基于單片機(jī)的倒車防撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 錯(cuò)誤!未定義書簽。 11.1課題研究背景 11.2課題研究現(xiàn)狀 11.3本文內(nèi)容安排 12.相關(guān)元件的工作原理 22.1HC-SR04超聲波模塊 22.1.1超聲波測(cè)距原理 22.1.2超聲波傳感器工作原理 32.2傳感器簡(jiǎn)介 62.2.1紅外傳感器簡(jiǎn)介 62.2.2熱釋電紅外傳感器 62.2.3熱釋電紅外探頭 72.3單片機(jī)簡(jiǎn)介 72.3.152單片機(jī)組成 82.3.252單片機(jī)引腳及功能 92.4TC35模塊介紹 3.硬件電路設(shè)計(jì) 3.1電路設(shè)計(jì)總圖 3.2發(fā)射接收電路設(shè)計(jì) 3.4復(fù)位電路設(shè)計(jì) 3.5發(fā)光二級(jí)管顯示電路設(shè)計(jì) 3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì) 4.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1程序設(shè)計(jì) 4.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 4.3主程序工作流程圖 5.系統(tǒng)測(cè)試 24 5.2系統(tǒng)功能測(cè)試 255.3測(cè)試結(jié)果 26參考文獻(xiàn) 271汽車工業(yè)在現(xiàn)代社會(huì)飛速發(fā)展，越來越多的家庭擁有自己的汽車，隨之而來的交通安全問題也凸顯出來。對(duì)于開車技術(shù)不行或者開車安全意識(shí)低的駕駛員來說，他們最關(guān)心的還是能否安全地倒車，稍有不慎便會(huì)給自己和他人帶來不變與損失，不僅會(huì)引起不必要的糾紛，他們甚至可能威脅到自己的生命。針對(duì)上述問題，人們發(fā)明了汽車倒車防撞報(bào)警器，它通過聲源或直觀的顯示告訴駕駛員車輛周圍障礙物的分布情況，幫助駕駛員解決視覺死角和視野狹窄的問題，提高倒車的安全性。近幾十年來，在汽車安全領(lǐng)域，人們只研究汽車的被動(dòng)安全。例如：保險(xiǎn)杠的安裝，安全氣囊的安裝等等。保險(xiǎn)杠的安裝雖然可以減少碰撞對(duì)汽車造成的傷害，但卻不能避免對(duì)被撞人或物體的傷害，給人們的人身和財(cái)產(chǎn)安全帶來安全隱患。還有汽車安全氣囊的防護(hù)性與有效性沒有那么理想。所以，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車的主動(dòng)安全性方面的需求日益增加。同時(shí)，汽車作為大多數(shù)家庭重要的財(cái)產(chǎn)之一，如果造成丟失或者被偷竊，會(huì)給人們帶來非常大的麻煩，所以汽車的安全性也非常重要，需要相應(yīng)的防盜系統(tǒng)。自20世紀(jì)初以來，報(bào)警系統(tǒng)在北美已處于萌芽狀態(tài)。在北美，人們?cè)诮稚戏啪瘓?bào)箱，在有人呼救時(shí)發(fā)出聲響，吸引附近警員的注意與援助；并且，附近的警局與這種呼救箱相連，使得呼救信息能穿至遠(yuǎn)一點(diǎn)的警察局。伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，中國(guó)汽車行業(yè)的制造水平逐步提升，汽車工業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模逐步增大，倒車?yán)走_(dá)是安裝于汽車車身的部件，倒車?yán)走_(dá)受益于汽車行業(yè)的快速發(fā)展。未來五年，中國(guó)倒車?yán)走_(dá)行業(yè)將保持快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，其市場(chǎng)規(guī)模將于2023年突破120億元。中國(guó)倒車?yán)走_(dá)廠商的研發(fā)、銷售、制造能力逐步提高。同時(shí)近年的智能防盜監(jiān)控水平也越來越好，中國(guó)的先進(jìn)技術(shù)逐漸可以站在世界的代表地位上。本文主要分五個(gè)章節(jié)來進(jìn)行論述：第一章介紹本次設(shè)計(jì)的研究背景與現(xiàn)狀；22.相關(guān)元件的工作原理(1)相位檢測(cè)方法有兩種相位檢測(cè)方法，第一種是通過發(fā)射不同頻率的超聲波來實(shí)有其固定頻率，如果你改變頻率，這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)衰減。,因此不適合采用此方法。如果采用40kHz的超聲波，一個(gè)周期可以檢測(cè)到的距離如下：L=340×0.000025=0.0085(m)=8.5mm(2)振幅檢測(cè)法，在這種方法中，先發(fā)射一個(gè)固定頻率的超聲波，然后檢測(cè)接收到的超聲波脈沖的強(qiáng)度。利用超聲回波衰減理論對(duì)回波脈沖強(qiáng)度進(jìn)行了分析，以此來計(jì)算出3所測(cè)物體的實(shí)際距離。(3)渡越時(shí)間法渡越時(shí)間法是在通過計(jì)時(shí)器計(jì)算探頭超聲波發(fā)射至接收的時(shí)間差。在環(huán)境一定的情況下，溫度不變或者變化幅度較小，可以近似的視為常數(shù)，則聲速也可視為常數(shù)。通過檢測(cè)渡越即超聲波到接收為止的時(shí)間，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的不變音速求出測(cè)定對(duì)象的距離。超聲波傳感器的探頭組成有：接頭、壓電晶片、楔塊等，其主要功能是實(shí)現(xiàn)聲、電的轉(zhuǎn)換，是超聲波檢測(cè)裝置最常用的傳感器件和重要組成部分6。其中壓電晶片在接收到發(fā)射電信號(hào)后便產(chǎn)生振動(dòng)，即利用逆電壓效應(yīng)的原理發(fā)射超聲波。當(dāng)壓電晶片說道超聲波作用時(shí)，晶片被動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)造成的形變利用正電壓效應(yīng)變成相應(yīng)電信號(hào)。以上便是傳感器超聲波的發(fā)售與接收。市場(chǎng)上的超聲波傳感器的制作主要用雙壓電陶瓷晶片91。雙壓電陶瓷晶片具有一下優(yōu)點(diǎn)：需要較少的壓電材料、價(jià)格低廉，而且非常適合在空氣或者液體中使用。當(dāng)向壓電陶瓷的晶片施加固定頻率的交流電壓時(shí)，晶片的機(jī)械振動(dòng)頻率相同。通過振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的原理，產(chǎn)生并發(fā)射超聲波。壓電陶瓷晶片有固定的諧振頻率，如果在該壓電陶瓷晶片上施加與其頻率相同的交流電壓，此時(shí)超聲波傳感器具有較高的的靈敏程度。如果制作壓電晶片的材料是不變的，壓電晶片里的幾何尺寸便是唯一影響固有頻率的因素，利用這個(gè)特性，便能做出多種不同頻率的超聲傳感器。這次的設(shè)計(jì)使用了HY-SF05的超聲波傳感器，可以測(cè)量2cm-450cm范圍內(nèi)的物體距離，測(cè)量距離的精度可精確到1mm;該傳感器主要分為控制電路與超聲波發(fā)射器、接收器。[1]測(cè)試的距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2.傳感器引腳功能如下圖：4c控制端接收端開關(guān)量輸出端D5電氣參數(shù)HY-SRF05超聲波模塊工作電壓、工作電流和頻率分別為5V、15mA和40Hz。測(cè)量范圍為2cm-4.5cm。測(cè)量角度小于15度。電氣參數(shù)工作電壓工作電流工作頻率最遠(yuǎn)射程最近射程測(cè)量角度15度輸入觸發(fā)信號(hào)10us的TTL脈沖輸出回響信號(hào)輸出TTL電平信號(hào)，與射程成比例規(guī)格尺寸如圖所示，當(dāng)電路給出10us以上的脈沖信號(hào)時(shí)，傳感器會(huì)自動(dòng)發(fā)出8個(gè)40KHz周期D公式：L=340×0.000025=0.0085(m)=8.5mm6觸發(fā)信號(hào)循環(huán)發(fā)出8個(gè)40KHz脈沖模塊內(nèi)部發(fā)出信號(hào)輸出回響圖2-2時(shí)序圖2.2傳感器簡(jiǎn)介被動(dòng)式紅外探測(cè)器其本身不發(fā)射紅外線或者其他信號(hào)，之所以稱之為被動(dòng)式，是因?yàn)樗鼤r(shí)通過傳感器來接收外界的紅外線輻射來進(jìn)行工作。這種探測(cè)器主要是依靠人體發(fā)射的紅外線進(jìn)行工作的2]。探測(cè)器中有光學(xué)系統(tǒng)，可以探測(cè)接收來自各個(gè)方向的紅外輻射，如此，熱紅外探測(cè)器可探測(cè)到體積空間物體的變化，也就是說，可探測(cè)到空間內(nèi)人體的變化。由于所有的非生物體(如樹木、墻等)所產(chǎn)生的紅外輻射能量相對(duì)較小且穩(wěn)定，則不能觸發(fā)探測(cè)器工作。而探測(cè)器的探測(cè)區(qū)域突然出現(xiàn)移動(dòng)的人體時(shí)，探測(cè)器內(nèi)相應(yīng)器件會(huì)將接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，再通過報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。熱釋電紅外傳感器是一種高靈敏度的檢測(cè)元件。它能探測(cè)到一定范圍的人體紅外信號(hào)，并通過內(nèi)部元件將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中。通過該裝置放大微弱的電信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)各種控制電路。7圖2-3熱釋電傳感器電路圖2.2.3熱釋電紅外探頭探頭中菲尼爾濾光可以增輻身體的特定波長(zhǎng)的紅外線輻射，并(1)該探頭是針對(duì)探測(cè)人體反射的紅外而設(shè)計(jì)出的。(2)該探頭的表面覆蓋有特別的菲尼爾濾光片，環(huán)境造成的影響幾乎可以忽略，使(3)該探頭的傳感器包含兩個(gè)反裝的熱釋電元件，在無(wú)人的情況下，元件產(chǎn)生的電(4)當(dāng)接收到人體紅外輻射時(shí)，因?yàn)榻邮盏降募t外輻射不同，熱釋電元件產(chǎn)生不同(5)菲尼爾濾光片能夠感應(yīng)不同的距離，一次來實(shí)現(xiàn)范圍監(jiān)STC89C52RC是由宏晶公司推出的一種小型單片機(jī)，是電子工程師常用器件。其特點(diǎn)為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，且采用高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，可以很快被中國(guó)廣大用戶接受。其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易，STC89C52RC有很寬的工作電源電壓，可為2.7-6V,當(dāng)工作在3V時(shí)，電流相當(dāng)于6V工作時(shí)的1/4。STC89C52RC工作于12Hz時(shí)，動(dòng)態(tài)電流為5.5mA,空閑態(tài)為1mA,掉電狀態(tài)僅為20nA。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。123456789圖2-5STC89C52結(jié)構(gòu)圖2.4TC35模塊介紹TC35型GSM短信息模塊是目前生活中應(yīng)用比較普遍的GSM模塊，該模塊在兩個(gè)頻段下工作：該模塊工作在兩個(gè)頻段：GSM900MHz和GSM1800MHz。TC35具有體積小、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，可適應(yīng)各種實(shí)際需要，可切割成各種系統(tǒng)。它可以通過40個(gè)引腳與應(yīng)用電路連接，通過串行接口實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用電路的信息交換。TC35單電源電壓為3.3V~5.5V,工作溫度范圍為-20~+55℃℃,串口可以工作在多種波TC35有多種工作模式：降低功耗模式、睡眠模式、軟件激活模式和呼叫模式。天線接口電源圖3-1電路設(shè)計(jì)總圖塊)、復(fù)位電路、發(fā)光二極管顯示電路、報(bào)警電路等。因?yàn)槌暡▊鞲衅鞯墓ぷ黝l率為40KHz,從超聲波傳器的特性曲線中可知，接收器的靈敏度會(huì)因?yàn)楣ぷ黝l率偏離而明顯降低。當(dāng)耗最小，進(jìn)而測(cè)量距離增加。產(chǎn)生40KHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方法有多種，本次設(shè)計(jì)中，使用單片機(jī)和晶振電路的組合作為信號(hào)發(fā)出裝置，能產(chǎn)生非常首先，單片機(jī)執(zhí)行燒入程序。MCU的p23端口產(chǎn)生10usTTL。超聲波模塊將產(chǎn)生8個(gè)40KHz脈沖信號(hào)并自動(dòng)放大。信號(hào)將持續(xù)200秒。接收端接收到回波時(shí)，P22端輸出兩個(gè)回波信號(hào)，回波信號(hào)與被測(cè)距離成正比。當(dāng)接收端接收到返回超聲波圖3-2發(fā)射與接收電路紅外探測(cè)電路分為：紅外線傳感器、電壓比較器、信號(hào)放腳輸出1~10Hz的微弱電信號(hào)，經(jīng)三極管Q1組成的一級(jí)放大電路放大，然后通過C2輸入圖3-3一級(jí)放大電路靜態(tài)工作電流為100mA,最大放大倍數(shù)為1000倍。R3向s9014提供靜態(tài)基極電壓，放大PDPD十十醒整個(gè)電路8]。圖3-6數(shù)字信號(hào)輸入電路3.4復(fù)位電路設(shè)計(jì)為時(shí)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，單片機(jī)完成復(fù)位。圖3-3為復(fù)位電路。0圖3-7復(fù)位電路圖顯示器是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用廣泛并且非常典型的輸計(jì)考慮到單片機(jī)的接口資源的限制和一些實(shí)際需求，選用了發(fā)光二極管LED顯示器設(shè)備。因?yàn)槌暡K的測(cè)距范圍在450cm以內(nèi)，本文使用四個(gè)LED二極管用于顯示測(cè)量的距離值。在單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用中，LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)方式有以下幾種：;靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)程序和動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)程序。其中，靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)器是用恒流驅(qū)動(dòng)每管腳分別與MCU的管腳相連。單片機(jī)只需較小，缺點(diǎn)是使用動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)需要其他硬件設(shè)備。如果顯示的數(shù)字量也在增加，這將導(dǎo)致更多的成本和布線問題。所謂動(dòng)態(tài)顯示部分742153口工Ga8四位數(shù)碼管顯示空望茁ea1三圖3-8數(shù)碼管電路圖3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路由運(yùn)算放大器、led和蜂鳴器組成。兩級(jí)運(yùn)算放大器采用F007芯片，采用負(fù)反饋連接方式。在反比例運(yùn)算電路中，根據(jù)“虛短路”和“此，可以認(rèn)為兩個(gè)輸入端之間的差模電壓近似為零，即uid=u=+≈0,即u=u+,并且UO具有一定的值。因?yàn)閮蓚€(gè)輸入端子之間的電壓為0,并且不是短路，所以稱“虛擬短路”是由于輸入電阻引起的→0理想的集成運(yùn)算放大器，所以可以認(rèn)為輸入不帶電流，即I=I+≈0,因此輸入相當(dāng)于開路，而不是開路，這就變成了“虛擬開路”。在電路中，反向輸入和接地是等電位的，但它們并沒有真正接地，這就是所謂的“接地”所以II=,if=,因?yàn)榭梢缘玫絀_U0,II=if,UO=圖3-9報(bào)警電路本次設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言版的keil軟件來進(jìn)行程序編寫，程序主要分為主程序、計(jì)算子程序、通訊中斷接收程序、數(shù)碼管顯示程序、中斷子delayms(1000);delayms(1000);SendString("AT+CSMP=17,jdq=1;while(1){Keil是一款51系列單片機(jī)的軟件開發(fā)系統(tǒng)，采用C語(yǔ)言來進(jìn)行編程，具有簡(jiǎn)單、方便的優(yōu)點(diǎn)。Keil軟件通過一個(gè)集成開發(fā)程序組合了C編譯器、庫(kù)管理、鏈接器和仿真調(diào)試器等一系列的完整功能模塊。運(yùn)行Keil時(shí)操作系統(tǒng)可以為WINDOWSXP、WINDOWS7等一系列系統(tǒng)。Keil近乎是用C編程時(shí)的不二之選，由于簡(jiǎn)單易用，并有簡(jiǎn)易的集成環(huán)境和強(qiáng)勁的軟件調(diào)試工具，若用其他語(yǔ)言編寫程序，也可以選用，定能事半功倍。KeiluVision4軟件界面圖如圖所示。程程-Waion4EHeEaitYiewProjecFLshQebuoPeripheralsToolsswsW004//傳感器接口007/按健聲明bS6N6abid-1~1:018anaignedintt021ansignedintcobitriag_en-0://允許布防計(jì)數(shù)加unsignedlongBJS-50;//報(bào)警距離30CM//標(biāo)志布防成功2圖4-1Keil軟件界面圖STC-ISP是一款單片機(jī)程序下載軟件，是學(xué)習(xí)單片機(jī)必備也是比學(xué)的一款軟件，他操作方便，界面友好，被運(yùn)用于各個(gè)單片機(jī)設(shè)計(jì)中，如圖為該軟件界面圖：STC-ISP(V6.85H)(銷售電話官網(wǎng)：www.STCMCU.com(技術(shù)支持QQ:800003751)串口號(hào)最低波特率v零□使能6T?內(nèi)部擴(kuò)展□下次冷啟□下次下載口在代碼區(qū)工作電壓(V)^666666666T0>關(guān)干此芯片的重要說明：固住際本在6.6及以上時(shí)芯片丙部包含有全珠唯一ID號(hào).重新代碼時(shí)可使用燒錄選項(xiàng)將ID號(hào)燒錄到程序區(qū)的最后7字節(jié)中檢檢測(cè)DCU選項(xiàng)注意/幫助?每次下載前都重新裝載目標(biāo)文件□當(dāng)目標(biāo)文件變化時(shí)自動(dòng)裝載并發(fā)送下載命令發(fā)布項(xiàng)目程序發(fā)布項(xiàng)目幫助讀取本機(jī)硬盤號(hào)?提示音成功計(jì)數(shù)3清零□當(dāng)目標(biāo)文件變化時(shí)自動(dòng)裝載并發(fā)送下載命令單單片機(jī)按鍵電路報(bào)警電路GSM模塊顯示電路超聲波模塊圖4-3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖開始開始令功能圖4-4主程序工作流程圖當(dāng)前模式-防盜此次設(shè)計(jì)基于硬件將軟件設(shè)計(jì)為兩個(gè)模式，其為人體紅外線防盜模式。(1)模式一：倒車防撞報(bào)警模式程序模式一的情況下，首先完成單片機(jī)初始化過程，然后不停調(diào)用超聲波發(fā)射子程序，重復(fù)發(fā)射超聲波信號(hào)，并且在每一次信號(hào)發(fā)射周期結(jié)束時(shí)檢測(cè)是否發(fā)生中斷，即接收端是否接收到回波，進(jìn)而處罰外部中斷子程序。NY?圖4-5超聲波程序流程(2)模式二為人體紅外防盜報(bào)警模式：開始開始是結(jié)束圖4-6紅外探測(cè)程序流程圖功能說明：當(dāng)人體進(jìn)入紅外傳感器探測(cè)范圍時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出警告，同時(shí)向車主發(fā)出短訊息。(3)計(jì)算子程序流程圖：外部中斷入口外部中斷入口進(jìn)入外部中斷0讀取THO*256時(shí)間值+TLOY計(jì)算距離結(jié)果送顯示并報(bào)警提示開外部中斷返回圖4-7計(jì)算子程序流程圖功能說明：流程圖的計(jì)算公式讀取出來的數(shù)據(jù)并不是所5.系統(tǒng)測(cè)試在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)設(shè)計(jì)的成品進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試目5.1檢測(cè)儀器和設(shè)備其中電源用于供電；萬(wàn)用表用于檢測(cè)系統(tǒng)中各器件的電接完好，檢測(cè)各個(gè)器件是否正常工作。(1)系統(tǒng)線路檢查：給系統(tǒng)接通電源，通過萬(wàn)用表檢測(cè)系統(tǒng)各個(gè)線路的電壓、電流情況，檢測(cè)線路是否連接完好，器件是否能正常工作。(2)系統(tǒng)功能測(cè)試：接通電源并打開開關(guān)，檢測(cè)各個(gè)按鍵是否正常工作，此時(shí)系統(tǒng)處于倒車防撞報(bào)警模式，通過將系統(tǒng)由遠(yuǎn)及近和由近及遠(yuǎn)地變化與墻壁的距離，測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)距與報(bào)警功能；通過按鍵將體統(tǒng)調(diào)至防盜模式，用人體靠近