课程论文题 目：汽车倒车报警系统分析 学生姓名：学 院：能源与动力工程学院 班 级：交通运输10-2班 指导教师：2014年 1 月 3 日学校代码： 学 号：内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：汽车电子控制技术学院：能源与动力工程学院班级：学生姓名：学号： _ 指导教师：陈永艳一、题目汽车倒车报警系统分析二、目的与意义根据《汽车电子控制技术》课程学习的知识，系统分析汽车倒车报警系统结构组成及基本的工作原理，掌握汽车电子控制系统的基本结构与原理。

三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）根据参考文献，系统学习并分析汽车倒车报警系统结构组成及基本的工作原理；按照《内蒙古工业大学课程设计说明书（论文）书写规范》撰写课程论文。

四、工作内容、进度安排18周周末：根据任务书要求，查阅、学习相关参考文献；19周周一：提交论文提纲；19周周二—周四：根据指导教师修改后的论文提纲撰写论文初稿；19周周四—周五：根据指导教师对论文的修改意见修改论文；19周周五：提交论文。

五、主要参考文献[1] 刘修文.实用电子电路设计制作[M]. 北京：中国电力出版社，2011[2] 胡萍. 超声波测距仪的研制[J]. 计算机与现代化，2010(10):54-56.[3] 陈有卿, 谢刚,新颖电子模块应用手册[M]. 北京：机械工业出版社，2010[4] 电子报社．电子报2010年合订本下[J] ．成都：四川科学技术出版社．2010[5] 刘福太，梁发麦，魏书田，林红文.黄版电子电路[M].北京：科学出版社，2011审核意见同意。

系（教研室）主任（签字）赵明智指导教师下达时间2013 年12 月27 日指导教师签字：_______________摘要本文介绍了汽车倒车报警系统,文章采用分模块方式，对整个系统的硬件与软件设计进行分析，其中硬件部分着重介绍了超声波探测器、单片机AT89C51控制芯片、外围电路和报警电路等。

设计中采用了性能比较好的超声波传感器CSB40，从发射头发射的信号通过障碍物反射所得的信号接收，信号放大，再通过单片机直接处理，然后把处理后的信号通过驱动器驱动扬声器播放出声音，同时通过显示电路显示倒车距离。

整个系统采用单片机通讯方式，介绍了单片机接口与控制器之间的通讯，以及该系统的程序流程。

除此之外，还说明了PCB板的制作、电路的安装与调试的有关内容。

关键字：超声波倒车报警 AT89C51目录一、引言 (3)二、汽车倒车报警系统的思路 (4)2.1系统总体方案 (4)2.2超声波测距原理 (4)三、汽车倒车报警系统的电路组成及原理分析 (5)3.1主控部分 (5)3.2复位部分 (6)3.3显示部分及驱动部分 (7)3.4超声波发射接收部分 (8)3.4.1超声波发射部分 (8)3.4.2超声波接收部分 (9)3.5报警部分 (10)四、汽车倒车报警系统的主程序流程图 (11)五、汽车倒车报警系统的装配与调试 (11)5.1基本电路板检查 (12)5.2主控模块调试 (12)参考文献 (13)一、引言为了巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决问题的能力，提高组成系统、调试的动手能力，开展了本次毕业设计。

毕业设计课题为汽车倒车报警系统的设计与制作。

随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，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的汽车防撞预警系统势在必行。

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，低速状况，以及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。

二、汽车倒车报警系统的思路2.1系统总体方案从倒车防撞报警器的使用场合来讲，必须是采用反射型传感器才能满足实际使用中的要求，从目前的无线电技术出发，主要可采用超声波传感器和红外反射型传感器。

本设计选择超声波型。

基于超声波型：利用超声波传感器CSB40，它是一种性能优良的发射与接收配对的传感器。

该系统主要用电磁式输出与输入振荡电路，所输入的信号经过放大，直接发送到单片机AT89C51单片机进行处理，通过编程可以进行自动控制。

具体系统框图如图1-1所示。

图 1-1 汽车倒车报警系统框图2.2超声波测距原理超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。

本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。

它有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。

在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。

超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。

超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。

本设计采用往返时间检测法测距。

其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。

测试传输时间可以得出距离。

假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t／s，超声波传播速度为v ／m/s表示，则有关系式(1)s=vt/2 (1)在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。

v=331．4+0．607T (2) 式中，T为实际温度单位为℃，v为超声波在介质中的传播速度单位为m／s。

表1 一些温度下的声速-30 -20 -10 0 10 20 30温度T／°C声速／m/s 313 319 322 331 337 344 350三、汽车倒车报警系统的电路组成及原理分析3.1主控部分本次设计采用了常见的AT89S51单片机为核心处理器。

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构， AT89C51具有40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 Bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

AT89C51单片机共有40个引脚，其引脚图如图所示。

图3-1 单片机引脚图3.2复位部分单片机AT89C51作为主控芯片，控制整个电路的运行。

单片机外围需要一个复位电路，复位电路的功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤消复位信号。

为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。

该设计采用含有电阻的复位电路，复位电路可以有效的解决电源毛刺和电源缓慢下降等引起的问题，在电源电压瞬间下降时可以使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。

在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。

只要该脉冲足够宽就可以实现复位。

当人按下按钮S1时，直接连接电源，待S1弹起后，C再次充电，实现手动复位。

复位电路的设计图如图3-2所示。

图3-2 复位电路图3.3显示部分及驱动部分四段数码显示管有两种，一种是共阳极数码管，其内部是由八个阳极相连接的发光二极管组成；另一种是共阳极数码管，其内部是由四个阳极相连接的发光二极管组成。

二者原理不同但功能相同。

本设计的数据显示选用四个共阴极四段数码管，其外形和内部结构如图3-3所示。

图3-3 四位数码管结构图而LED显示电路就像单片机系统的眼睛，实时地向人们传递着系统工作的各种状态信息和处理结果。

因此，高效、方便的LED显示驱动电路是构成完善的单片机系统必不可少的元素。

其驱动电路如图3-4所示。

图3-4 数码管驱动电路图3.4超声波发射接收部分3.4.1超声波发射部分超声波发射部分是为了让超声波发射换能器CSB40T能向外界发出40 kHz左右的方波脉冲信号。

40 kHz左右的方波脉冲信号的产生通常有两种方法：采用硬件如由555振荡产生或软件如单片机软件编程输出，本系统采用后者。

编程由单片机P1.0端口输出40 kHz 左右的方波脉冲信号，由于单片机端口输出功率不够，40 kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器以声波形式发射到空气中。

发射部分的电路如图5所示。

图中输出端上拉电阻一方面可以提高反向器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。

图3-5 超声波发射电路图从图中可知，当输入的信号为高电平时，上面经过两级反向CSB40T的1引脚为高电平，下面经过一级反向后为低电平；当输入信号为低电平时，正好相反，实现了振荡的信号驱动CSB40T，只要控制信号接近40kHz，就能产生超声波。

74HC04芯片介绍：该74HC04是高速的硅栅CMOS器件，并兼容低功耗肖特基的TTL。

74HC04提供的6个颠倒缓冲器。

其管脚图如图3-6所示。

图3-6 74HC04管脚图74HC04是内含6组相同的反相器。

即1A输入高电平，1Y输出低电平。

3.4.2超声波接收部分超声波接收包括接收探头，信号放大以及波形变换电路三部分，超声波接收探头必须与发送探头相同的型号，否则可能导致接收效果甚至不能接收。

由于超声波接收探头的信号非常弱，所以必须用放大器放大，放大后的正弦波不能被微处理器处理，所以必须经过波形变换。

本次设计为了降低调试难度，减少成本，提供系统可靠性，所以我们采用了一种用在彩色电视机上面的一种红外接收检波芯片CX20106，由于红外遥控的中心频率在38kHz，和超声波的40kHz很接近，所以可以用来做接收电路。

CX20106是日本索尼公司的产品，采用单列8引脚的直插式封装，内部包含自动偏置控制电路、前置放大电路、带通滤波、峰值检波、积分比较器、斯密特整形输出电路，配合少量外接元件就可以对38kHz 左右的信号的接收与处理，该芯片内部如图3-7所示。