交通运输-低能见度下汽车防撞预警系统设计毕业设计(论文).doc
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1、毕业设计(论文)题 目低能见度下汽车防撞预警系统设计 系 (院)飞行学院专 业交通运输班 级2010级1班学生姓名李宁学 号1014190429指导教师袁伟职 称 讲师二一四年六月二十日独 创 声 明本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文),是本人在指导老师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本设计(论文)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 20 年 月 日 毕业设计(论文)使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、
2、保存、使用毕业设计(论文)的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版,同意学校保存学位论文的印刷本和电子版,或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计(论文);同意学校在不以营利为目的的前提下,建立目录检索与阅览服务系统,公布设计(论文)的部分或全部内容,允许他人依法合理使用。(保密论文在解密后遵守此规定)作者签名: 20 年 月 日滨州学院本科毕业设计(论文)低能见度下汽车防撞预警系统设计摘要在日常生活中,汽车已成为大多数人出行的代步工具,但是随着环境污染的加重,在出行路上时常会出现大雾天气,从而引发一次次的车祸,给人们的生产生活带来极大危害,所以给汽车安装用于在各种低能见度下起
3、到防撞预警作用的设备是十分必要的。本文制作了一款基于单片机的低能见度下汽车防撞系统。本设计采用AT89S52单片机作为低能见度下汽车防撞系统的控制核心芯片,对于行驶中汽车前后距离使用超声波传感器采集,经过微处理器进行数据处理,输出控制信号传达到各个模块,从而实现防撞提醒,达到驾驶员在低能见度下汽车安全距离预警的目的。本系统主要包括6组功能模块,分为主控制器模块、电源模块、数字显示模块、超声波模块、告警模块和按键模块。测试表明:本设计制作的低能见度下汽车防撞预警系统能检测汽车前后10米,角度为90度扇形区域的障碍物,本系统设计简单,体积小,使用方法简便,安全可靠,可用于各种类型的汽车。关键词:单
4、片机;防撞;预警;超声波IDesign of Automotive Collision Avoidance System under Low VisibilityAbstractIn daily life, cars have become the most people traveling transport, but as the environmental pollution is aggravating, There will be often a heavy fog weather on the way to travel, causing traffic accident, and
5、 bring great harm to peoples property and life, so the car used for installation in a variety of collision avoidance warning effect under low visibility of equipment is very necessary.This paper made a micro controller based on low visibility of automobile collision avoidance system. This design use
6、s AT89S52 micro controller as the core control chip low visibility for automobile collision avoidance system. Used for driving the car, measuring distance before and after ultrasonic sensors, through the microprocessor for data processing, the output control signals to the various modules, so as to
7、realize collision warning, reach the driver in the purpose of auto safety under low visibility distance warning. The system consists of 6 groups of function module, the main controller module, power supply module, display module, ultrasonic module, alarm module and a key module. The test showed that
8、: the design of vehicle collision avoidance warning system can detect the vehicle before and after the 10 meters, 90 degree angle for the obstacle sector; The system design is simple, small volume, use method is simple, safe and reliable, can be used for various types of vehicles. Key words:MCU; Ant
9、i-collision; Early warning; Ultrasonic目 录摘要IAbstractII目录II第一章 绪 论11.1 研究目的11.2 国内外研究现状11.3 研究的主要内容和目标2第二章 总体设计方案32.1 硬件框图32.2控制模块32.3超声波模块42.4数字显示及按键模块5第三章 硬件系统设计73.1核心控制模块73.2 超声波模块73.3 数字显示及按键模块113.4 报警模块133.5 系统综合电路13第四章 系统软件设计及程序154.1系统工作总流程图154.2 超声波模块程序流程图164.3 报警模块程序流程图17第五章 系统测试与改进185.1系统测试分
10、析195.2 系统改进思路21第六章 结 论23参考文献24谢辞25附录26IV第一章 绪 论1.1 研究目的 在日常生活中,汽车已成为大多数人出行的代步工具,但是随着环境污染的加重,在出行路上时常会出现大雾等低能见度天气,从而引发一次次的车祸。为了避免这一幕幕惨剧,给汽车安装用于在各种低能见度下起到防撞预警作用的设备是十分必要的1。车载防撞系统可以在司机看不清前方路况,即将发生危险的时候提醒驾驶员,可以达到视觉增强的效果。1.2 国内外研究现状 为了在各种能见度低的环境下保证驾驶员行车安全,目前已有多种微波雷达汽车防撞器在国内外得以应用,一般的微波雷达远距离测试时受环境的影响较大,而且这种微
11、波雷达汽车防撞器一般只能探测前方车辆, 无法检测后方行驶的车辆,也不能对后方车辆发出可能相撞的危险警告,并且价格昂贵,仅在高档汽车中使用,安装技术要求较高,使用效果不好,无法大量推广普及。目前正在使用的几种防撞系统有超声波防撞系统,雷达防撞系统,激光防撞系统,红外感应防撞系统等,下面分别对其进行介绍。1.2.1.最简易的系统超声波 超声波系统的工作原理是:第一步发射器会发出脉冲,之后会给测量逻辑电路提供一个短脉冲,接下来再由信号处理装置对信号进行处理,就可以得出汽车前后的车距了。尽管超声波系统整体原理简单、生产价格低、制作工序比较容易,但是当前大部分使用中的超声波系统的检测角度小,精度低,而且
12、不能检测来自汽车后方的危险2。1.2.2.最“专一”的系统雷达雷达的工作原理是发射一束电磁波来检测前方有无车辆,从而来不断检测计算前方车辆的速度和距离,经过运算得出是否会有危险发生。雷达探测稳定性较高,而且障碍的物形状和颜色的影响对其影响较小,测量时间和测量距离都比较准确。但是它非常敏感,容易受到干扰,制作成本高是它的另一不足,在实际应用中很难会有较大的发展。1.2.3.最“挑剔”的系统激光在现实生活中激光测距系统应用较多的是非成像式激光雷达和成像式激光雷达。激光汽车防撞预警系统是一种光子雷达系统,本系统的优点是测时短、测程远、精度高,已经应用到了很多领域3。但是要想应用到汽车防撞系统中,激光
13、还不太成熟,另外雾天当中激光对人的伤害比较大,特别是伤害人的眼睛,而且激光系统的设计占地较大,在较小空间的车辆中安装不便。1.2.4.最“通吃”的系统红外线感应红外线利用热成像原理,该系统的优点是利用感热而非感光的原理,让这个系统在各种低能见度等恶劣环境下仍可以使用,解决了前几种系统都会遇到的困难。在几种高端品牌的相关车型上,此系统亦有较广泛的应用,其缺点是对技术要求较高。1.3 研究的主要内容和目标以AT89S52单片机作为低能见度下汽车防撞预警系统的核心控制器,首先用传感器采集前后车辆距离数据,之后将采集到的数据输入单片机进行进一步的处理,利用单片机控制各个模块实现自动测距,信号传输,发出
14、报警信号和声音提示的功能,力求系统完成之后具有集成化高,结构小巧,操作简单的特点4。设计思路大体为:第一步选择合适的设计方案,第二步进行硬件设计,第三步绘制软件流程图,编写程序代码。第四步制作测试系统进行运行调试。本设计所要达到的预期目标:1.可以在低能见度下测量汽车前后行驶车距;2.可以显示前后车距,判定是否有发生危险的可能性;3.可以对车主发出语音警告;4.可以对后方车辆发出灯光警示信号。第二章总体设计方案2.1 硬件框图如图2.1所示为系统整体构架原理图,在本设计中以AT89S52为核心控制模块,并加入用于检测汽车前后障碍物距离的超声波模块,显示前后距离的LED模块,进行报警提示的报警模
15、块,还有提供稳定电源的电源模块和按键模块。图2.1 防撞预警系统硬件框架图2.2控制模块方案1:控制器采用16位的凌阳单片机,这种单片机具有体积小、驱动能力强、集成度高、方便扩展、可靠性高、低功耗、结构简单、中断处理能力强等特点。但是他也存在一系列的缺点,如操作不宜入手,并且结构复杂,在工作时,资源占用率很大,处理数据的效率低下。方案2:选用PIC单片机,该单片机结构简单,操作简便易学,容易实现。PIC单片机有计算功能和记忆内存像CPU并由软件控制运行。然而,处理能力般,存储器容量也很有限,将它用于此设计中会不能实现该系统的全部功能。方案3:选用AT89S52作为主控制芯片,该芯片存储空间大,
16、下载程序也比较方便,并且能够满足该系统软件的需要,本设计需要两个计数器中断,此芯片可以提供两个,正好足够用于本设计5。在本设计中采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片,从而准确的计算出汽车与前后障碍物之间的距离与时间,容易实现。综合考虑在使用、经济、操作等方面利用AT89S52作为主控制芯片具有较大优势。2.3超声波模块方案1:利用红外线发射仪器进行测距,优点是价格便宜,制作简单,使用安全,缺点是精度较低,距离较近,方向性差;在大自然中红外光分布十分广泛,很容易引起测量误差。现有市场上的红外测距传感器一般的测距范围在20厘米到150厘米左右,只适合近距离进行测距,精度一般在1厘米以上。方
17、案2:利用激光发射器进行激光测距,精确,距离远是激光测距的优点,缺点是需要注意人体安全,并且制作的成本和难度都很大。而且光学系统需要保持干净,否则对测量结果影响很大。本系统的设计实在低能见度下的天气,环境对激光的影响较大方案3:利用超声波进行测距,在比较恶劣的环境下仍可使用,即使传感器上有部分被遮盖,只要没有完全覆盖就可进行以测量,这适合于本设计的使用环境; 测距范围比激光近,比红外远,一般为几厘米到几米,现在已有能测量10米的,精度一般在1厘米,有的达到毫米级.超声波测距的缺点是一定距离内有一定的束角,容易受周围障碍物的影响。综合以上三种方案,从成本和实用性上来选择,超声波测距在本设计应用中
18、为最优方案选择。随着超声波技术的发展,高端的超声波测距模块在精度上已经达到毫米级别,带温度补偿的功能消除了温度的影响,使测量更精确,更稳定。 在设计中对于超声波测距模块的选择使用有两种:第一种:采用HC-SR04超声波测距模块可提供2厘米到400厘米的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到3毫米;该模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。但由于是应用于汽车行驶中的距离测量,所以为了给驾驶者提供足够的反应时间,需要有较长的测量距离,该模块所测量的距离过短,所以不适合本设计。第二种:采用US-020超声波测距模块,它的供电电压为5V,静态功耗低于3mA,并且支持GPIO通信模式6,模块内部附带看门
19、狗系统。US-020超声波测距模块可实现2厘米到700厘米的非接触测距功能,工作稳定可靠。它体积小,重量轻,使用方便,便于组装,可以根据应用场合的不同而改变其外观,广泛应用于多种便携式数字设备。比较两种模块,选取第二种模块US-020超声波测距模块。2.4数字显示及按键模块2.4.1 数字显示模块 方案1:使用点阵显示字符,点阵显示模块是一种能显示图形、字符和汉字显示器件,它的价格低廉、便于控制和实现、使用寿命长,广泛应用于各种公共场合,如机场、街头公告、商业宣传、篮球场馆、马路标语、新闻事件发布、证券交易所等方面。单个LED点阵显示模块一般是由十六个LED发光二极管组成的方阵,有的点阵中的每
20、个发光二极管是由双色发光二极管组成的,又叫做双色LED点阵模块,但点阵模块焊接比较麻烦,制作费时,操作也比较麻烦。 方案2:采用LED数码管制作,以单个发光二极管作为设计的发光单元,颜色有黄,红,绿,蓝等效果。可放在PCB电路板上按绿蓝红顺序呈直线排列,用相关的驱动芯片控制,从而构成各种色彩和图形7。数码管的外壳采用阻燃PC塑料制作,抗冲击,抗老化,强度高,防紫外线,防尘,防潮。LED护栏管具有功耗小,无热量,长寿命等优点,但占用的体积比较大。 方案3:将液晶显示器作为显示模块,该显示器具有功耗小、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等诸多优点,目前在实际生活中大部分显示屏都采用此类设备。液晶显示器
21、具有不同的种类,根据显示内容可以分为字符型液晶和图形液晶;根据显示容量又可以分为单行十六字,两行十六字,两行二十字等等。这里选用在设计中常用的十六字两行的字符型液晶模块的使用方法。这是一种通用模块。与数码管相比该模块有如下优点:第一,显示的位数多,32位的有效显示足以满足此次设计,如果使用32个数码管,那体积就相当庞大了。第二,可实现的显示内容比较丰富,能够显示所有数字和大、小写字母程序简单,如果用数码管动态显示,会耗费很多时间来刷新显示,而使用液晶显示器能自动完成此功能。综上可以看出本次设计选取液晶显示器能够较好的显示出设计中表达的信息,并且操作简单,成本较低。2.4.2 按键模块 方案1:
22、采用8155扩展I/O口及键盘等组成按键模块。该方案的优点是:有多重操作模式,可进行编程并且有存储器及计数器。若用该方案,有较多的I/O口可以提供选择,但操作起来比较繁琐。 方案2:将本模块采用数码管来显示驱动,并且利用键盘扫描管理芯片ZLG7289扩展键盘模块。ZLG7289B采用SPI串行总线与微控制器接口,有专用的命令字符,控制起来不仅简单而且占用少数几根I/O口线,但是本设计中用不到如此多的端口,只需要几个控制端口就足以使用8。方案3:采用单独按键,本设计对按键的要求不高,按键的作用仅是开关电源、调节模式、重启系统。本着简易,低成本的原则选取方案3。第三章 硬件系统设计经过以上方案的论
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