主要用于軍事方面，但其在民用領域也發揮著越來越大 的作用。雷達在民用服務的主要應用包括有氣象雷達，探地雷達和應用于 機場、港口、和公路的交通管制雷達從上世紀

16、七十年代起，人們開始將雷 達技術用于汽車自動防撞器中，稱之為汽車防撞預警雷達(AutomotiveCollision Avoidanee and Warning Radar),簡稱汽車防撞雷達(Automotive An ti-eollision Radar)。由于雷達能在雨、雪、霧等惡劣天氣環境下工作，作用距離較遠，比上述幾種技術具有優越性。1.1.2倒車過程中選用的傳感器在倒車過程中由于車速慢，與障礙物之間的距離短，因此對傳感器的 要求不是很高，因此我們選用原理簡單，成本低、制作方便的超聲波傳感1.2測距原理振動在彈性介質的傳播為波動，簡稱波。頻率在162*10A4HZ之間的機械波，能為人

17、耳所聞，稱為聲波；低于16HZ的機械波稱為次聲波；高于2*10A4HZ的機械波稱為超聲波。超聲波在液體、固體中衰減很少，穿透能力強，特別是對不透光的固 體，超聲波穿透幾十米的厚度。當超聲波從一種介質入射到另一種介質時，由于在兩種介質中的傳播速度不同，在介質面上會產生反射、折射、漫射 和波形轉換等現象。超聲波的這些特性使它在檢測技術中獲得了廣泛的應 用。汽車防撞報警器利用的就是超聲波反射原理來進行測距。超聲波測距 采用的方法是時間差測距法，即測取超聲波從發射地至目的地傳輸所經過 的時間，也稱渡越時間檢測法。當超聲波發生器發射出超聲波，開始計時， 到超聲波經空氣傳播至目標，再反射至超聲波接收器，計

18、時停止，測得的 傳輸時間為t。由下式可以求出聲波發射地與目標之間的距離L。L = ct/ 2。c為超聲波在空氣中的傳播速度。渡越時間t的測量，采用單片機脈沖計數的方法，可以精確地測出。把時間t轉換成脈沖計數量N,則有L NC/2F，式中N為計數脈沖個數，F 為計數脈沖頻率。第2章報警器的硬件電路設計2.1整體設計倒車防撞報警器只需要在汽車倒車時工作，為駕駛員提供汽車后方的 信息。由于汽車倒車時行駛速度較慢，和聲速相比可以認為汽車是靜止的,因此在系統中可忽略多普勒效應的影響。駕駛員將手柄轉到倒車檔后，系統自動啟動，超聲波發送模塊向后發 射超聲波信號，經障礙物反射，由超聲波接受模塊收集，進行放大和

19、比較， 單片機AT89C51將信號送入顯示模塊，同時觸發語音提示圖2-1整體方框圖2.2超聲波發射電路B7.a扇.4懇總.1園.7.e.4-3.z.1.o.7點.S.4.3UJE 22 2 2 2322 11111111 Q o o o n o- d _u $ F-p p-p _pp PFPPP 尸 PF p-pppp pp F ALE PSEN W艮 RET圖2-2超聲波發射電路上圖為超聲波整形發射電路，微分電路由電容 C1、電阻R3和二極管D1組成，整形電路由U2A, U2B組成。超聲波發射電路由與非門U1A高頻三極管Q1-9018及超聲波發生器 LABAL等組成。由單片機 P1 2口產生

20、40kHz的超 聲波振蕩信號，并將一門控信號（從單片機的Pl 一3 口送出，應注意單片機 的P1 口初始化為低電平的）經過兩級非門送入與非門的另一輸入端。由于平時非門的3腳由下拉電阻R3將其3腳的電位拉為低電平，經過兩級非門后輸 入與非門另外一端子的信號仍為低電平，這時40kHz的超聲波振蕩信號無法通過與非門使超聲波發生器LABAL起振，設備處于待機狀態。按下啟動按鈕啟動單片機部的定時器 TO,將產生一門控（閘門）信號。此門控（閘門）脈沖 信號窄了會降低測量精度。寬了會增加測量延遲時間，同樣也會減低測量 精度。所以將此門限設置為4KH乙由于單片機的P1 口電流不能驅動超聲波傳感器工作，所以在與

21、非門U1A加了 一個三極管做放大電流之用。2.2超聲波接收電路XTAL2 XTAL1AT89g51P14 臨3P2.4 叮P5 3 PH 卩牡P1J pn.ePIS m,4 Pili FILEP1L1F1JD心4P0.3 PO-ZP11 pao圖2-3超聲波接收電路運放741的帶寬及抗干擾能力較強，在上圖用了2個運放是要防止噪音。電阻R1、R2為運放741的同相端提供直流偏置電位。其作用是保證運 放741的直流工作點。以免出現浮動。該信號放大以后經過篩選整形。就 可以給單片機提供計數器的停止信號。2.3篩選電路圖2-4篩選電路2.4整形電路圖2-5整形電路從信號篩選電路出來的方波信號很不規則，

22、故在其后級電路加入一級信號整形電路，處理過后再送進單片機中進行處理運算。2.5語音錄音電路7 6 & 4 It 2- I HL-a-H一 U詈也 7 H 5 4 3 ? 1 ft- 也吃町吃nelpanel環吧7 &占耳 J21-Q7 Mnv & 4 3 2 1 Q電路圖2-6語音錄音錄音電路采用ISD1420芯片為核心。當 REC為低電平時，電路處于錄音狀態。本次設計采用分段法，需錄入的單字有數字“09”以及“百”、“十”、米”，需要0.5秒一個，詞段有距離 前方障礙物”，需要2秒。2.6放音電路圖2-7放音電路圖中A0,A1固定接地，因為放音的時候 REC為高電平，所以錄音起始地址為80H

23、。利用查表法能播放特定的音節2.7總電路圖圖2-9印刷板圖第3章報警器的軟件設計3.1主程序流程圖軟件采用模塊化設計，由主程序、發射子程序、接受子程序等模塊組成。該系統的主程序處于鍵控循環工作方式，按下測量鍵，主程序開始調 用發射子程序、查詢接收子程序、定時子程序，結果驅動ISD1420工作圖3.1程序方框圖開始圖3.2主程序流程3.2子程序流程圖圖3.3主程序流程汽車倒車防撞報警器的設計大大增加了汽車倒車的安全性，更為有效的保護了汽車用戶的人身和財產安全，如果沒有這種報警器， 那么駕駛員在倒車時就得時刻關注著車后的情況，這樣很容易出事故。 有了防撞報警器，倒車方便，安全許多。本次設計比較全面

24、的完成了對汽車倒車防撞報警器 的任務與目標。本次設計遇到了很多困難，在解決這些困難的過程中，我 不僅對以前學習過的知識進行了很好的回顧，特別是對單片機有了更深刻 的了解與掌握，而且也學習了很多新的知識，很好的開拓了自己的視野， 給我以后的工作學習打下基礎，使我在以后的工作學習中都會受益匪淺。 也是對我自己三年來所學知識的一次綜合考核，使我更清楚地認識自己， 知道自己還有很多知識沒有掌握，不能放松自己，只有不斷的學習積累， 不斷地更新自己所學的知識，才能與時俱進，不被社會所淘汰時光的流逝也許是客觀的，然而時間流逝的快慢卻純粹是一種主觀感 受，不知不覺我已經到了畢業的季節，在我大學生活的最后一項任

25、務一一 畢業設計即將完成之際，我深深的發現自己還有很多不足之處，還有很多 知識沒有掌握，同時也深深感王老師和我的同學們，在設計之中遇到了很 多困難，都是經過王老師的指導和同學們的幫助，才克服的，這不僅使我 學到了許多自己以前沒掌握的知識，也使得我的設計得以進行下去，所以 我非常感王老師還有我的同學們，因為有他們才有了我畢業設計的順利完 成。在此，我對王老師和我的同學們致以最誠摯的意，你們參考文獻1 王淑珍等.單片機原理與接口技術：科學，20082 王鴻明等.電工與電子技術.：化學工業，20103 馬駿.高速公路行車安全距離的分析與研究J.公路交通大學學報19984 錫富.傳感器M.:機械工業,

26、20025 滕艷菲.尚松.超聲波測距精度的研究J.國外電子測量技術.2006年2期海鳴卜英勇 一種高精度超聲波測距系統的研制J.礦業研究與開發.2006年3期7 丁璐飛.耿富錄.雷達原理.電子科技大學,20028 有祺.單片微機原理及應用技術M.:南開大學，1999.9 盛懷茂.夏冠群等.FMCW毫米波防撞雷達系統.汽車電子,200110徐魁.修嶺.車用毫米波雷達傳感器組網技術研究J；微計算機信息;2007年22期11邱榕汽車測距預警及險警系統結構與設計研究J；微計算機信息;2007年17期12鄧明哲高速公路追尾碰撞預防報警系統的研究D.理工大學200613 侯德藻,剛,高鋒,克強,連小珉.新

27、型汽車主動避撞安全距離模型J 汽車工程.200514 朱為國.汽車制動過程時間的分析J.汽車,200615 中國知網及超星圖書館文獻資料查詢16 于海生.計算機控制技術.:機械工業，2007源程序FASHE BIT P1.6HUI BIT P1.4WENDU BIT P3.2RXDEQU P3.0T1EQU P3.5TXDEQU P3.1WDLEQU 34HWDHEQU 35HORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPINTORG0030HMAIN:MOVTMOD,#52HMOVTH0,#0F3HMOVTL0,#0F3HMOVTH1,#0FFHMOVTL1,#0F3HSETBEA

28、SETBET0SETBTR0SETBTR1INT: CPL P1.6RETILOOP: JNBHUI, LOOPTSR2:NOPCLRTR1MOVR5,TH1MOVR6,TL1CLRCMOVA,R6SUBBA,#0F3HMOV31H,AMOVA,R5SUBBA,#0FFHMOV30H,ARETACALLSHENGSUACALLJULIACALLXIANSHIRETU1820: RETCHUISHI: SETB WENDUCLR CNOPNOPCLR WENDUMOVR0,#075HTSR1: NOPNOPDJNZR0,TSR1SETBWENDUMOVR0,#50HNOPJNBWENDU, TS

29、R3DJNZR0, TSR2AJMPTSR4TSR3: SETB CAJMP TSR5TSR4: CLR CAJMP TSR7TSR5:MOVR0,#75HTSR6:NOPNOPDJNZR0,TSR6TSR7:SETBWENDURETRDS1820: MOVR1,#2MOVR0,#WDLRD18201:MOVR2,#8RD18202:SETBWENDUNOPNOPCLR WENDUNOPNOPSETB WENDUMOV R7,#1ACALL DELAY15MOVC, WENDURRC AMOVR7, #3ACALLDELAY15DJNZR2,RD18202MOVR0,AINCR0DJNZR1,

30、RD18201RETWDS1820: MOVR1,#8CLRCMOVA,R7WR18201: CLRWENDUMOVR7,#1ACALLDELAY15RRCAMOVWENDU, CMOVR7,#3ACALLDELAY15SETBWENDUNOPDJNZR1,WR18201SETBWENDURETDELAY15: MOVR6,#3DEL151: DJNZR6, DEL151DJNZR7, DELAY15RETSHENGSU:MOVR3,34HMOVR2,35HMOV A, R3MOVR5, #64HMOVB, R5MULABMOVR6, BMOVR3, AMOVA, R2MOVB, R5MULA

31、BADDA, R6MOVR2, ACLRAADDCA, BMOVR2, ANADD:MOV R4, #6AHMOVR5,#0B4HMOVA, R3ADDA, R5MOVR3, AMOVA,R2ADDCA,R4MOVR2, ABEGIN1:CLRAMOVR6, AMOVR7, AMOVR1,#10HDIV1:CLRCMOVA, R3RLCAMOVR3, AMOVA, R2RLCAMOVR2, AMOVA, R7RLCAMOVR7,AMOVA,R6RLCAMOVR6,ADIV2:MOVA, R7SUBBA,R5MOVR0,AMOVA,R6SUBBA,R4JCNEXTINCR3MOVR6,AMOVA

32、,R0MOVR7,ANEXT:DJNZR1, DIV1MOVA,R6JBACC.7, ADD1CLRCMOVA,R7RLCAMOVR7, AMOVA, R6RLCASUBBA,R4JCNOOVERJNZADD1MOVA,R7SUBBA,R5JCNOOVERADD1:MOVA, R3ADDA, #01HMOVR3, AMOVA, R2ADDCA, #00HMOVR2, ANOOVER: MOVOVER, #00HRETOVER:MOVOVER, #OFFHSH2:MOVA, R2ORLA, R3JNZSH20RETSH20:MOVR7,#0MOVA, R2SH22:ANLA, #0C0HJNZS

33、QRHCLRCMOVA, R3RLCAMOVF0, CCLRCRLCAMOV R3, AMOVA, R2MOVACC.7, CMOVC, F0RLCARLCAINCR7SJMPSH22SQRH:MOVA, R2ADDA,#57HJCSQR2ADDA,#45HJCSQR1ADDA,#24HMOVB,#0E3HMOVR4,#80HSJMPSQR3SQR1: MOVB, #0B2HMOVR4,#0A0HSJMPSQR3SQR2:MOVB, #8DHMOVR4,#0D0HSQR3:MULABMOVA,BADDA,R4MOVR4,AMOVB,AMULABXCHA,R3CLRCSUBBA,R3MOVR3,

34、AMOVA,R2SUBBA,BMOVR2,AMOVR2, ASQR4:SETBCMOVA, R4RLCAMOVR6, ACLRARLCAMOVR5, AMOVA, R3SUBBA,R6MOVB, AMOVA, R2SUBBA,R5JCSQR5INCR4MOVR2, AMOVR3, BSJMPSQR4SQR5:MOVA, R4XCHA, R2RRCAMOVF0, CMOVA,R3MOVR5,AMOVR4,#8SQR6:CLRCMOVA,R3RLCAMOVR3,ACLRCMOVA,R5SUBBA,R2JBFO,SQR7JCSQR8SQR7:MOV R5, AINC R3SQR8:CLRMOV A, R5RLC AMOVR5,AMOVFO,CDJNZ R4, SQR6MOVA,R7JZ SQRESQR9:CLRCMOVA,R2RRCAMOVR2,AMOVA,R3RRCAMOVR3,ADJNZR7,SQR9SQRE:RETMUL2:MOV R6,#81HMOVR7,#79HACALLMUL4JULI:MOV R6,30HMOV R7,31HMUL4:MOV A, R3MOV