汽车泊车辅助系统的设计论文.doc

密 级 公 开 学 号 衡水学院毕业论文（设计）汽车泊车辅助系统的设计论文作者：指导教师：系别：物理与电子信息系专业电子信息工程年级：2013级提交日期：2017年4月18日答辩日期：2017年5月05日毕业论文（设计）学术承诺本人郑重承诺：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不存在抄袭情况，论文（设计）中不包含其他人已经发表的研究成果，也不包含他人或其他教学机构取得的研究成果。作者签名： 日 期： 毕业论文（设计）使用授权的说明本人了解并遵守衡水学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定。即：学校有权保留或向有关部门送交毕业论文（设计）的原件或复印件，允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公开论文（设计）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文（设计）及相关资料。作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 论文题目：汽车泊车辅助系统的设计摘 要：目前我国经济正处于发展迅猛时期，汽车也成为了每个家庭必不可少的生活用品。交通问题就成为了我们不可回避的问题，所以停车事故就变成了我们的焦点。停车意外频繁，原因是来源于多方面的，在停车场发生事故的可能性远远大于驾车时发生意外的可能性，而且给司机带来了很多必要的麻烦，不仅在经济上造成损失，在身体上的伤害也很大，如果不小心撞上孩子是难以想象的，所以泊车系统在汽车高科技产品的诞生中，泊车辅助系统不仅可以解决驾驶员由于障碍引起的通过视野停车事故，也大大降低了停车意外的频率。汽车泊车辅助系统，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者后视镜的显示通告司机车附近的状况，解除了司机泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的麻烦，并帮助司机解决由视觉引起的缺陷，提高驾驶的安全性。系统在运行时，超声波发射端口发射脉冲信号，经微控器接收信号并进行处理。超声波距离测量简单，优点是成本低，易于生产，缺点是易受天气影响，测距不太准确。关键词：超声波；STC89S52；1602液晶显示屏TITLE：DESIGN OF CAR PARKING ASSIST SYSTEMAbstract: At present, Chinas economy is in a period of rapid development, the car has become essential for every household necessity. The traffic problem has become an unavoidable problem for us, so the parking accident becomes our focus. Parking accident frequently causes from many aspects, the possibility of accident occurred in the possibility of accidents is far greater than the parking lot to the driver when driving, and bring a lot of unnecessary trouble, resulting in the loss of not only in economy, the body is also a great harm, if accidentally hit the child is difficult to imagine so, in the birth of the car parking system of high-tech products, parking assist system can not only solve the driver due to disorder caused by vision parking accidents, but also greatly reduce the parking accident frequency.The car parking assist system is a car parking safety assisting device which can inform the driver about the situation near the locomotive by the display of the sound or the rearview mirror, the trouble caused by the drivers parking and the start-up of the vehicle, To solve the defects caused by the visual, improve the safety of driving.When the system is running, the ultrasonic transmitting port sends out the pulse signal. Ultrasonic distance measurement is simple, the advantages of low cost, easy to produce, the disadvantage is vulnerable to the weather, ranging is not accurate.Key words：Ultrasonic; STC89S52 Devices; 1602 LCD Screen目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1课题研究目的11.2课题的研究现状与研究内容12 泊车系统工作原理与硬件选择32.1 汽车泊车辅助系统工作原理32.2 超声波测距原理42.3 单片机控制芯片52.4 超声波接收芯片53 超声波传感器电路设计63.1 超声波发射电路63.2 超声波接收放大电路63.3报警电路73.4 显示电路84 软件设计94.1超声波发生流程图94.2超声波接收中断程序95 系统整体测试与调整115.1 系统硬件的调试115.2 系统软件调整11结语12参考文献13致谢141 绪论1.1课题研究目的随着我们经济水平的提高，我们对生活质量的需求也越来越高，这样一来，汽车就成为了我们生活中不可或缺的一部分。汽车数量日趋上升，交通问题一时间成为人们备受关注的话题。其中停车事故发生率高，引起了社会各界的高度重视。泊车事故发生的原因来源于各种方面，泊车事故率比正常事故率要大得多，而且泊车事故也给业主带来了很多麻烦，不仅在经济上，更重要的是所造成的人身伤害，如果撞上孩子后果难以想象，所以在汽车技术的产品中，专为汽车泊车研究开发的“泊车辅助系统”应运而生，在爱车上装载停车辅助系统能够帮助我们在停车时注意到更多的情况，这样一来，因为停车而产生的事故数量就会有所降低。由于泊车时，司机看不到车附近的情况，司机很容易在停车时发生事故。为了将因为停车而发生的事故数量和我们的损失降到最低，现在有必要给司机朋友们装备安全停车的装置。目前市场上有三种停车设备，主要有：语音报警装置、倒车后视系统和倒车雷达。汽车泊车辅助系统，是以声音或后视镜显示，告知司机汽车附件的情况，解决司机在启动车辆和停车时，四周探视引起的麻烦，帮助驾驶员解决由于视觉引起的视野不清的问题，提高司机驾驶的安全性，泊车辅助系统的研发原理和雷达原理相同，是根据黑夜中的蝙蝠速度特别快，但它从不会与任何物体相撞。在汽车上增加一个类似蝙蝠触角的东西来发送超声波，以确定汽车周围存不存在妨碍行驶的物体。然而，由于倒车雷达的尺寸和实用性的不一样，主要功能是识别障碍物和距离，并提醒。当驾驶员让汽车反向行驶时，打开此系统，有控制器操控，提前安装在汽车尾部的装置将发射超声波，遇到妨碍汽车行驶的物体，超声波回传，有提前安装在车上的装置接收传回来的信号，传给控制器做分析，算出车子和物体两者的距离，并且确定物体在什么位置，并且在显示器上显示距离同时发生报警，保证驾驶员在泊车中不会碰上障碍物。1.2课题的研究现状与研究内容泊车辅助系统包括传感器探头、主机、显示器三个部分。传感器传输和接收超声波信号，接收信号传送到主机上，并通过显示器显示。传感器放置在汽车后面，超声波由45度角进行发射，检测探测器，探测到的物体在汽车下后方，处于驾驶员盲区时，给他们报警。监控安装在仪表板上，告诉司机汽车和后面物体的距离是多少，当车距超过安全距离时，蜂鸣器开始报警，提醒司机停下来。泊车辅助系统是用来确定汽车与障碍物之间的距离，通过LCD屏幕显示车和障碍物之间的距离。二极管的三种颜色区分：绿色代表安全，说明汽车与障碍物之间的距离0.5米-0.8米，黄色代表警告，说明汽车距离障碍物只有0.2米-0.5米；红色代表危险，说明汽车与物体两者之间小于0.2米，司机需要停止泊车。2 泊车系统工作原理与硬件选择2.1 泊车系统工作原理与硬件选择控制电路的核心器件是单片机。用12MHz晶体做标准脉冲器件，然后编写程序，令其发出40kHz的信号并发出，同一时间微控制器打开，启动定时，发出的信号碰到障碍后会反射回来，负责接收的装置收到传回来的信号后，整形滤波器和放大器锁相后，芯片8引脚进入低电平连接到INT1，关断中断，结束计时，根据超声波测距的原理，调用子程序计算出汽车与障碍物之间的距离。同时设好电源部分、声光报警部分系统，工作原理框图如图2-1所示，整体电路图如图2-2所示。图2-1 汽车泊车辅助系统工作原理图图2-2 汽车泊车辅助系统整体图2.2 超声波测距原理汽车泊车辅助系统是根据利用信号发出时间与收到回传信号时间的两个时间之间的差值。检测距离有以下两个方法：一个由测量对象的两边，一边发射超声波，另一边接收反射波，适用测量高度；另一个由发射端发射超声波，探测到被物体后反射反射波，由接收端接收的模式，适用测量距离。所以设计使用的反射波方式。使用电路超声波检测，发送装置发送信号，宽度为超声波与接收装置两者的距离。随着测量物体距离变大，方波的宽度就越宽大，输出方波信号数量与测得的障碍物两者间距离成正比例关系。利用超声波测量距离可以按照如下方法：往返时间检测、相位检测和声振幅检测。硬件部分可以选取往返时间检测的方法，如图2-3所示。图 2-3 超声波测距原理图原理是40kHz脉冲方波由超声波传感器发射端口发射。物体将超声波反射回来，脉冲波会反射到空气里面。返回来的信号将会传送到接收装置，信号由发射器发射到接收装置所利用时间，然后与信号传播的速度相乘，得到声源和障碍物之间的距离两倍，也就是： L=ct/2 (1-1)公式（1-1）中，超声传感器与被测物体之间的距离用L代表，超声波在介质(空气)中的传输速率为c，超声波从发射端口发射到接收端口接收的时间用t表示，超声波在空气中的传播速率为： ，其中绝对温度数值用T表示， 。通常情况下，在一般的环境中，不受其他情况干扰，我们认为超声波速度c为常数340m/s。超声波在环境中工传递，会受到很多因素的干扰，譬如温度；信号传回来时，不能十分准确的接收，所以超声波在环境中传递过程所用的时间和接收器接收到回传信号的时间不是十分准确。这些因素是引起超声测距误差的原因。2.3 单片机控制芯片STC89S52是一款低功耗，具有8K高性能微控制器的系统可编程闪存。常见的编辑器就可以对其进行编辑。在单片机中，选取8位智能CPU和闪存，现在此款单片机广泛应用在很多产业。如图2-4所示。2.4 超声波接收芯片回传信号接收装置电路中的芯片有2种，一种是NE5532，对被衰减的信号进行放大。该放大器具有噪音低、性能高的特点，并且它还是双运算放大器，其限制参数如表2-1所示。若需要记录噪声，可以选取该放大器的5532A，原因是可以确保噪声电压值。 此放大器的5532A版本就噪声方面做的非常好，并且它还能稳定的输出、稳定的电源，目前在很多领域都有此款放大器的身影。放大器电路的前两级构成10000倍的放大器，对正弦波信号放大。表2-1 NE5532极限参数参数符号NE5532单位电源电压Vcc22V差分输入电压Vdif13V输入电压Vi提供电压V功耗，TA=25PD1100mW工作温度TOPR070图2-4 STC89S52管脚图3 超声波传感器电路设计3.1 超声波发射电路如图3-1所示，由单片机发出的频率为40kHz的信息由第三引脚传送到集成电路，再由2引脚连接第5引脚、11引脚和14引脚，再用4引脚连接7引脚和9引脚，7脚与单片机P36相连，最后由6引脚、10引脚、12引脚、15引脚分别连接电容负方向。图3-1 超声波发射电路原理图基于单片机的超声波传感器的设计考虑到发射极头通常需要5个方波周期才能达到冲击稳定状态的95，上升时间达到稳定状态的99。为了确保最大程度的触发，微控制器组将发出十二个方波，它们的带宽均是12s，并通过电路送达到发射头。3.2 超声波接收放大电路返回来的信号接收装置和放大器电路里，信号在环境里面传递和减弱会根据信号传递的长短来变大，而当接收装置收取到返回来的信号时，传回来的信号强度极低，因此不可作为输入信息，这样一来，就需要利用放大器将信号放大后再作为输入信息。超声波接收放大器电路如图3-2所示。图3-2 超声波接收电路原理图返回来的信息传送给接收装置时，它的波形为正弦，通常来说此信号强度仅为几十毫伏。接收放大器电路的接收和接收电路是由集成运算放大器NE5532组成的同步放大器电路。由前两级放大电路构成10000倍的放大器，正弦波信号放大。后期采用比较器调整前置放大器。标准电平由IN引脚接入，包络信息的电位要比标准电平1稍高，低于标准电平为0。封装信号，被转换成可被单片机认知的中断信息。当7引脚连接到单片机的中断输入端提供低电平。然后计数器使定时器停止运行，对当前数据进行存储。3.3报警电路声光报警是指当汽车泊车辅助系统检测到汽车与障碍物间的距离小于所设定的安全值范围时，蜂鸣器报警发出声音告知司机应该停止泊车，报警电路设计如图3-3所示。报警部分是由VCC电源下达命令，当检测车和物体两者的间距比预设的安全值小时，微处理器传达信息，信息在放大器处放大，然后让蜂鸣器运作对驾驶员进行提示。图 3-3 报警电路原理图3.4 显示电路如图3-4所示，本设计是应用1602液晶显示屏显示，相位选通由各自独立的I/O线控制端口控制。89C52单片机进行运算，显示驱动，报警信号的发出等工作，再由1602液晶显示屏，蜂鸣器完成距离报警的工作。图3-4显示模块4 软件设计4.1超声波发生流程图超声波传感器，会有40kHz的脉冲信息和反射回波，选取的是压电陶瓷式，它所发出的信息要求的工作电压为40kHz，这是经过微处理器完成的，如图4-1所示。图4-1超声波工作流程图输入端，微处理器的P1.0与测量电路的输入相连，完成如上流程图后，微处理器的P1.0发出的信号为40kHz，由放大器运行放大，使得发射装置传送出40kHz的信号，且向外传送200ms的时间。微处理器的P1.1和P1.2是和右边、左边测距部分输入端连接，其运行方式与前方测距部分方式一样。4.2 超声波接收中断程序超声波传出与回传是把脉冲信息改变为交流电压信息，经运放放大后，加载到带锁定环的集成块的音频环，内部电压控制振荡器的中心频率f0 = 1 / 1.1R8C3，带宽由电容C4决定。调整R8发射器传输的载波频率，输入的信息大于25mV，输出8脚从原来的高电平变为低电平，以此来当作中断，传达到微控制器进行处理。前面测量距离部分的输出与微控制器INT0相联，最高优先级中断电平，经由AND门IC3A输出与左侧距离测量部分输出，以及INT1的MCU，以及微处理器P1.3和P1.4传送到输入IC3A，由完成的编程查看中断源标识来解决问题，优先级中断级，后先左再右。部分源程序如下。 TMOD=0x01;/设T0为方式1，GATE=1； TH0=0; TL0=0; ET0=1; /允许T0中断 EA=1;/开启总中断 Void ZD interrupt 1 Flag=1;设计中主要有主程序复位，数码管和计数器的初始化，在发射方波之后，是否有回波被接收到，决定了程序的复位还是外部中断，在不出现返回信号情况下，按照要求单片机传达复位动作信号，继续传达探测信号，在接收到回传信号后，单片机执行外部中断子程序，最后结束。定时器里面的中断子程序，先将其初始化，执行传送信号子程序，传送未结束的情况下继续执行传送信号子程序，在传送信号结束后，推出定时器中断子程序，并返回主程序。在外部中断子程序中，由外部中断入口开始，执行关总中断，关计数器中断，送单片机数值，计算距离，后打开中断返回主程序。5系统整体测试与调整5.1 系统硬件的调试接入电源前，要先对此进行仔细的检查，看看是否有短路、断路的情况，检查中可以利用万用表，如果有短路、断路的情况，就需要找到出现的原因。检查之后确保没有问题，就可以接通电源进行调试了，注意电源的正、负两极不能接反。5.2 系统软件调整编写的程序在写入单片机前，要先学习如何对单片机进行烧写程序，再对单片机进行程序的写入，因为汇编语言是与机器码最类似的原因，此课题选取汇编语言。优点是占用资源比较少、程序执行效率高。但是CPU有所不同，所以汇编语言可能存在一定的所差异，不易移植。设计选用C语言。软、硬件设计和焊接都结束后。对整个系统的测试与调试是不可缺少的部分。在测试中发现问题，再由调试来让整个系统可以处于正常工作状况，保证整个系统正常工作。对于这一部分，第一对硬件进行调试，第二软件进行调试。结语本设计是超声波发射机模块发射超声波。超声波的接收模块接受反射波。单片机芯片计算距离。1602液晶显示模块的正确显示。当测量距离小于设定值时，报警模块的蜂鸣器发出警告声。在组装元件和调试中，由于子模块设计的设计，所以在发生故障或需要系统调试的情况下，对模块的维护或调试，在调试过程中由于复杂的线路而减少了很多，组件识别等问题。只要电路焊接准确，系统调试即可正常工作。第11页 共14页 2013级电子信息工程专业毕业论文（设计）参考文献1郭孔辉,姜辉,张建伟等.基于模糊逻辑的自动平行泊车转向控制器J.吉林大学学报工学版,2013,39(S2):236-240.2 张红莲.基于单片机的超声波测距系统的设计J.可编程控制器与工厂自动化,2014,9:89-91.3 李红,郭孔辉.多约束双向自动平行泊车轨迹规划J.中国机械工程，2013,24(016)：2135-2140.4 黄燕,杨志刚.4WS汽车自动泊车轨迹生成策略J.汽车实用技术, 2012,5:17-22.5 孙博逊.基于超声波测距的自动泊车辅助系统J .长春理工大学，2011,08:35-42.6 高旭,朱军.基于AT89C51单片机的超声波倒车雷达系统的设计J.电子技术,2010,01:56-61.7 杨基慧. 倒车雷达系统的研究与设计D.长春：吉林大学,2012.8 刘鑫,朱靖玉.基于单片机的倒车雷达的设计J.电子设计工程,2012,01:94-97.9 龚玉玲,杨阳,赵蕊,刘光德.基于单片机系统的倒车雷达J.中国高新技术企业,2013,10:81.10 姜辉,郭孔辉.自动平行泊车系统转向控制策略的研究D.吉林：吉林大学.2010.11 魏振亚,汪明磊.自动泊车超声波车位探测系统研究D.安徽：合肥工业大学.2013.12 王晓.基于AT89S51单片机的倒车雷达系统的设计J.企业导报,2012,12:278-278.13张波,王朋亮.基于STM89C51单片机超声波测距系统的设计J.机床与液压， 2010,38(18):56-58.14 靳霖霖,曾迎生,宋金泽.自动泊车超声传感器系统设计J.微计算机信息,2010,13.15 QangLi Zhang, Y, P, Zheng, G.Gain.Flatness Consideration on the Ultra-Wideband Low-Noise Amplifier Design S .IEEE Trans,2011,6.第13页 共14页 致谢经过三个多月的忙碌和工作，这次的毕业设计接近尾声了，作为本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的指导和同学的帮助，想要完成这个毕业设计是一个艰难的任务。在这里首先要感谢我的指导教师。其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在使用软件方面和设计图中给予我的各种意见，对我的毕业设计有很大的帮助。我才能顺利的完成设计，要感谢校方对我设计过程中提供的优良设计环境和技术支持，另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们传授我专业知识。在此，谢谢大家！1. 基于单片机和DSP的卷绕控制器数据采集和通讯设计 2. 基于MSP430单片机的柴油发电机监控器的设计 3. 基于CPLD/FPGA和单片机的爆速仪设计 4. 基于单片机控制的晶闸管中频感应电源的研制 5. 基于十六位单片机的电力设备故障在线监测装置的设计与算法研究 6. 基于SPCE061A单片机的语音识别系统的研究 7. 基于PIC单片机的生物机能实验装置的研究 8. 基于Motorola MC68HC08系列单片机演示系统的设计与实现 9. 基于TCP/IP协议的单片机与INTERNET互连的设计与实现 10. 基于嵌入式实时操作系统和TCP/IP协议的单片机测控系统 11. AVR 8位嵌入式单片机在车载全球定位系统显示终端中的应用 12. 基于AVR单片机的250W HID灯电子镇流器的研究 13. 基于单片机的TCP/IP技术研究及应用14. 基于P87C591单片机的CAN总线应用层协议的研究 15. 基于单片机实现对二级倒立摆的控制 16. 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