自动车距保持控制系统设计.docx
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自动车距保持控制系统设计
吉林大学珠海学院
毕业论文
自动车距保持控制系统设计
系别:
电子信息系
专业名称:
自动化
学生姓名:
江淦成
学号:
03130612
指导教师姓名、职称:
张程讲师
2021年03月28日
摘要
距离的自动检测的应用是非常的广泛,它主要是应用于一些的建筑工地、施工现场以及一些工业的距离的检测预测量,并且超声波的应用也是非常的广泛,例如测量在水中的声音强度,水的深度,以及在水中可以很准确的知道鱼群的准确位置,金属类的探测器,地表层的防腐物质等等。
本设计指出研发汽车自动车距保持控制系统,此处隐含自动检测距离以及报警作用。
其中通过超声波传感器完成计算距离。
在可行性探究以及可靠性探究的前提上,本文研发了完善的以AT89C52单片机为基础的超声波测距系统。
依照超声波在空气充传播的反射理论,通过界面创建超声波传感器,通过单片机科技以及超声波时差法在空气中测算真实距离。
此系统一般由众多模块构成,主要是中央处理模块、超声波发射/接收模块、显示以及报警模块。
本设计以51单片机系统的I/O接口组件,让超声波传感器发射40kHz的超声波以及超声波反射回来,利用增加整形电路送入单片机,之后开展调试,明确具体的距离。
上述单片机超声波测距具备明显的超声波抗干扰水平,降低了人为测算的问题,减少了外部接口电路,处理了一般生活中的测距问题。
关键字:
超声波的传感器AT89C52单片机显示模块报警模块
Abstract
TheautomaticmeasuringofdistanceismainlyusedinmeasuringthedistanceofCarBackingreminding,constructionsites,industrialsite,etc.Theapplicationofultrasonictestingthedistanceisverywidely.suchasthemeasureofthedepthofthewater,theplaceofthefishinthesea,themetaldetection、themeasureofthethicknessandthereverseincaseofthecarclashingandsoon.
Thedesignrequirementsforthedesignofautomaticcarspacingcontrolsystem,whichincludesautomaticdetectiondistanceandautomaticalarmfunction.Thisdesignusesultrasonicsensortomeasurethedistance.Onthebasisoffeasibilityanalysisandreliabilityanalysis,asetofultrasonicrangingsystembasedonAT89C52MCUisdesigned.Accordingtotheprincipleofultrasonicwavepropagationintheair,theultrasonicsensorisusedtomeasuretheactualdistanceinair.Thesystemismainlycomposedoffivemodules,namely,thecentralprocessingmodule,ultrasonictransmitter/receivermodule,displaymoduleandalarmmodule.ThedesignoftheI/Ointerfacemodule51microcontrollersystem,backtotheultrasonictransducertosendoutthe40kHzultrasonicwaveandultrasonicreflection,throughanamplifyingshapingcircuitintothemicrocontroller,thendebug,determinethecorrespondingdistance.
SuchkindofSCMultrasonicdistancemeasuringstrengthentheanti-interferencecapabilityoftheultrasonic,reducetheerrorofthemeasurementmadebyman,simplifytheexternalinterfacecircuitandsolutetheinconvenienceofthedistancemeasureindailylife.
Keywords:
UltrasonicSensorAT89C52SCMDisplaymoduleAlarmmodule
绪论
伴随科技的持续进步,我们也需要了解到,传感器开始使用到众多部分,特别是自主监测系统的大量使用,伴随微型计算机的持续扩展,传感器科技开始被使用到众多领域部分,目前超声波传感器科技科技开始被使用到大部分高科技的产业中,一般用在冶金、造船、机械、医药等部分工业机构的超声清洗、焊接、加工、检测、医学等部分,全部得到了显著的社会以及经济结果。
现代科技的与时俱进和飞速的发展,一种新的测量的技术已经逐渐的被使用,他是微控的科学技术,这些技术的被广泛应用,这种全新的方法已经逐渐的开始产生,首先,一种是被安装在车上的设备,可以随时给司机们进行安全提示,都是为了防止安全事故的发生,这样可以尽量的避免交通事故的发生,我们在不断地安装汽车的距离监测系统,他可以更好地检测到距离消息,在现在这个信息的时代,也面临着一场全新的时代革命,这是由单片机来象征的,现在的人们迫切的希望单片机器的发展以及扩大使用的范围,更是随着人民的物质文化越来越丰富,它的体积正在逐渐的变小,运行速度上更加的可靠,消耗的功能比较低,到那时也是一个多功能的方向,另外一种就是一种价格低下,功能单一的发展方向,尤其是在生产领域上更是扩大了它的生产范围,以及在生活中越来越得到广泛的应用。
其实超声波测距的原理很简单。
容易操作以及使用的成本低的优点,在一些液位的测量、移动机器的人定位的原理很简单,还有就是在汽车的变形中、汽车防撞的导盲系统等众多的领域都得到了很好的发展和使用,在使用和接触的超声波测距的液位的侧量存在了着一些保管不方便,容易报损,不便于检修等一些缺点,我们可以利用超声波测距的系统实现野味的一些非接触式的测量,我们通常在解决问题的时候,超声波测距的业务侧量是可以根据它本身的结构简单、非接触、安装简单以及其他的方便问题,性能的简单等优势。
进行障碍区的简单的避开。
但是跟随者最近几年的汽车的行业不断增加,汽车的使用问题也就不断的收到了人们的不断关注,即使存在者一些超声波测距的系统软件,但是在汽车中的仍然存在者许多的盲区,这样就会更加的发生交通事故,造成不必要的人员伤亡,通过这个超声波测系统的不增加,也在一定的程度上给人们带来一定的好处,人们可以通过视觉盲区在倒车的时候看到一些障碍物,通过在车中安装超声波测距可以感受到身后的障碍物,也就相应的减少了交通事故,我们通过这些超声波测距的传感器给人们带来了一定安全性,避免了人们因为看不到盲区而产生的不安全性,还帮助了驾驶员扫除了视野的死角以及和视线模糊的可怕性,从而提高了驾驶员的安全性。
但是大多数的曲面的外形尺寸都是很难测量的,我们要根据传统解决方式进行获得,这个拆声波传感器是一个许多角度的测距,但是他也存在者外形特征。
并且在现实生活之中进行曲面的检测。
在这种的超声波测距的系统中存在着许多的处理方法的优势,这些都是直接关系到前沿的定位的精英之中,我们根据精确地测试度进行深入的研究,也要根据相应的反应速度。
从而反映出相应的超声波测距的主要研究的方向之一,目前,在国内的许多测试的信号进行处理的算法已经进行了很好的研究,这种方法也在逐渐的变得成熟,但是作为超声波的测距的研究体系的关键技术,这仍然是一个很重要的研究的方向。
这种解决的手段正在被国内外的许多专家所关注着,在我国现阶段。
国内的一些科研人员都在进行超声波测距的电路的简化、发射功率的控制,我们已经最大化的进行了研究在一些超声波测距技术,我们虽然在一些超声波测距的技术上取得了一定的成果,但是并不代表着我国的技术就已经很强,我们仍然需要继续的努力,但在有些方面仍然存在着不足的现象,目前在我国的超声波测距的系统中已经有相关的检测及系统,但是一般都是发射单超声波的测距系统的方法,这种方法是在测距的精准度和可靠性已经进行比较成熟的研究,我们知道当一些设备程序采取更高的程序质量,空气的质量也会由此有很大的改善,当它采用高质量的超声波,就会因为空气质量的改变进行很快的改变,才会导致空气质量的有效提高,无论是在测试有效的进行还是通过降低的测距的范围中都是可以进行的,我们都会在超声波的测距中体现出来,良好的生活质量就会使人们的生活有更加的提高,这几年来,根据超声波测距的精确度上面的有效提高是具有很高的干扰能力,这是在超声波的测距技术上一个质的飞跃,也是一个很重要的研究。
1系统设计的总体方案
因为超声波技术的持续健全进步,此外与之相关的能量也出现了缓慢进行,在介质传播中距离很远,由于之前的超声波一般被使用在距离测量中,在本文中主要介绍的是一种在汽车发生严重的碰撞时所产生的警报系统,所以才会存在一些相应的高薪的成熟的技术方法,以AT89C52单片机为重点的低费用、高精度、微型化数字显示超声波测距。
利用超声波测算距离比较便利,统计简单,精准度高可以达到工作需求。
1.1超声波测距原理和工作方式
三种测距方法:
(1)位置检测法,我们根据相同的位置监测的方法,即便精确度很高,然而测算范围是固定的。
(2)声波幅度的检测法,这种的声波的幅度值代表着相应的检测结果,声波
(3)渡越检测法,时间检测方式方法是非常简单的全新类型,直观的必要的检测的方式方法可以更好的控制工作的简单构成,这个原理就是:
在监测器所发射的检测的超声波,经过一定的介质的传播的超声波发射感应器。
超声波的波距的家呢的简单方法都是利用相应的渡越时间优势来进项检测的, 超声波传感器在移动车辆上的应用,无论是子女的超声波技术的改善还是技术的更加健全,我们都可以利用原有的固体技术来发射出定向的超声波的反射技术,我们可以根据发送的超声笔技术进行时间与距离的计算,从而得到准确的接受的数据,进行准确的研究。
1.2超声波测距系统设计
假如超声波的检测上述系统可以得到全面的发展,全部是相同系统发射电路的发射电路、接收电路、键盘显示器电路、报警电路和众多辅助电路。
收发分离方式一般出现明显的优势:
首先是发送接收信号不够重叠,接收探头的信号的模块的单片机和若干的辅助电路,接受传发的发射系统;其次是接收探头放置在正常的位置,可减少由超声反射物体表层所造成的多种亏损以及影响,全面提升系统稳定性。
超声波测距器的系统框图如下图1-1所示。
图1-1超声波测距系统设计框图
1.3系统总体设计
本文采用微波测距系统来探测微波雷达的穿透能力,如长距离探测能力和暗、尘埃、烟雾等的穿透能力。
它的本质是基于波和波能量理论的多普勒效应,通过放大的频率和振幅信息信号的中频输出微波雷达传感器采集,以完成对车间的相对速度和距离的测量。
系统框图如图1-2所示,中频输出微波雷达传感器的信号经信号处理模块放大后分两路分别输入到单片机,利用信号峰值检测电路的信号处理模块是保留以免AD转换器连续工作的缺陷。
单片机将得到的频率和振幅的相对速度和距离,每一段显示在LCD上。
当检测值超过设定的报警阈值,AT89C51驱动声音报警装置,和司机刹车和其他有效措施的反应时间,从而避免事故的发生。
图1-2系统框图
2系统硬件电路的设计
硬件电路主要分为单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路、报警电路五个部分。
2.1单片机型号选择(AT89C52)
图2-1AT89C52实体图
AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,对这个低电压的简单介绍就是这是一种高性能的单片机,在这其中,我们可以进行反复的擦写与编写程序进行一些简单的储存器的采取数据,
我们是用先进的机器采用高密度的非易失性的存储的生产技术,与标准进行高指令的标准,在这些程序上有一些与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,这些功能性强的单片机器都得到了广泛的使用,这种简单的机器接口简单,易于操作。
让人们易于理解。
AT89C52可以按照常规的方法进行编程,但是我们也要进行简单的程序方法,这样可以跟很好的控制了简单的成本。
也可以更好地进行一些精确地超声波测距的精准,我们应该有更好的成本控制,才可以有更好的超声波测距的发展。
它的主要功能特性如下表所示:
图2-2AT89C52引脚图
表2-1主要功能特性表
兼容MCS51指令系统
8k可反复擦写(>1000次)FlashROM
32个双向I/O口
256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断
时钟频率0-24MHz
2个串行中断
可编程UART串行通道
2个外部中断源
共6个中断源
2个读写中断口线
3级加密位
低功耗空闲和掉电模式
软件设置睡眠和唤醒功能
2.2LED显示电路设计
图2-3LCD液晶屏显示设计图
显示电路使用的4位共阳的LED数码管,段码用74LS244驱动,位码用PNP三极管9012驱动。
显示电路如下图2-4所示
图2-4显示电路设计图
2.3超声波发射电路设计
超声波的发射的电路图如下所示,这种的发射电路主要是由于相反向的电路发射器电极单片机P1.0端口输出40KHz方波信号通过反相器的超声换能器和其他电极其他路径两逆变器超声波能量转换器,这个形式可以很好地去建立超声波的形式进行很好的改变,还可以更好的改变这种超声波的发射强度,提高安全性能,并联两个逆变器的输出,另一方面,它可以增加为超声波换能器的阻尼效果,缩短自由振荡的时间。
图2-5超声波发射电路原理图
2.4超声波检测接收电路设计
超声波接收器涵盖三个方面,首先是接收探头、信号放大电路以及波形转换电路。
因为探头后的正弦波信号并不明显,需要设置放大电路。
正弦波信号无法马上接收单片机,需要开展波形的波形。
依照以上分析的要求,单片机需要第一个回波的时刻。
上述接收电路使用独特的接收器电路。
如图2-7所示的设计,也可以使用一般2-8电路来实现红外探测器的设计接收专用芯片CX20106A实现,电路图如下图2-9所示。
图2-7专用超声波接收电路图
图2-8通用超声波接收电路图
图2-9超声波接收电路图
超声波的接收电路是一种使用集成的超声波的电路,按照接的芯片制作出新的探测器就你行信号的接收,电路图如图2-10所示,在电容C1的大小适当的改变,你可以改变与内陆和抗干扰能力的接收机灵敏度。
AH201505/AH2201706X是一种进行新型的遥控控制的前置大器的前集成电路,这种比较大的方式,这是比较适用于电视,空调等的电路回流,我们需要设置很好的电平控制的电路,这样不仅可以进行低幅度的进行改进,并且俩个的区别也是很大的不同的。
图2-10超声波接收电路设计图
2.5报警电路设计
其实许多的报警电路都用KD9561作为报警的电路芯片,其电路原理图如下图2-11所示:
图2-11KD9561报警芯片功能图
表2-1KD9561报警芯片声音表
SEL1
SEL2
输出声音
不接
不接
警车声
VDD
不接
火警声
VSS
不接
救护车声
任意接
VDD
机关枪声
系统设计的语音报警作用的研发标准,需要ISD语音芯片来达成,思考到现实情况以及成本问题,设计报警电路只使用蜂鸣器就可出现声音。
但是在需要扩大时,产品开发可以在语音芯片时使用,来提升综合价值,得到顾客的认可。
3.6使用蜂鸣器当做报警电路,比较简单,在需要测量的时候,距离少于特定数值(8.6cm),1KHz方波的单片机输出频率T1端口,可完成报警作用。
具体的电路图如图2-12所示:
图2-12报警功能电路图
2.6总体电路设计
图2-13总体电路设计图
2.7电路板的制作
2.7.1原理图的绘制
在超声波的方面上,我们不仅可以跟好的进行研究,还可以进行一些相应的研究,这些我们可以在图书馆搜集有关具体资料,通过不断查阅书籍,进行一系列的研究调查,我们通过研究以及对这种原理的相关资料都是有关的,我们不仅要在技术上有简单的跳跃,还要有更好的发展,利用超声波原理进行在高科技上的飞跃,在焊接的过程中,我们要进行很好的衔接工程,但也有许多不便在使用通用板,例如在焊接过程中,需要跳转。
因此,为了最后的实际结果,我们通常使用耐腐蚀板,因此最关键的第一步是在Protel绘制电路原理图。
电路在Protel标准构件库的构件设计一般包含四,但七的总数字是标准库中没有找到,所以电路图上要画出自己的数码管,而且做它的一个一揽子计划,准备这基本上可以得出原理电路图。
首先我们要调用在组件库中的各个组件,每个模块的组件一起,然后连接的基本原则是完成画线。
2.7.2PCB图的生成
确认我们前面的电路原理图绘制的正确性第一,确定各个部件的连接是连接的,所以我们需要将每个组件在前代PCB。
没有组件包库来做自己的,如前述的四七段数码管封装。
在包中为每个组件定义每个组件的数量,数量应该是一个对应,不能重复。
图2-2元器件表
电阻
AXIAL0.4
瓷片电容
RAD0.1
电解电容
RB.1/.2-RB.4/.8
二极管
DIODE0.4
集成块
DIP8
石英晶体振荡器
XTAL1
三极管
TO
然后是电气测试的组件,测试没有错,那么就不会有错误,如果错误,连接甚至不上,所以只会在示意图。
之后就是产生网络报告,公开包号、号码等全部组件。
此后可在电路板上继续设计,只要不存在问题就能产生电路板图。
上述电路板需要开展布线设计,焊盘尺寸,导线厚度,不同组件的真实区位,布线是非常繁杂的系统工程,不要尝试交叉,不仅限于,而且美观等,这项工作需要两个或三天到一个星期,熟悉。
可以完成半天。
因此布线非常艰难,需要花费一定的时间,可从中学习到众多知识。
2.7.3电路板到印制和焊接
要完成的电路板布线,将做的印刷电路板,打在铜上的印刷电路板,也就是说,铁氯化物腐蚀后的电路板的一部分,左。
旋转孔的电路图,把元件制作组件可以用焊接铁焊接,这项工作比较简单,以前的课程设计要做的那么熟悉,所以很容易完成。
3系统程序的设计
超声波的软件测试有这主要的设计程序、超声波测距、超声波测试软件,这些程序都在不断地进行修改改变,因为C语言的主要成系设计,这样有利于实现复杂的算法,对于程序的编程来说更是有许多复杂的编程的计算,在现实的超声波的测距的计算之中,超声波的测距编制程序更加的复杂的计算,也是有足够的精确的时间进行精确的计算,一般来说,设计的主要要求是计算精确的时间,所以我用汇编语言编程。
3.1超声波测距的算法设计
图3-1超声波测距的原理
上图是为了更好的进行展示超声波的测距的原理,在一定的距离处发出超声波测距的信号,当反应的对像被反射出来,都是以这种的响应的方式进行信号的接收,,。
其中X1、X2是超声波信号的接收时间和超声波信号的时间。
l是超声波发生器与反射镜之间的距离。
344(m)的温度为20摄氏度的超声波在空气中的传播速度,具体请参考上述表1-2。
3.2主程序设计
在主要说的程序上面,我们应该主要根据相应的初始环境的变化,我们首先设置定时器进行数据的模式进行计算,在从根据的数据端口进行具体的操作,然后利用车哦声波的电子程序发射出一个相关联信号显示造成一个超声波的脉冲,我们为了避免每一个超额声波的模式进行发射器的传播都是由于传播器的直接接受,将计数器T0种的树(即超声波来回所用的时间)按公式(3-1)计算,即可得到被测物体与超声波发生器时间的距离。
设计时取20℃时的声速为344m/s,则有
L=vΔt/2=(172T/10000)(3-1)
其中:
T。
为计数器T0的计数值。
测出距离后,结果将移十进制BCD码方式送往LED显示约0.5s,然后再发出超声波脉冲重复测量过程。
图3-2所示为主程序流程图。
图3-2主程序流程图
3.3超声波发生子程序和超声波接收中断程序
超声波发生器的作用是通过P1.0端口发送两对超声波脉冲信号(约方博,12us40kHz的频率)的脉冲宽度,而计数器T0的开放时间。
超声波的生成子程序非常简单,但是在运作的时间非常精准,因此我们需要使用汇编语言编程。
在外部超声波测距程序中断在检测时返回的信号,假如我们收到两个传送信号,我们的传送系统程序就会立即被中断,当程序后纵断以后,我们应该立即停止定时器,随后和测量的成功分配到1字任务。
如果定时器溢出也是超声回波信号的检测,然后定时器T0的溢出中断将通过0关中断,而且字分配2测量的成功,为了说明这个距离是不成功的。
程序的具体框图可以在附录中看到。
3.4报警电路程序设计
本质上,报警电路的设计方式非常简单,需要统计值报警最小距离,然后嵌套在程序中,在T0的计数低于特定数值就会出现报警声,之后显示程序,一直到程序运作完成;或高于特定数值持续显示程序,一直到程序结束,完成一个测试过程。
图3-3超声波测距系统软件设计
4调试及性能分析
4.1硬件调试
发送端扩大以及超声波接收器的生产,硬件使用WAVE6000/仿真调试,且检测无短路000数字电压表、焊接以及众多端口,一般公开参数。
电路明确并非简单的问题,一般调节的地方就是接收电容的电路电容,来调节电阻电容的参数到合适的区间,接收效果明显提升。
4.2软件调试
在WAVE编译器和WAVE6000/S仿真器仿真下进行软件调试。
采用WAVE编译时设置一个断点,每个功能调试,结合实践教学的仿真调试硬件模拟器。
软件调试过程中的问题离测量不远。
主要原因是,传输频率,经过数次明确最佳次数。
发送次数多,依照上述影响,测量距离。
定时器1控制发送是超声波传输时间。
定时器1定时需要确定合适的数值,假如在短期内发送,也不利于接收。
4.3测试结果与分析
硬件测试过程中通过众多测试其可以检测的最远且平稳的长度是426cm,最大误差低于1cm。
因为地区限制,我们会受到外部影响。
各距离段测量结论为下表1内容。
误差源自声速和温度情况,假如测距精度标准严苛,就需要利于温度补偿方式进行改正。
表4-1实际测试数据记录
实际值(cm)
41.8
49.8
70.6
80
98.8
124.7
144
169.4
196.7
222.6
测量值(cm)
42
50
71
80
100
125
144
170
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