51单片机实现超声波测距报警系统

目录

1引言 0

研究的目的和意义 (1)

国内外发展的状况以及存在的问题 (1)

现有的倒车雷达存在的问题 (2)

本文研究的主要内容 (2)

2 超声波原理介绍 (3)

超声波的基本理论 (3)

超声波的传播速度 (4)

超声波的物理性质 (6)

超声波对声场产生的作用 (9)

超声波测距系统原理 (10)

规格参数 (12)

主要功能 (12)

基本参数 (12)

3系统硬件设计 (14)

单片机系统 (16)

超声波发射接收模块 (17)

报警电路设计 (18)

3. 4 复位电路 (19)

4系统软件程序 (22)

5计算超声波传播时间 (22)

6结论 (22)

参考文献： (22)

致谢 (25)

基于单片机倒车防撞报警系统设计

张杭

南京信息工程大学滨江学院，南京210044

摘要：对于汽车倒车防撞问题，提出了将超声波测距仪和单片机结合于一体的方案,并给出了一种基于AT89C51单片机的倒车防撞报警系统的设计,对系统中控制部分、发射部分、接收部分、显示部分和报警部分出现的问题进行处理。本文采用一种简单易行的测距原理建立了防撞报警系统,具体分析了倒车防撞系统的设计原理及各部分元件的设计方案，充分描述了超声波测距的原理及应用，并介绍了我国在超声波测距的发展现状，不过还有一些无法避免的测量误差，还需日益俱进的科学发展加以解决。

关键词：AT89C51；超声测距；倒车防撞

1引言

研究的目的和意义

随着社会经济的发展交通运输业飞速发展，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失。针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济实用的汽车防撞报警系统势在必行。超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离和低速状况，并且在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性——折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用。

国内外现状

国内外发展的状况以及存在的问题

汽车倒车防撞测距报警器是国家安全技术发展期间重点开发的

科研项目之一。以往的汽车倒车测距一般有四种：1嘀嘀声加闪光、2音乐声加闪光、3语音声加闪光、4倒车到危险距离时发出警报声的超声波倒车报警器。由于很多研究都采用的是特殊难购且稀有的专用元件，使其难以推广。而本设计采用国内生产的通用元件，成本较低廉，并且使其在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车，避免事故的发生。

现有的倒车雷达存在的问题

最大有效探测距离的问题：通过调查得知大多数驾驶员的习惯会使行人只有不到1s的时间脱离危险。这样一来，报警在减速时就很紧张，明显会感到预警时间不足，引起不必要的事故发生。

本文研究的主要内容

本论文概述了超声波检测的发展及工作原理，阐述了超声波传感器的原理、特点、分类；对于报警系统的一些主要参数进行了讨论和研究，以及在超声波测距系统功能的基础上，提出了报警系统的总体结构；并且设计了系统发射、接收电路，并仔细介绍了系统各设计单元的原理及它们的工作原理。

2 超声波原理介绍

超声波的基本理论

超声波是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都要使用的通用技术之一。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产安全和设备安全运作，降低生产成本，提高生产效率特别具有潜在能力。因此，我国对超声波的研究特别活跃。

超声技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐射大小不同大致可以分为：用超声波使物体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取信息，称为检测超声。

超声波是听觉阈值之外的振动，其频率范围在104——1012Hz，其中通常的频率大约在104——310

6之间。超声波在超声场（被超声波充满的范围）传播时，如果超声波的波长与超声场相比，超声场很大，超声波就像处在一种无限的介质中，超声波自由地向外扩散；反之，如果超声波的波长与相邻介质的尺寸相近，则超声波受到界面限制不能自由的向外扩散。

超声波的传播速度

超声波在介质中可以产生三中形式的振荡波：横波——质点振动方向垂直于传播方向的波；纵波——质点振动方向与传播方向一致的波；表面波——质点振动介于纵波和横波之间，沿表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固体液体中和气体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下的物理量多采用纵波形式的超声波。超声波的频率越高，越与光波某些特性相似。

超声波与气其他声波一样，其传播速度与介质密度和弹性特性有关。

超声波在气体和液体中，其传播速度C gL =（a B ρ1）21

式中 ρ——介质的密度；

a B ——绝对压缩系数。

可以推导出超声波在空气种传播速度T C G ⨯+=61.04.331。（T 为环境温度）。

超声波在固体中的传播速度分两种情况：

(1)纵波在固体介质中的传播速度与介质的形状有关。 21

)(ρ

E C q = （细棒） 21

2])1([μρ-=E C q （薄板） 2121)34(])21)(1()1([ρμμρμG K E C q +

=-+-= （无限介质）

式中 E ——杨氏模具；

μ——泊松系数；

K ——体积弹性模具；

G ——剪片弹性模。

(2)横波声速公式为 21

21)(])1(2[ρμρG E C q =+⨯= （无限介质） 在固体中，μ介于0——5之间，因此一般可视为横波声速为纵波的一半。