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汽车防碾压传感系统设计 
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              汽车防碾压传感系统设计

摘  要
 
随着汽车工业的飞速发展,汽车的数量在大副攀升。由于而产生的问题也日益突出,安全就成为人们最为担心的问题之一,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碾压预警系统势在必行,热释电测距法是最常见的一种距离测距方法,本文介绍的就是利用热释电测距法设计的一种防碾压报警系统。
论文的内容是基于AT89C51单片机防碾压系统的设计,主要是利用热释电的特点和优势,将热释电测距系统和AT89C51单片机结合于一体,设计出一种基于AT89C51单片机的防碾压报警系统。该系统采用软、硬件结合的方法,具有模块化和多用化的特点。
论文概述了热释电检测的发展及基本原理,阐述了热释电传感器的原理及特性。对于系统的一些主要参数进行了讨论,并且在介绍热释电测距系统功能的基础上,提出了系统的总体构成。通过多种发射接收电路设计方案比较,得出了最佳设计方案,并对系统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍,并阐述了它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构,通过编程来实现系统功能。最后,通过对系统的误差分析,给出了系统的改进方案。
 
关键字:单片机  热释电测距  防碾压报警
 
 
 
Abstract
With the rapid development of the automobile industry, the number of cars has climbed. Because of the growing problem, security has become one of the most concerned problems. In this case, it is imperative to design a fast response, high reliability and more economical automobile anti rolling warning system. The pyroelectric distance measuring method is the most common distance measuring method. This paper introduces the use of the method. An anti rolling alarm system designed by pyroelectric ranging method.
The content of the paper is based on the design of the AT89C51 single chip microcomputer control system, mainly using the characteristics and advantages of pyroelectric, combining the pyroelectric distance measuring system with the AT89C51 single chip, and designing an anti rolling and pressing alarm system based on AT89C51 single chip. The system adopts the method of combining software and hardware, and has the characteristics of modularization and multipurpose.
This paper summarizes the development and basic principles of pyroelectric detection, and expounds the principle and characteristics of pyroelectric sensor. The main parameters of the system are discussed, and the overall structure of the system is presented based on the introduction of the function of the pyroelectric ranging system. Through the comparison of the design schemes of various transmitting and receiving circuits, the optimum design scheme is obtained, and the principle of each design unit of the system is introduced. The chips that make up the system circuits are introduced, and their working principles are expounded. The paper introduces the software structure of the system and realizes the system function by programming. Finally, through the error analysis of the system, the improvement plan of the system is given.
 
Key words: single chip microcomputer pyroelectric distance measuring, anti rolling alarm
 
 
 
 
 
目录
摘  要 I
第1章 绪论 2
第2章 热释电测距原理设计 5
2.1 热释电传感器 5
2.2热释电传感器的原理与特性 5
2.2.1 传播速度 6
2.2.2 反射与折射现象 6
2.2.3传播中的衰减 6
2.3热释电的发射和接收 7
2.4热释电在检测中的应用 8
2.4.1超声探伤 9
2.5热释电测距的原理及实现 11
第3章 单片机热释电测距构想 13
3.1热释电测距系统的总体方案 13
3.2系统主要参数考虑 15
3.2.1传感器的指向角θ 15
3.2.2测距仪的工作频率 15
3.2.3声速 16
3.2.4发射脉冲宽度 16
3.2.5测量盲区 17
第4章 单片机各组成单元设计 19
4.1 发射与接受电路的设计方案 19
4.1.1热释电发射电路设计 19
4.1.2热释电接收电路设计 20
4.2系统显示报警单元方案设计 21
4.2.1系统显示电路设计 21
4.2.2系统报警电路设计 23
4.3单片机复位电路 23
4.4时钟电路 24
第5章 系统硬件及软件实现 26
5.1单片机硬件介绍 26
5.1.1单片机AT89C51介绍 26
5.1.2 8155芯片介绍 29
5.1.3 74LS244芯片介绍 31
5.1.4 74LS06芯片介绍 32
5.1.5 CX20106A芯片介绍 33
5.1.6探头UCM介绍 35
5.2系统软件结构 35
5.2.1主程序 36
5.2.2显示子程序和蜂鸣报警子程序 39
5.3 WIFI无线数据传输子程序设计 41
第6章 系统误差分析及改进 44
6.1误差产生原因分析 44
6.1.1温度对热释电声速的影响 44
6.1.2回波检测对时间测量的影响 45
6.1.3超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响 45
6.2针对误差产生原因的系统改进方案 46
参考文献 47
 
 
第1章 绪论
随着汽车工业的飞速发展,汽车的数量在大副攀升。由于而产生的问题也日益突出,安全就成为人们最为担心的问题之一,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碾压预警系统势在必行,热释电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碾压的近距离,低速状况,以及在汽车防碾压报警系统中,热释电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。热释电测距即是利用其反射特性,当车辆后退时,热释电距离传感器利用热释电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。
热释电检测发展综述
高速度,高效率是现代工业的标志,而这是建立在高质量的基础之上的。设计和工艺人员理应了解:非均一的组织结构,随机出现的微观,宏观缺陷,常常可以有时甚至是只能依靠无损检测技术的运用方可予以发现,评价。当然,这与数十年来多方的重视和广大从业人员的艰辛努力,使无损检测技术在这方面已具有一定的能力有关。现在,在工业发达国家,无损检测在产品的设计,研制,使用部门已被卓有成效的运用,1981 年美国前总统里根在给美国无损检测学会成立 40 周年大会的贺信中就说过:“你们能够给飞机和空间飞行器,发电厂,船舶,汽车和建筑物等带来更大程度的可靠性。没有无损检测,我们就不可能享有目前在这些领域和其他领域的领先地位。”无损检测正在以迅猛之势向纵深发展,客观的需要毕竟是一种专业可以发展的最大动力。
我国无损检测技术是从无到有,从低级阶段逐渐发展到应用普及的现阶段水平。热释电检测仪器的研制生产,也大致按此规律发展变化。
五十年代,我国开始从国外引进热释电仪器,多是笨重的电子管式仪器。如英国的 UCT-2 热释电检测仪,重达 24Kg,各单位积极开展试验研究工作,在一些工程检测中取得了较好的效果。
五十年代末六十年代初,国内科研单位进口了波兰产超声仪,并进行仿制生产。随后,上海同济大学研制出 CTS-10 型非金属超声检测仪,也是电子管式,仪器重约20Hg。该仪器性能稳定,波形清晰。但当时这种仪器只有个别科研单位使用,建工部门使用不多。直至七十年代中期,因无损检测技术仍处于试验阶段,未推广普及,所以仪器没有多大发展,仍使用电子管式的 UCT-2,CTS-10 型仪器。
热释电检测技术是我国重点发展和推广的新技术,其具有高精度,无损,非接触等优点。目前,已经广泛地应用在机械制造,电子冶金,航海,宇航,石油化工,交通等工业领域。此外,在材料科学,医学,生物科学等领域中也占具重要地位。国外在提高热释电测距方面做了大量研究,国内一些学者也做了相关研究。对热释电测距精度主要取决于所测的热释电传播时间和热释电在介质中的传播速度,二者中以传播时间的精度影响较大,所以大部分文献采用降低传播时间的不确定度来提高测距精度。目前,相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。
 
参考文献
[1]刘传玺,毕训银.自动检测技术[M]. 天津:天津大学出版社,2008.8.
[2]王秋爽,曾昭龙.单片机开发基础与经典设计实例[M]. 北京:机械工业出版社,2008.
[3]沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现[M]. 北京:电子工业出版社,2005.1.
[4]谢敏.单片机应用技术[M]. 北京:机械工业出版社,2008.8.
[5]李小松,田文强.防碾压报警系统的设计[J]. 太原科技大学学报,2011 32(3): 172-176.
[6]李贤丽.一种基于AT89C51单片机的热释电测距仪[P].中国专利:201945686,2011.08.24.
[7]郭清.基于STC89C52的热释电测距防碾压系统设计[J].仪表技术与传感器,2011 6:74-77.
[8]王智勇.基于89S52的热释电测距仪设计[J].科技信息,2011 19:117-118.
[9]李世军,周惠芳,金徐欢.基于单片机的热释电测距仪的研究与设计[J].湖南工程学院学报,2011.6 21(2):13-15.
[10]官国仕,陈劲松.基于单片机的防碾压报警系统设计[J].计算机光盘软件与应用,2010 8:65-84.
 
热释电检测技术作为无损检测技术的重要手段之一,在其发展过程中起着重要的作用,它提供了评价固体材料的微观组织及相关力学性能、检测其微观和宏观不连续性的有效通用方法。由于其信号的高频特性,热释电检测早期仅使用模拟量信号的分析,大部分检测设备仅有A扫描形式,需要通过有经验的无损检测人员对信号进行人工分析才能得出正确的结论,对检测和分析人员的要求较高,因此,人为因素对检测的结果影响较大,波形也不易记录和保存,不适宜完成自动化检测。
 
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