汽车倒车报警器的设计

设计任务书1、设计题目汽车倒车报警器的设计2、设计参数设计要求：自动实时分段显示距离并进行声音提示。

3、设计要求及工作量三周内在设计教室中按要求完成各阶段任务及相应工作量。

设计工作量：1)查阅资料，选择合适的设计方案。

2)设计完整硬件电路图，给出设计说明及相关电路参数的计算公式。

3)针对设计方案及硬件电路图，进行适当的误差分析。

4)根据以上内容撰写完整的课程设计报告。

设计进度安排:1)查阅资料，优选方案(2天)2)进入实验室，完成总体设计(4天)3)完成硬件电路图，进行误差分析(5天)4)撰写说明书，准备答辩(2天)5)答辩(2天)4、主要参考文献[1]王雪文，张志勇．传感器原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，2004[2] 王化祥，张淑英．传感器原理及应用(修订版).天津：天津大学出版社，1999[3] 赵继文，何玉彬. 传感器与应用电路设计. 北京：科学出版社，2002[4] 丁镇生. 传感器及传感技术应用.北京：电子工业出版社，2001[5] 何希才. 传感器及应用电路.北京：电子工业出版社，2001汽车倒车报警器的设计摘要本设计采用超声波测距，可用作汽车泊车安全辅助装置，能以声音和更为直观的LED 显示告知驾驶员汽车周围障碍物的情况，帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了泊车安全性。

本设计硬件部分主要由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路、数码管显示电路、电源电路和报警电路组成。

本设计由AT89C2051单片机控制时间计数，计算超声波自发射至接收的往返时间，利用超声波在空气中的传输速度，从而得到实测距离。

该设计的电路设计合理简单、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量误差方面能够达到简单实用的要求。

关键词：传感器 AT89C2051 超声波汽车倒车报警目录1.绪论------------------------------------------------------------2 1.1设计任务与要求------------------------------------------------2 1.2研究背景及目的------------------------------------------------2 1.3方案比较------------------------------------------------------21.4超声波测距方法------------------------------------------------32.系统整体设计----------------------------------------------------5 2.1系统整体设计框图----------------------------------------------5 2.2硬件选型------------------------------------------------------5 2.2.1超声波探头的中心频率及主要参数-------------------------5 2.2.2单片机的选择-------------------------------------------72.2.3其他元器件的选择---------------------------------------73.硬件电路设计----------------------------------------------------8 3.1单片机外围电路设计--------------------------------------------8 3.2超声波发射电路设计--------------------------------------------8 3.3超声波接收电路设----------------------------------------------9 3.3.1CX2016A简介--------------------------------------------9 3.3.2超声波接收电路-----------------------------------------10 3.4 LED显示电路--------------------------------------------------113.5报警电路设计--------------------------------------------------134.软件系统总体设计-----------------------------------------------135.误差分析-------------------------------------------------------18 参考文献---------------------------------------------------------19 课程设计总结-----------------------------------------------------19 附录-------------------------------------------------------------201.绪论1.1设计任务与要求设计题目：汽车倒车报警器的设计设计要求：自动实时分段显示距离并进行声音提示1.2研究背景及目的随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺，我国汽车的数量逐年攀升。

汽车的数量逐年增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。

在享受汽车给我们带来便利的同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。

本文介绍的倒车报警器，与汽车配备的倒车雷达原理和用途一致，都是利用超声波测距原理实现实时测距，都是用作“泊车辅助装置”，可称作“简单型”的倒车雷达。

但相比市场上各种价格昂贵的倒车雷达产品，本文介绍的倒车报警器，价格更为经济，电路更为简单，精度也能满足常用要求。

报警器的主要作用是在倒车时，利用超声波测距原理，由装置于车尾保险杠上的超声波传感器发送超声波，超声波遇到障碍物后反射至超声波传感器，从而计算出车体与障碍物之间的实际距离，再给驾驶员以提示，使停车和倒车更容易、更安全。

该装置能够在驾驶员视野的死角处，通过LED显示、声音等形式为驾驶员提供信息和警示来告知驾驶员周围障碍物的情况，使驾驶员能够更清楚的了解周围障碍物的情况，对驾驶员的起步、泊车、倒车等环节有很大帮助，提高了驾驶的安全性。

1.3方案比较在现代测距系统当中，主要有以下测距方法：1）毫米雷达测距毫米雷达测距能够探测多目标，多目标分辨力好，探测精度高，受天气影响小，但存在电磁干扰问题，必须防止因雷达装置相互间以及其他通信设施的电磁波干扰而发生误动作，其多用于高速公路上的防追尾碰撞。

2）摄相系统测距目标摄像系统模仿人体视觉原理，测量精度高，但目前价格较高，同时受到软件和硬件制约，成像速度较慢。

3）激光测距由于激光测距受恶劣的天气，汽车的激烈震动，反射镜表面摩损，污染等因素的影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少1/2到1/3损失很大，影响探测精度，所以它一般都应用于防追尾碰撞当中。

4）红外测距它主要应用于夜间行车或在军事上使用。

5）超声波测距超声波测距的原理是利用超声波在发射后碰到障碍物后会反射回来，计录其从发射到反射回来的时间，然后以时间的一半乘以超声波在空气中传播的速度就可得出与障碍物间的距离。

超声波测距在中长距离的精度比红外线高，易于控制方向，能量消耗慢。

综合以上方案可以得出，超声波总体较优，故采用超声波。

1.4超生波测距方法超声波测距的方法主要有三种：相位检测法、幅值检测法和渡越时间法。

相位检测法检测精度高，但是检测距离有限，达不到本设计的要求。

由于超声波在传播过程中，由于空气杂质含量不同，衰减系数也不一样，声波幅值检测法的检测精度和稳定性受到很大的限制，所以此种方法也不适合。

而渡越时间法工作原理简单，电路容易实现。

但是由于气体介质对超声波存在反射和散射，使得超声波在传播过程中有很大的衰减，超声波的最大检测距离因此受到一定程度的限制。

另一方便面超声波的最大检测距离与传感器的发射功率和电路的放大倍数有关，发射功率越大，电路的放大倍数越大，接收电路的灵敏度越好，检测距离就越远。

因此可以通过提高放大倍数和采用发射功率较大的超声波探头来解决此问题。

此外超声波在空气中的传播速度与温度有很大关系，因此需对其进行温度补偿，而温度补偿在软件和硬件上也很容易实现。

综上，本设计的测距方法采用渡越时间法。

具体测距原理阐述如下。

由于超声波也是一种声波，其声速V 与温度有关。

在使用时，如果传播介质温度变化不大，则可近似认为超声波速度在传播的过程中是基本不变的。

如果对测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法对测量结果加以数值校正。

声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。

这就是超声波测距仪的基本原理。

如图所示： t超声波发射 障碍物SHθ超声波接收图1θcos S H = （1-1）)(H L arctg =θ （1-2）式中:L---两探头之间中心距离的一半。

又知道超声波传播的距离为:vt S =2 (1-3)式中:v —超声波在介质中的传播速度；t —超声波从发射到接收所需要的时间。

将（1—2）、（1—3）代入（1-1）中得：]cos[21H L arctg vt H = (1-4)其中,超声波的传播速度v 在一定的温度下是一个常数(例如在温度T=20度时,V=344m/s)；当需要测量的距离H 远远大于L 时,则(1—4)变为:vt H 21= (1-5)所以,只要需要测量出超声波传播的时间t,就可以得出测量的距离H 。

2.系统整体设计2.1系统整体设计框图本设计以AT89C51单片机为核心，通过扫描按键的状态，由声波换能器TCT40-16TR1发出40KHz 的超声波方波信号，有定时器T0产生方波驱动信号，同时，启动计数器T1，用来计数，也就是测算方波发射到接收所需要的时间。

经障碍物反射后由超声波接收换能器接收反射信号，经放大电路放大后，由P1.7来接收超声波反射信号，当接收到该信号后，关闭计数器T1，记下此时的时间，转入执行计算距离子程序，由子程序计算距离，并启动LED 显示其数值。

整个系统结构框图如图2所示：图2 系统框图 2.2硬件选型2.2.1超声波探头的中心频率及主要参数一、主要参数（1）中心频率中心频率，即压电晶片的谐振频率。

当施加于它两端的交变电压频率等于晶片的中心频率时，输出能量最大，传感器的灵敏度最高。