论文总字数：13210字

摘 要

近年来，伴随着工业化及现代化的不断推进，我国的经济得到快速发展，人民生活生平不断提高。我国家庭轿车的数量增长迅速，但部分驾驶员的倒车水平却有限，导致倒车事故发生频率极高，引起了全社会的关注和相关部门的重视。本文以单片机为控制核心，以超声波传感器为超声波发射与接收的器件，设计了测距与预警系统。给出了系统硬件与软件的设计方法与设计过程，并进行了安装与调试，结果表明，该系统能够作为汽车泊车安全的辅助装置，以语音提示和更为直观的LCD1602数字显示让驾驶员及时了解汽车后方障碍物的情况，提高了泊车安全性。

关键词：汽车倒车，单片机，报警电路，超声波测距

Abstract: In recent years, with the development of industrialization and modernization, China"s rapid economic development, people"s living life continuously improve. The growth in the number of family cars in China rapidly, reversing level with some drivers Co., led to high frequency reversing accidents, which caused the concern of the whole society and the relevant departments of the attention. In this design, the ultrasonic ranging can be used as auxiliary device for automobile parking safety, to achieve sound and more intuitive LCD1602 display allows the driver to understand the automobile rear obstacles, improve the parking safety. The design of hardware is composed of MCU as the control core, using ultrasonic transmitting and receiving module as the main test component, at the same time, the buzzer and the LCD1602 measurement of obstacle distance as the output part. Provides real-time and visual prompts for the driver, and has the advantages of reasonable design, good performance, fast detection speed and many other advantages, meet the design requirements.

Keywords: reversing car, SCM,warning circuit,ultrasonic ranging

目 录

1前言 4

1.1研究背景 4

1.2国内外研究现状 4

2系统总体方案设计 5

2.1超声波测距原理 5

2.2系统总体框图 6

3 系统硬件设计 6

3.1超声波模块 6

3.1.1超声波传感器原理 6

3.1.2超声波传感器的选择 8

3.2单片机最小系统 10

3.2.1 AT89C51单片机引脚 11

3.2.2 AT89C51的并行I/O口 13

3.2.3单片机最小系统连接图 13

3.2.4单片机最小系统的晶振和复位电路 14

3.3 报警电路设计 15

3.4 液晶显示模块 15

4 软件设计 17

4.1 51系列单片机定时器 17

4.2 总体软件设计 19

4.3 发射模块软件设计 20

4.4 接收模块软件设计 20

5 测试及结果分析 21

5.1 硬件设计原理图 21

5.2 实物测试 21

结 论 23

参考文献 24

致 谢 25

1 前言

1.1研究背景

伴随着经济的发展,我国交通网络日益完善，其家用汽车的数量逐年增长。在快节奏的都市生活中，汽车给我们的工作生活带来了诸多便利；然而伴随着汽车数量增加的将是路面上、停车场以及地下车库等场所变得愈来愈拥堵。同时近年来汽车事故的发生次数也呈现出显著的增长趋势，其中由倒车引发的事故就占到15%。众所周知，倒车和平日里泊车对驾驶者的技术有较高的要求，尤其对于新手朋友和女性朋友来说就更有难度了。倒车之所以更难些，是因为驾驶者在倒车时只能通过倒车镜来判断后方的路况，其视野十分有限。因此，随着汽车工业的不断发展，消费者对汽车的安全性、科技性及智能性提出更高的要求，驾驶者们更希望能发明一装置可以解决他们的倒车难题，能够辅助将其爱车快速、安全的驶入指定地点。在这一背景趋势下，研发一种能兼备快速性、稳定性、可靠性及经济性的汽车安全倒车防撞系统刻不容缓。

在本文中所介绍的倒车防撞报警器和如今高级轿车上配备的雷达所采用的原理都是利用超声波测距原理的。但是成本价格要比市面上的各类倒车雷达便宜得多，并且设计电路更加简单，精确度及稳定可靠性都可以满足日常的需求。该报警器作为司机朋友们倒车时的得力助手，其组成部分主要有单片机、超声波传感器、蜂鸣器以及LED显示器四大部份。它主要运用超声波测距原理，当驾驶者倒车时，位于汽车尾部的探头发出超声波，当波遇到车后的物体后反射回超声波传感器，这时通过计时器算出时间，从而算出车尾到物体的距离。并且经显示器显示出实时距离，当距离小于等于5cm时，蜂鸣器发出警报声提醒司机紧急制动，从而起到协助司机朋友安全倒车、泊车的作用。

1.2 国内外研究现状

1876年，人类史上的首个高频声波诞生于F.Galton的一次关于气哨的实验，我国则到1956年才开始对超声波进行规模化的研究。直到80年代后期，得益于高速器件以及计算机的快速发展，使得超声波的数字化变成一种可能。进入二十一世纪以来，超声波技术在我国的倒车提醒、建筑工地、工业现场、通信航空等领域得到广泛的应用，并且都取得了较好的成果。R.Kuc提出三维的仿生声纳系统，该系统能够实现自动搜索探测目标的功能。它的感知装置由5个超声波传感器组成，在十字架的交叉点处放置其发射超声波的换能器，在四个边缘处分别放置超声波的接受换能器，可以很方便的通过空间的几何关系计算出目标的距离。而G.Bucci和C.Landi提出关于输入超声波信号的功率谱算法，这种算法充分的运用了信号进行傅里叶变换之后功率谱密度中信号的特性来判断回波，有效的提高了渡越时间的精确度。如果说牛顿所受苹果落地启发提出的万有引力无人不知的话，那么F.Devand,G.Haywaerd以及J.Soraghan所受飞行动物蝙蝠在漆黑中捕食的启发而提出极具优点的自适应超声波成像系统，对于学过物理的同学们来说应该也是无人不知的。该系统通过使用重叠的频率调制其信号来有效提高图像的分辨率，并且能起到消除图像畸变的作用。近些年来我国的部分学者也作了一些相关的研究。例如，回波轮廓分析法就是由我国著名大学厦门大学的学者经过反复研究出来的。这种方法的主要原理就在测量距离过程中经过两次的探测来求得回波的包络曲线来最终确定回波的起点位置，这就大大提高了计算超声波传播时间的精度。同济大学则设计了基于伪随机码的时延两步相关估计法，这一方法的基本原理是用PRBS（伪随机二进制信号序列）作为发送信号，再通过相关函数的求解得出相应的传播时间，它的最主要优点在于具备良好的抗干扰能力，同时还大大减少了用于相应函数计算所需的乘法。

从上述的国内外研究表明，超声波的传播时间以及超声波的传播速度是影响超声波测距精度的最主要因素。超声波本身就是声波中的一种，它的速度与温度存在一定关系，但是在汽车倒车测距的实际使用中，其温度的变化几乎可以忽略不计，因此其速度确定了，只要测得传播时间便能求出具体的距离。

2 系统总体方案设计

2.1超声波测距原理

超声波测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。由于应用要求限定，在这里使用脉冲反射式，即利用超声波的反射特性。主要是由发射传感器发出波同时计时器开始计时，当波遇到目标物体时即刻返回到接收器同时计时结束。原理如图2.1所示。

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