汽车安全距离的检测与实现.docx

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1、摘要进入21世纪以来我国汽车行业发展迅速，汽车让人们的出行更加方便，但是汽车的增多也引发了一系列安全问题。其中最突出的为追尾事故和倒车停车造成的刚蹭，这小则让汽车损坏花钱修理，大则会有生命危险。而汽车安全距离的检测与实现是基于这一突出问题来给予驾驶员必要的技术硬件设施。这个设计是利用超声波测距，来判断车体与障碍物之间的距离从而辅助驾驶员安全地倒车。汽车安全距离的检测与实现的核心芯片为AT89C52单片机，这一设计由超声波发射和接收电路，显示报警电路，复位电路组成。软件部分的设计由主程序和几个发射接收，计算，显示子程序组成。该设计用单片机来控制计时，计算超声波在发射端与障碍物的速度来获得距离。该

2、设计结构简单，性能好，误差小，可以满足在日常生活中安全地辅助倒车。关键词：51单片机超声波传感器测距AbstractSincethebeginningofthe21stcentury,Chinasautomobileindustryhasdevelopedrapidly,andautomobileshavemadepeoplemoreconvenienttotravel,buttheincreaseofautomobileshasalsocausedaseriesofsafetyproblems.Amongthem,themostprominentonesarerear-endaccident

3、sandbacklashescausedbyback-upparking.Thiscandamagethecarandcostmoneytorepair,andmostofthemcanbelifethreatening.Thedetectionandimplementationofvehiclesafetydistancesarebasedonthisoutstandingproblemtogivedriversthenecessarytechnicalhardwarefacilities.Thisdesignusesultrasonicdistancemeasurementtodeterm

4、inethedistancebetweenthecarbodyandobstaclestoassistthedriverinreversingthecarsafely.ThecorechipforthedetectionandrealizationofthesafetydistanceofthecaristheAT89C52single-chipmicrocomputer.Thisdesignconsistsofanultrasonictransmittingandreceivingcircuit,adisplayalarmcircuitandaresetcircuit.Thedesignof

5、thesoftwarepartconsistsofthemainprogramandseveraltransmit,receive,calculation,anddisplaysubprograms.Thedesignusesasingle-chipmicrocomputertocontrolthetimingandcalculatethedistancebetweentheultrasonicwaveandtheobstacletoobtainthedistance.Thedesignissimpleinstructure,goodinperformanceandsmallinerror,a

6、ndcanmeettherequirementofsafelyassistingreversingindailylife.Keywords:51SingleChipMicrocomputerUltrasonicSersorRanging1绪论11.1 开发背景11.1.1 项目背景11.1.2 国内外发展状况11.1.3 关于汽车安全距离的检测与实现12超声波概述22.1 超声波基本理论22.1.1 超声波发展史22.1.2 超声波的本质22.1.3 超声波的特性32.2 超声波测距方法与原理42.2.1 方法种类介绍42.2.2 超声波测距原理52.2.3 超声波传感器63系统电路设计83.

7、1 电路设计83.1.1 发射与接收电路83.1.2 复位电路93.1.3 显示报警电路103.2 电路调试及性能分析113.2.1 电子元件的焊接113.2.2 电路调试与分析124系统硬件设计134.1 硬件设计135系统软件设计154.2 软件设计156误差分析与改进184.3 误差分析184.3.1 温度对超声波的影响184.3.2 超声波衰减对时间测量的影响184.4 针对误差所改进的方案197总结与展望207.1 项目开发总结207.2 不足与展望20参考文献21致谢22附录一23附录二241绪论1.1 开发背景1.1.1 项目背景随着汽车制造业的日益壮大，运输业蓬勃发展，我国汽车

8、数量逐年增加。另外，随着中国城市化进程的加快，这一数字将长期保持高水平增长。由于汽车数量每年都以一个恐怖数字的增长，造成了出行的拥挤，在道路上拥挤，在大街小巷也拥挤，停车场的车位早就供不应求。汽车能给我们的生活带来便利，但在这便利的同时也带来了很多问题。在倒车时或在等红绿灯时经验不足的驾驶员往往不能准确地判断距离，再加上有限的视野往往会在倒车或者停车时发生副蹭碰撞，给驾驶员造成损失。后视镜中的障碍物的高度不足以通过镜子观察清楚，或者障碍物太靠近车身的“盲区”这些问题都可能在驾驶员的盲区或模糊视野中。这样，一方面对驾驶员的停车和倒车造成不便，而另一方面也带来一些危险。1.1.2 国内外发展状况目

9、前为止，国外公司占领了我国的大部分倒车雷达市场，而我国的一些企业则占据一小部分市场。造成这样的原因是我国的倒车雷达产品质量不比别人高，生产成本也比外国的高。在这些劣势下国内的倒车雷达它无法与国外制造的相提并论。甚至一些核心部件，同样的国内产品无法达到国外标准或无法生产。1950-1969年我国从波兰进口了超声仪，随后进行了规模生产。1976年，N2701型超声波测试仪被罗马尼亚研制成功，这种仪器具有波形和数码显示功能，它的重要组成是晶体管分立元件。1970年，英国CN.S公司研制成功了一款轻便的便携式超声仪。直到1978年10月，中国建筑科学院才研制出一款便携式超声波检测仪。现在停车入口导航系

10、统已经出现在国外。1.1.3 关于汽车安全距离的检测与实现汽车安全距离的检测与实现是由单片机控制系统，LED液晶显示屏和蜂鸣器组成。它的主要功能是利用超声波测距原理在倒车入库或靠近障碍物行驶时，超声波传感器发送超声波，在设定的距离内遇到障碍物时，超声波会反射到超声波传感器上，单片机就会运行计算出障碍物离车子的距离。在液晶显示屏上会显示物体之间的实际距离和所在环境的温度，显示屏上的信息会给驾驶员一个参考，避免发生副蹭和碰撞，实现停车和倒车安全化。2超声波概述2.1超声波基本理论21.1 超声波发展史一天晚饭后意大利科学家Spalltier在大街上散步。他抬头看发现有很多蝙蝠在天上飞，它们的速度非

11、常快，但是却没有和任何东西发生碰撞，总是能够轻易地躲开障碍物。即使是拿棍子在它们面前晃，蝙蝠依旧可以躲开。于是他停下来注目思考：在这昏暗的环境里蝙蝠为什么依旧能够灵活地飞翔?为了弄清原因，SPaIIier做了很多实验。他先把蝙蝠的眼睛遮住，再阻挡了它的鼻子，但是蝙蝠依然可以准确地分辨出障碍物。后来他发现只有蝙蝠的耳朵被阻塞时，蝙蝠才不能区分障碍物。通过这个实验他揭示了蝙蝠飞行的秘密。经过人们努力地不断研究，最后才知道了蝙蝠为什么能够在夜晚飞行的密秘。通过大量的实验，科学家们发现有一种人们听不到的“超声波”在蝙蝠的喉咙发出。这种“超声波”人们听不见，摸不着，它沿直线传播，当这种超声波撞击到障碍物

12、时，它会被障碍物反弹回来，跟拿手电筒在镜子上照射光线光线被反射回来这种现象差不多。蝙蝠能够听到这种“超声波”，它们可以快速做出相应的判断，比如在天空中自由飞行并捕获食物。直到18901990年，在电子技术领域产生超声波的问题得到了解决，此后超声波技术的大门被迅速打开，在后来的日子得到了高速的发展和创新。1917年，保罗兰格文利用天然压电石英生产了一种三明治型超声换能器，该换能器成功用于水下探测潜艇。随着超声在军事和国民经济领域的日益广泛的应用，大功率超声磁致伸缩换能器已经被人们在某些领域使用了，也产生了各种不同类型的电和静电换能器。直到1914年，人类才学会使用超声。在第一次世界大战期间德国能

13、准确得到潜艇的位置，这是因为德国军队利用了声纳原理。在1940年代后期，超声治疗在欧洲和美国兴起。在1960年代后期，超声波被医生开始应用于腹部器官的检测。1956年用超声波来治疗人类的某些疾病己进入实用的成熟阶段。超声已广泛用于测速，电子元件或者钢轨焊接，在医学上应用于碎石手术，在工程学上可以测距，甚至可以用于清洁，超声波在医学，军事，工业和农业这几项领域中应用频繁。21.2 超声波的本质声音有很多种，它们有的是低频有的是高频，其中高频的超声波也属于声音。超声波有个特殊的单位赫兹(Hz),在生活中人们可以感觉到的16Hz-20KHz的声波。当声波的强度高于20KHZ时被称为超声波1。声波是能

14、量的传播形式，超声波的频率高波长短，超声波的传播方向性强，所以能量比较集中，不易损耗。它能够在气体，液体，固体这三种介质中传播，而且传播的距离比较远。21.3 3超声波的特性正常的人都可以听到声音，声音与我们的生活密切相关，我们可以通过声音来交流,也可以通过声音来传递信息。当然，人的耳朵不是万能的，不是什么声音都可以听到，当声音频率大于20000Hz时人们将不能听到到周围的任何声音，因此这种高频声音被称为“超级”声音 d 1 1S n图2.1人的听觉也用一以下是超声波特点：(1)光束特性超声波具有光的相关特性，光从第一种物质再进入另一种物质时，会发现光线变弯曲了，这是折射现象，也就是说会改变光

15、的传播方向，超声波也可以产生反射和折射现象2。得出一个结论：当被穿过的两种物质一种为气体一种为固体时，超声波的折射角度会比穿过一个固体和另一个固体大。折射的角度效果跟介质密度息息相关。(2)吸收特性当超声波在液体，固体，气体这三种介质中传播时，随着声波传得越来越远，声波的强度会随着距离的增加而变弱，造成这个现象的原因是超声波的部分能量被介质吸收。当声波在同一种介质中传播的时候，声波的频率越高，则介质吸收的力度也就变强。当声波的频率不变时，气体，液体，固体这三种介质对声波的传播吸收效果为：气体最厉害，液体比气体逊色，固体的吸收效果最不明显。(3)超声波能量传递特性超声波在大部分行业都起到关键性的作用。超声波可以传递能量，这是因为当声波传入任何一种介质时，会对所传入介质的结构分子造成影响，这是分子活动的原因，就像汽车需要汽油一样，超声波在进入介质时会消耗掉一部分能量，就像汽油被燃烧掉了一部分。普通的声波也可以传递能量，但是普通声波所蕴含的能量没有超声波的那么多。因为超声波的频率比普通声波的频率高太多，即使在传播过程中被消耗吸收了一部分，但对于这庞大的能量而然是微不足道的，所以各个领域都使用超声波来应用到特定的地方。(4)介质吸收引起的衰减特性当超声波在介质中的传播路线为直线时，会产生热能，这是一部分声能