广东省大学生电子设计大赛

广东省大学生电子设计大赛 汽车防撞语音报警系统 学校: 广东工业大学 学院: 信息工程学院 队员:蒙林通 邓功校、姚艺锋、 指导老师: 邓耀华、汤秀春 日期: 2008-09-06 - 1 - 目 录 摘 要..................................................................... 3 第1章 系统功能与 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 ............................................. 4 1.1 系统功能简介 ............................................................................................................................. 4 1.1.1系统功能 ................................................................................................................................ 4 1.1.2实现原理 ................................................................................................................................ 6 1.1.3功能指标 ................................................................................................................................ 6 1.2 系统硬件设计 ............................................................................................................................. 6 1.2.1 系统硬件框图 ................................................................................................................. 6 1.2.2 超声波测距模块 ............................................................................................................. 7 1.2.3 18B20温度测量模块 ...................................................................................................... 8 1.2.4 语音报警模块 ................................................................................................................. 9 1.2.5 液晶显示 ........................................................................................................................... 11 1.3 系统软件设计 ........................................................................................................................... 12 1.3.1 系统软件流程图 ........................................................................................................... 12 1.3.2道路状况检测模块 .............................................................................................................. 13 1.3.3报警模块 .............................................................................................................................. 13 1.3.4液晶显示和键盘操作 .......................................................................................................... 13 1.3.5 18B20温度传感测温校正超声波在不同温度的速度. ...................................................... 13 1.4 系统实物 ................................................................................................................................... 14 第 2 章 系统功能与测试................................................ 16 2.1 测试工具 ........................................................................................................................................ 16 2.2 测试方法与测试数据 .................................................................................................................... 16 2.2.1 系统硬件测试 ................................................................................................................. 16 参考文献................................................................. 22 - 2 - 摘 要 驾驶员注意力不集中是发生交通事故的主要原因之一，如果能在发生满足碰撞条件的时刻之前提醒驾驶员，将能够在大大降低事故的发生率。 本系统为基于AT89S52弹片机的汽车防撞语音报警系统。主要由五个超声波测距模块和语音报警模块组成。对汽车左、右、后、及车底等驾驶员比较难观察到的路面状况进行检测，并在检测到安全威胁存在时发出报警，以防止后车追尾时突然刹车，左、右车道有超车时突然变道等动作发生。倒车时不仅能提示距离障碍物的距离，还能检测到石头、坑洼等威胁。 关键词:防撞 AT89S52弹片机 超声波测距 语音报警 追尾 超车 防突然刹车变道 倒车 - 3 - 第1章 系统功能与方案设计 1.1 系统功能简介 1.1.1系统功能 2.1.2 系统功能特色 系统实现功能如下: 1. 检测左右车道行车情况 当左、右车到有超车情况时，报警系统可以检测到这个情况及时反映给驾驶员，这样可以防止驾驶员突然变道而发生碰撞，如图1，深蓝色区域为超声波测距模块安装位置。 本系统可以在不同情况下提示汽车的左,右两侧,后面,左右后轮下方的情况,同时在多烟雾的天气更是有助于司机注意到车周围的情况,这样的系统减少司机多方位的视觉疲劳. 以下各图，如图1为 | | | | | | | | | | | | | | | | 变道 | | | | | | | | 超车 | | | | | | | | | | | | | | | | 图1 2.检测同车到后方行车情况 当汽车尾部有车靠的太近时，报警系统可以检测到这个情况及时反映给驾驶员，这样可以防止驾驶员突然刹车而发生碰撞，如图2 - 4 - | | | | | | | | | | | | | | | | 急刹| | | | 车 | | | | | | | | | | | | | | | | 追尾 | | | | | | | | | | | | 图2 3.“倒车雷达”功能 如图3，安装在车尾的测距模块可以及时反馈距离障碍物距离，并语音提示给驾驶员，方便驾驶员自如控制车位。 4.路况检测 汽车低部，两后车轮附近装有两个超声波传感器，可对路面的石头、吭洼等威胁进 行检测，并提前报警，如图3。 | | | | 后视图 左视图 | 倒车 | | ------------------------------------------------------------------------------------------| 图3 5.温度校正，系统不受季节影响 温度和声速有直接的关系，随着季节的变化将会给超声波测距模块带来很大影响，为了使系统能在各种气候下能正常工作，通过温度传感器测量外界温度，实时校正声速，以达到减小误差的目的。 6.人性化语音提示 驾驶员开车时需要集中精力看前方，所以我们选择用语音进行提示和报警，同时配合有蜂鸣器和LED警示灯，蜂鸣器随障碍物的越来越靠近其发生频率越来越高，LED能同时指示威胁放生方位。人性化语音报警方式大大提高了驾驶员的效率。 7.键盘输入模式选择和系统设置 每个驾驶员的驾驶技术和精神状态都不相同，所以相对应的报警条件应该不相同，为了使系统尽量适合每个驾驶员，系统可通过键盘输入进行服务绑定和系统设置，可灵活裁减或增加服务项目。 - 5 - 8.液晶显示 大屏幕液晶显示屏提供能详尽的路况信息、系统信息和产品信息，方便驾驶员查阅。 1.1.2实现原理 在车的两侧,后面和左后轮,右后轮都安装超声波，采取温度补偿方法来校验超声波在不同温度下的传输速度，利用超声波测量车与车之间的距离，通过液晶显示，当车距达到预设危险范围，就通过LED指示灯提示，并发出语音提示。 本系统在汽车高速行驶和倒车时采用两种不同模式;模式转换通过按键进行切换;模式一, 汽车高速行驶时,只提示左右两侧和后面的情况;模式二,只提示后面和左右轮下方的情况. 1.1.3功能指标 (1) 温度测量精确到0.1度; (2)后面超声波测量范围达到2m; 左右测量范围达1.5m,左右后轮超声波测量范围0.05m~1m; 车距和方向; (3)LCD显示温度值, (4)语音提示. 1.2 系统硬件设计 1.2.1 系统硬件框图 本方案以AT89S52弹片机为核心，5个超声波测距模块分别探测汽车左、右、后、车底的路面状况。键盘输入可进行普通模式(前进)和倒车两种模式选择;超声波测距模块输入道路信息，18B20温度测量模块输入气温状况，MCU根据温度值实时调整声音速度计算值，以减小因温度变化对系统产生的误差;当检测到有威胁，利用ISD2500语音报警模块进行报警，蜂鸣器配合报警，LED灯做警视灯，12864液晶显示道路状况详细信息，方便司机随时读取。整个硬件电路方框图如图4。 ISD2500语音报警 5个超声波测距测 距模块 锋鸣器 MUC 18B20温度测量模At89s52 块 LED提示灯 键盘输入、模式选12864液晶显示 择 图4 - 6 - 1.2.2 超声波测距模块 一、 超声波测距原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差Δ,，然后求出距离,。在速度,已知的情况下，距离,的计算，公式如下: ,,,Δ,,, 在空气中，常温下超声波的传播速度是,,,米,秒，但其传播速度,易受空气中度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大，如温度每升高,?，声速增温 加约,(,米,秒。因此在测距精度要求很高的情况下，应通过温度补偿的方法对传播速度加以校正。如声速与温度关系如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。 表1 声速与温度关系表: 。 温度( C) -30 -20 -10 0 10 20 30 100 声速(米/秒) 313 319 325 323 338 344 349 386 已知现场环境温度,时，超声波传播速度,的计算公式如下: ,,,,,(,，,(,,,, 这样，只要测得超声波发射和接收回波的时间差Δ,以及现场环境温度,，就可以精确计算出发射点到障碍物之间的距离。 二、 超声波测距模块电路 1、超声波发射电路 图5 - 7 - 主要硬件单元的功能: 单片机 OC1端输出的 40kHz方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极。另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极。用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端 。可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器 R20一方面可以提高反向器74LS04输出高并联。用以提 高驱动能力。上拉电阻 R10、 电平的驱动 能力。另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果 ，缩短其自由振荡的时间。 2 超声波接收电路: 图6 使用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db。7脚引出超声波接收中断信号。 1.2.3 18B20温度测量模块 DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。测温范围:-55 ~+125 ?。固有测温分辨率为0.5 ?。 温度测量模块的硬件电路如图 7 :通过PD5脚对18B20写命令可以完成表的控制。 - 8 - 图7 DS18B20的控制命令 表2 指令 代码 操作 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 温度转换 44H 开始启动DS18B20温度转 换 读ROM 33H 读ROM内容 匹配ROM 55H 对指定器件操作 跳过 CCH 跳过器件识别 读暂存器 BEH 读暂存器内容 写暂存器 4EH 将数据写入暂存器的TH、 TL字节 复制暂存器 48H 吧暂存器的TH、TL字节 写到E2RAM中 重新调用 B8H 把E2RAM中的TH、TL字 节写到暂存器TH、TL字 节 1.2.4 语音报警模块 ISD25120能自然地再现语音，音乐和效果声。ISD25120内部的EEPROM存储单元均匀分为1200行，有1024个地址单元，每个地址单元指向其中一行，每个地址单元分辨率为100ms，录音时间可达120s。 当ISD25120地址/模式输入端的最高两位A8，A9均为高电平时，A0~A6便作为工作模式位使用，决定芯片的工作模式。ISD25120共有7种工作模式，分别对应引脚M0~M6。表3 列出了芯片的7种工作模式及其典型应用和组合使用的模式。 表3 ISD25120的工作模式 - 9 - 模式 功能 典型应用 组合使用模式 M0 信息检索 快进通过信息 M4,M5,M6 M1 删除EOM 在最后一条信息M3,M4,M5,M6 结束处放EOM M2 未用 保留 N/A M3 循环 从0地址连续放M1,M5,M6 音 M4 连续寻址 录/放连续的多段M0,M1,M5 信息 M5 CE电平有效 允许暂停 M0,M1,M3,M4 M6 按键模式 简化外围电路 M0,M1,M3 在M6模式下，芯片的部分引脚具有第二功能，如表4所示。 表4 M6模式下的第二功能 引脚名称 M6模式下的第二功能 CE 开始/暂停按钮，负脉冲有效 PD 停止/复位按钮，正脉冲有效 EOM 操作指示输出 图8 - 10 - 如图8语音模块的接口解释: AT89S52的PA0~PA4分别对应接语音芯片的A0，A6，PR，PD和CE。 预先在M6模式下，分段录好要播放的语音报警语句;当超声波检测到有车辆进入预设的危险距离范围内时，就根据不同的方位，调用相应的段的语音报警语句进行播放，从而达到安全提示。 1.2.5 液晶显示 如图9，为液晶显示电路，AT89S52单片机的PC5、PC6、PC7做LCD12864的控 制线，PA0~PA7做数据传输线 图9 - 11 - 1.3 系统软件设计 1.3.1 系统软件流程图 开始 初始化液晶初始化语音 显示器 提示模块 按键判断 车前进模式 车后退模式 中断温度检证超声温度检证超声中断处理 波速度 波速度 处理 显示温度度 显示温度度 显示距离 显示距离 注意文字 注意文字 显示安全信显示安全信语音提示 语音提示 息, 息, 循环前面程序 图10 - 12 - 1.3.2道路状况检测模块 A(当提示系统为前进模式时.此时系统将开启左,右,后的超声流检测,不断地测这三个方位的距离,使司机轻松地知道周围的行车环境. B(当提示系统为后退模式时.系统开启后,左后轮,右后轮的超声波检测,不断地测这三个方位.当后方测到一定的近距离将发出提示音.左右后轮检测石头或泥坑.使目不可达的地方也能让司机知道. 1.3.3报警模块 这个模块程序主要是用来提示司机汽车的周围的坏境,此模块的程序主是包括,语 语段的索取,语段的播放. 音芯片的初始化, 主要是如下函数名: void ISD_init(void) ; void seek_play(unsigned char s ); void play(void); void seek_play(unsigned char s); 1.3.4液晶显示和键盘操作 液晶显示采用LCD128*64规格.程序主要有液显初始化.数据写入.指令写入.显示数据. 主要为: void init(void) ; void write_date(uchar date) ; void write_com(uchar com); void dis_distance(uint add,uint date); 键盘程序很简单:本系统采用5键设置方法char gotkey(); 主要布局如图11: 前加 前减 确定 后加 后减 图11 1.3.5 18B20温度传感测温校正超声波在不同温度的速度. 18B20温度传感的程序时序要求高点.主要包括.温度读取,温度显示程序; 主要函数: read_temp()/*读取温度值并转换*/ - 13 - void ds1820disp()//温度值显示 校正超声波公式: V=331.5+0.607*T; 1.4 系统实物 图12 - 14 - 图13 - 15 - 图14 第 2 章 系统功能与测试 2.1 测试工具 PC机、液晶显示器、万用表、卷尺、示波器、KT板、空调室，温度计。 2.2 测试方法与测试数据 2.2.1 系统硬件测试 一、温度传感模块测试: 测试方法: 在一间空调室里面，改变室温，用温度计和我们的温度传感器同时进行温度测量 - 16 - 表5 测试数据: 16.5 18.9 20.8 22.4 23.6 24.5 28.6 29.5 31.5 32.8 室温 (`C) 16.6 18.8 20.7 22.3 23.5 24.5 28.5 29.5 31.7 32.7 测得 (`C) 结果分析:温度传感模块的测量误差在?0.1度，精度为0.1度。 二、超声波测距模块测试: 测试一 测试方法: 单片机发送40KHZ时钟源给超声波发射器，将一物体挡在收发器前，用示波器查看CX20106A的7脚有无信号产生。改变距离，测出超声波测距模块的测距范围。同时用卷尺测量障碍物的实际距离。 表6 测试数据: 实际距离2.0 4.0 8.7 22.1 54.6 112.0 154.3 185.4 197.5 213.4 224.5 /cm 测得距离4.5 4.5 9.0 22.1 54.5 112.2 154.1 185.1 197.3 213.1 213.0 /cm 测试结果:能准确测距范围大约在4.5cm到213.0cm之间，测量误差为?1cm 测试二 测试方法: 在一间空调室里面，改变室温，测量在不同温度情况下超声波测距模块的测量精度。实际距离为1米。 表7测试数据: 16.5 18.9 20.8 22.4 23.6 24.5 28.6 29.5 31.5 32.8 室温(`C) 0.998 0.997 0.998 1.005 1.002 1.006 1.004 0.995 0.996 0.998 测量值 (m) 结果分析:测量误差在?0.01米。 - 17 - 三、道路状况检测模块 (一).当车进入模式1时(前进模式),当距离S (S<1000mm)时,提示系统将提示司机 左右方向距离. 当距离S (S<1100mm)时,提示系统将提示司机后方向距离. 同时有语音提示和注晶显示出当将距离,和要注意方向的警示. 当S<1000mm时,提示结果为”请注意左方” 如图2-1: 测试左方向的时候, 图2-1 当S>1000mm时,提示结果为”车距匀安全” 如图2-2 测试左方向的时候, 图2-2 测试右方向的时候,当S<1000mm时,提示结果为”请注意右方” 如图2-3 - 18 - 图2-3 测试右方向的时候,当S>1000mm时,提示结果为”车距匀安全” 如图2-4 图2-4 测试后方向的时候,当S<1100mm时,提示结果为”请注意后方!!” 如图2-5 - 19 - 图2-5 图2-6 (二).当进入模式2(后退模式)时,提示系统启动左后轮,右后轮,后方车距检测.各部分测试结果如下: A. 测试左后轮方向的时候,当S<600mm或S>800mm时,提示结果为”请注意左后轮!!” 如图2-7和图2-8 图2-7 - 20 - 图2-8 B. 测试右后轮方向的时候,当S<600mm或S>800mm时,提示结果为”请注意右后 轮!!” 如图2-9和图2-10 图2-9 - 21 - 图2-10 模式2的安全提示匀如下图2-11 .: 以上结匀是通过实际方式测出来的结果,测试结果符合汽车要求 参考文献 1 张军. AVR单片机应用系统开发典型实例. 北京:中国电力出版社.2005 2 戴佳. 戴卫恒. 51单片机C语言应用程序设计实例精讲. 北京:电子工业出版社. 2006 3 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛--系统设计. 北京:北京航空航天大学出版社. 2006 4 郁文工作室编写..单片机嵌入式C语言开发实例. 人民邮电出版社 - 22 -