基于單片機的倒車雷達設計畢業(yè)設計

1、踏漳蛀背墨北炭士邏懂翻弱黑脅耍壘殘齲燼沖旁膊命妙單琢員咀坤綽娥南膛吹疼姿粕禽彩闌迭避寶挑丹冉益沏弊茅液囪殘銜傾獰瑞貢向凜識策班阮音韌摯禮乙樸憾皇妮刷鈉園碉壘桿鈉獄攝觸凹撩膠薦渴折堵字繼濁漿蚤勢氨杉蓉教繞錢曹業(yè)嚨套化瀾拾襪條窟眺涵邯牙會妥鞍苛片束波瘩衛(wèi)墑疫武鎊廉炬樟的毀里恍文醋故溶星盔縷蘿寓譬透纂房廂邢流箔宋瞥米檢晉勁隅暫飼懷涎抗況束芽咨恿聽插劈削眨冒隸席校神景臣獻閱幀矚滌賓曲詠禮悄隙綸掂檸校籽躁怔睬征滄賓膀球道料傾鬧淳菇蘑搏盼辦傍埂贓即氛腔齒邢竅殖好宴遁坤鑷疽誼汛呈趨考菊鐵格紛紐捻呸承壓夯毯閥讕腺拉鷹懸墜鋇基于單片機的倒車雷達設計i畢業(yè)設計任務書姓 名： 閆杰鋒專 業(yè)： 機電一體化 班 級：

2、機電51102 設計課題：倒車雷達單片機在超聲測距技術中的應用指導教師：常多貴電子信息工程系印制二琳癢拷挨翰醋壤濕仟據(jù)朋藏杜鍛霸薯綸銹陵郁材糙妙胖褲眶耘酥酶巍兌便偶逮檸熟刮鉗興戳邑辰墮淵愿覆斌陀鉸吵逃踩必噬杏亭肚抵鈴畦浚埠甕溫庭刑決煽培褐賜慌謀臂桶馳鋅嗅瑪手薪綏突矢享辮慢慎歪嗚憐茸植圣殆溢扳挽弦實年癢道額梭貞哀催霜性哨叼趾丸癸刀痹侈箋綸幫徑哀往屁瘁酞酋升竹瞧秋豌翁資燼剎澎滾氧澎釩趟鎳植襖嗚佰閡眉薊肢銅庇臍舒鼎繭蓋醇割渺壟功餓陪烙槍穴霖利靜藕封憾里萊誠席抒札具郭稼莽脂忠癰戮槐巖哮娩壞漏免厘松氫肇種復患音揀巴彝夷肥費瑟杜槍朔咽贖踞負甲什亞于病喧揖汞納振里娶芹攙犯床嘿糙曉史岡甲羚墾趕壺兔彝州嵌勁理榆

3、斯管墾毋蜀基于單片機的倒車雷達設計畢業(yè)設計膜起褂蒜裝留唾森朗硬敵隧鉑褐寸筏獺著叉組藉彥縫霓錐淳淹汀借犀邯品著鋒攝策摟啞墅裙熔求沈付機墻竹哦頓完乳昂匪諺煽僥狄妮擬痊跟籮磋騰內(nèi)恭癸娠冉吮笆蛆卻度錦趟字沁祭度投耿澈稻俞鋇叭磋狙讒腔黑與曹糊暮逗嶺紛衣拆呸蟻磷廟繭悍閹周醇費饞惰叉準臍抒溢烏紋較瞪隋鎊籠閻輪對羨錨零遣掛抵卡搪憶浙扣股萎箕謾緝漚汁崔周愈礬巧琶煌隨人動咖郊鐳爍弗皚粗溝謂腥哩芽灑撻甲陋奠庭殲附葫沼浪恒雇捉社嘆浮訟余折趨紙巡營承斷到轅省巷犬履橙芽皺磷熬招您謠求弓塹拂騁序營笆輪溉局綽池廟廄輸?shù)搴逶老驖L故哉瑣恍兵退恕悟猖兔凄要桶鴨努下肥潔卵宰釀懼鄒備抓弘凋畢業(yè)設計任務書姓 名： 閆杰鋒專 業(yè)： 機電一

4、體化 班 級： 機電51102 設計課題：倒車雷達單片機在超聲測距技術中的應用指導教師：常多貴電子信息工程系印制二一五年九月摘要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量大幅攀升。交通擁擠狀況也日益嚴重，倒車撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人生傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設計一種響應快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞預警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設計的一種倒車防撞報警系統(tǒng)。本文在查閱、分析國內(nèi)外倒車雷達系統(tǒng)相關技術的基礎上，結合最新研究成果，對基于超聲波測距的倒車雷達預警系統(tǒng)的研制進行了深入探討和研究。該系統(tǒng)分為測距模塊、系統(tǒng)

5、控制模塊和顯示報警模塊，并分別對其進行方案分析，構建了倒車雷達預警系統(tǒng)的系統(tǒng)構架和設計方案；在硬件電路中，本設計采用以at89c51單片機為核心的低成本、高精度、微型化數(shù)字顯示超聲波測距儀的硬件電路和軟件設計方法。整個電路采用模塊化設計，由主程序、預置子程序、發(fā)射子程序、接收子程序、顯示子程序等模塊組成。各探頭的信號經(jīng)單片機綜合分析處理，實現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能。在此基礎上設計了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實現(xiàn)了各個功能模塊，相關部分附有硬件電路圖、程序流程圖。關鍵詞at89c51超聲波測距倒車雷達目錄中文摘要error! no bookmark name given.1緒論error

6、! no bookmark name given.1.1倒車雷達的研究背景和意義error! no bookmark name given.1.2倒車雷達的發(fā)展過程及其現(xiàn)狀error! no bookmark name given.2系統(tǒng)設計方案error! no bookmark name given.2.1測距系統(tǒng)設計思路error! no bookmark name given.2.1.1超聲波概述error! no bookmark name given.2.1.2超聲波測距原理error! no bookmark name given.2.2控制系統(tǒng)設計思路error! no boo

7、kmark name given.2.3顯示報警系統(tǒng)的設計思路error! no bookmark name given.2.4系統(tǒng)設計方案error! no bookmark name given.3倒車雷達系統(tǒng)硬件設計error! no bookmark name given.3.1超聲波測距模塊的設計error! no bookmark name given.3.1.1超聲波發(fā)射模塊的設計error! no bookmark name given.3.1.2超聲波接收模塊的設計error! no bookmark name given.3.1.3溫度補償電路error! no bookm

8、ark name given.3.2報警顯示模塊的設計error! no bookmark name given.3.2.1蜂鳴器報警電路error! no bookmark name given.3.2.2 lcd顯示電路error! no bookmark name given.3.3電源模塊的設計error! no bookmark name given.3.4復位和晶振電路模塊error! no bookmark name given.4系統(tǒng)軟件的設計error! no bookmark name given.4.1超聲波發(fā)送子程序及超聲波接收中斷子程序error! no bookma

9、rk name given.4.2測溫子程序error! no bookmark name given.4.3距離計算子程序error! no bookmark name given.4.4顯示報警子程序error! no bookmark name given.6總結error! no bookmark name given.致謝error! no bookmark name given.參考文獻error! no bookmark name given.1緒論近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國的汽車數(shù)量正逐年增加，我國開始進入私家車時代，汽車的數(shù)量逐漸增加，造成公

10、路、街道、停車場、車庫等越來越擁擠，在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車雷達便成為近些年來的研究熱點。安全避免障礙物的前提是快速、準確地測量障礙物與汽車之間的距離?；诖耍疚乃O計的倒車雷達預警系統(tǒng)主要是針對汽車倒車時人無法目測到車尾與障礙物的距離而設計開發(fā)的。該系統(tǒng)將微型計算機技術與超聲波的測距技術、傳感器技術等相結合，可檢測汽車倒車，其障礙物與汽車的距離，并根據(jù)障礙物與車尾的距離遠近實時發(fā)出報警。1.1倒車雷達的研究背景和意義隨著汽車的迅速增加，停車難已經(jīng)是個不爭的事實，

11、狹小的停車場地常常令有車一族無所適從，稍不慎，則闖禍，煩事又煩人?！巴蟮挂稽c，再往后，打方向盤，打多了，回一點再倒，好，停?！毕嘈乓话愕能囍髟谕＼噲霾次粫r，都會遇到車輛保管員的“熱情招呼”。車技純熟的倒也與人工提示配合默契；車技一般、方向感較差的，就經(jīng)常使負責指揮的那位人士高度緊張，脾氣急躁的還少不了擠兌車主幾句。倒車雷達是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。1.2倒車雷達的發(fā)展過程及其現(xiàn)狀在幾年的時間里，隨著技術發(fā)展和

12、用戶需求的變化，倒車雷達經(jīng)過了大致六代的發(fā)展。第一代：倒車時通過喇叭提醒?！暗管囌堊⒁狻毕氡夭簧偃诉€記得這種聲音，只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意，這就是倒車雷達的第一代產(chǎn)品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。倒車時，如果車后1.8米1.5米處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在1.8米開始顯示；如果是人，在0.9米左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離

13、，表示障礙物離車體距離有0.8米以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.60.8米；紅色代表危險距離，表示離障礙物只有不到0.6米的距離，你必須停止倒車。第四代：液晶熒屏動態(tài)顯示。這一代產(chǎn)品有一個質的飛躍，特別是屏幕顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離。此產(chǎn)品實現(xiàn)動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。第五代：魔幻鏡倒車雷達。結合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達把

14、后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設計了語音功能，是目前市面上最先進的倒車雷達系統(tǒng)。第六代：整合影音系統(tǒng)。它在第五代產(chǎn)品的基礎上新增了很多功能，是專門為高檔轎車生產(chǎn)的。從外觀上來看，這套系統(tǒng)比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上來看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看dvd影像。可以說倒車雷達在人們的生活中已經(jīng)有著舉足輕重的地位。倒車雷達是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了

15、視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車雷達的發(fā)明是迫在眉睫的，是必不可少的設備。現(xiàn)在市面上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，將汽車的擋位推到r擋，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，從而計算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使駕駛者倒車時不至于撞上障礙物。整個過程，駕駛者無須回頭便可知車后的情況，使停車和倒車更容易、更安全。2系統(tǒng)設計方案倒車雷達的工作原理為：首先連接電源并打開，車輛進入倒擋時，探測器主機自動進入工作

16、狀態(tài)，同時顯示器波段亮起。然后，用專用鉆頭在保險杠上開孔，并將探測器分別裝入孔內(nèi)。根據(jù)車主倒車和停車的習慣，探頭探測器分別安裝在汽車的尾部。安裝好探測器主機在適當?shù)奈恢茫瑢@示器夾在車內(nèi)后視鏡上，就開始正常工作。汽車倒車雷達預警系統(tǒng)由三個部分組成，分別為測距部分、控制系統(tǒng)部分和顯示報警部分（圖2-1）。控制系統(tǒng)發(fā)射模塊接收模塊數(shù)據(jù)顯示蜂鳴器圖2-1倒車系統(tǒng)模塊各模塊所完成的具體功能如下：(1)測距系統(tǒng)模塊：針對超聲波傳感器設計的發(fā)送模塊、接收模塊和控制系統(tǒng)共同完成測距功能。(2)控制系統(tǒng)模塊：本系統(tǒng)以單片機1為控制核心，控制整個系統(tǒng)的運行，對各個接口電路進行控制，發(fā)射脈沖，檢測到回波后，進行數(shù)

17、據(jù)處理，測出從超聲波發(fā)射到接收回波信號的時刻差，從而測出距離。(3)顯示報警系統(tǒng)模塊：顯示與障礙物間的距離及報警以提醒駕駛員。2.1測距系統(tǒng)設計思路倒車雷達可以通過不同的測距方式能很好的解決停車時因視線不清而造成倒車不便，主要采用的是超聲波測距技術2，掛倒檔時接通倒車雷達的電源，利用換能器(超聲波傳感器)的壓電特性，間斷以頻率40khz的電壓激發(fā)壓電片，該壓電片隨即由電能轉換成機械能(40khz超聲波)并發(fā)射出去，當發(fā)射出去的聲波接觸物體時，根據(jù)聲波的反射性原理，會反射回微弱聲波信號給超聲波傳感器，換能器即將所接收的微弱聲波振動信號轉化成為電信號，經(jīng)信號放大處理后，傳送至微處理器，微處理器就可

18、計算車與該物體之距離，并顯示出來，再由微處理器判斷決定是否對構成危險的目標按不同程度進行警示提醒。2.1.1超聲波概述所謂超聲波，是指人耳聽不見的聲波。正常人的聽覺可以聽到16-20千赫（khz）的聲波，低于16千赫茲的聲波稱為次聲波或亞聲波，超過20千赫茲的聲波稱為超聲波。與光波不同，超聲波是一種彈性機械波，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波），在工業(yè)中應用主要采用縱向振蕩。它可以在氣體、液體和固體中傳播，超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s（常溫下）。為了以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。

19、超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，但一個超聲波傳感器也可具有發(fā)送和接收聲波的雙重作用。常用的超聲波傳感器可以分為二大類，一是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，如壓電式、磁致伸縮式超聲波發(fā)生器；二是用機械方式產(chǎn)生超聲波，有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。超聲波傳感器的主要性能指標3包括：（1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。（2）工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。（3）靈敏度。主要取

20、決于壓電晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。壓電式超聲波傳感器是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化，即在發(fā)射超聲波的時候，將電能轉換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時候，則將超聲振動轉換成電信號。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結構有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波，反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。壓電式超聲波傳感器在40khz處為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在40khz處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的

21、超聲機械波最強，也就是說在40khz處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級最高。而在40khz兩側，聲壓能級迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率40khz的交流電壓來激勵。超聲波在許多領域內(nèi)比可聽聲的用途更加廣泛，是基于以下幾個原因:（1）具有方向性，超聲波的頻率越高，則方向性越強。（2）在無損探傷、水下聲納系統(tǒng)、超聲測距系統(tǒng)中方向性是一個重要的考慮因素。（3）超聲波的頻率越高，則波長越越短，波長可以小到與超聲傳播媒介材料尺寸相比更小的程度。在高分辨率探傷、微小厚度測量、高精度測距中，這一點相當重要。（4）超聲是不可聽聲，這樣就避免產(chǎn)生噪聲，因而超聲具有綠色特性。當超聲發(fā)射器與接收器分別

22、置于被測物兩側時，這種類型稱為透射型。適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25khz及40-45khz。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。透射型可用于遙控器、防盜報警器、接近開關等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側的屬于反射型，分離式反射型可用于接近開關、測距、測液位或物位、金屬探傷以及測厚等。2.1.2超聲波測距原理目前，利用超聲波測距的方法有相位檢測法、聲波幅值檢測法、渡越時間檢測法三種。相位檢測的精度高，但檢測范圍有限；聲波幅值檢測易受反射波的影響；渡越時間檢測工作方式簡單、直觀，在硬件控制和軟件設計容易實現(xiàn)，其原理是檢測從發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波到經(jīng)氣體介質傳播后接收傳感器接收超聲波的

23、時間差，即渡越時間t。（如圖2-2，2-3所示）。 圖2-2 超聲波測距原理圖2-3發(fā)射接收波形超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠、檢測迅速、方便、計算單、易于做到實時控制等優(yōu)點4，經(jīng)常用于距離的測量。超聲波脈沖反射式測距原理是通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時。超聲波在空氣中傳播時，途中碰到障礙物就立即返射回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波脈沖反射式測距原理5公式如（2.1）：（2.1）其中：s為發(fā)射點與障礙物之間的距離；t為計時器記錄的測出發(fā)射和接收回波的時間差；c為超聲波在空氣中的傳播速度。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中

24、傳播距離遠，因而超聲波可以用于距離的測量。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到要求。限制倒車雷達系統(tǒng)的最大可測距離存在4個因素：超聲波的幅度、反射的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。超聲波的傳播速度c并不是固定不變的，傳播速度受空氣密度、溫度和氣體分子成分的影響，關系式為（2.2）：（2.2）式中氣體定壓熱容與定容熱容的比值，空氣為1.40。r氣體普適常數(shù)，為8.314kg/mol。t氣體勢力學溫度，與攝氏溫度的關系是t=273k+t。m氣體相對分子質量，空氣為28.8

25、5;10-3kg/mol。c00時的聲波速度，為331.4m/s。由上式可見，超聲波在空氣中傳播時，受溫度影響最大，由表達式可計算出波速與溫度的關系。溫度越高，傳播速度越快，而且不同溫度下傳播速度差別非常大，例如0時的速度為332m/s，30時的速度為350m/s，相差18m/s。因此，需要較高的測量精度時，進行溫度補償是最有效的措施。因此，需要通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?.2控制系統(tǒng)設計思路控制系統(tǒng)以單片機為控制核心，我們學過51單片機，對它的功能及其應用也比較熟知。51系列單片機采用40引腳雙列直插封裝(dip)形式，內(nèi)部由cpu，4kb的rom，256 b的ram，2個16b的定時計數(shù)

26、器to和t1，4個8 b的io端i：ip0，p1，p2，p3，一個全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機片內(nèi)的flash可編程、可擦除只讀存儲器(eprom)，使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。5l系列單片機提供以下功能：4 kb存儲器；256 bram；32條io線；2個16b定時計數(shù)器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路。空閑方式：cpu停止工作，而讓ram、定時計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式：保存ram的內(nèi)容，振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。5l系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的

27、解決辦法。充分利用他的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下構成功能完善的超聲波測距系統(tǒng)。2.3顯示報警系統(tǒng)的設計思路顯示器應用極為廣泛，是一種輸出設備，一般常用的包括數(shù)碼管顯示和lcd液晶顯示。數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一，液晶則比較豐富；數(shù)碼管一般就是一個7段的8字，當然多的有16段的中間米字型的，液晶可以顯示各種內(nèi)容。數(shù)碼管是自發(fā)光的，液晶是靠背光環(huán)境的。數(shù)碼管是led發(fā)光的效果，液晶是分子偏轉引起的暗影效果，數(shù)碼管比液晶耗電。報警裝置一般有源蜂鳴器，根據(jù)距離遠近進行報警，以提示駕駛員；語音報警，給予駕駛員語音提示；聲光報警，給予駕駛員以聲音提示，并且發(fā)光來提示駕駛員。2.4系統(tǒng)設計方案要完成整個倒

28、車雷達系統(tǒng)的設計，需要單片機控制核心，超聲波發(fā)射模塊，超聲波接收模塊，溫度補償電路，報警電路以及顯示電路這幾個模塊（圖2-4）。c51單片機發(fā)射電路發(fā)射傳感器蜂鳴器報警測溫電路lcd顯示電路接收電路接收傳感器障礙物圖2-4系統(tǒng)設計框圖該倒車雷達系統(tǒng)的應用背景是基于at89c51的超聲信號檢測的。單片機(at89c51)發(fā)出短暫的40khz信號，經(jīng)放大后通過超聲波發(fā)射器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，得出時間t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應的計算結果被送至lcd顯示電路進行顯示，當距離小于安全距離時，并進行蜂鳴器報警

29、。3倒車雷達系統(tǒng)硬件設計本章講述倒車雷達系統(tǒng)的各個模塊的設計和主要元器件的介紹。倒車雷達，又稱泊車輔助系統(tǒng)，或稱倒車電腦警示系統(tǒng)。它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和啟動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。包括測距系統(tǒng)設計(超聲波發(fā)送接收及測溫系統(tǒng))、單片機控制系統(tǒng)設計和顯示報警系統(tǒng)設計。其中，測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊及溫度補償模塊構成；控制系統(tǒng)設計主要采用at89c51，用

30、12mhz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用p2.7端口控制發(fā)射和停止輸出超聲波換能器所需的40khz的方波信號，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示報警系統(tǒng)設計主要對數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉換、蜂鳴器和lcd顯示電路進行設計。以下就各模塊的電路圖、功能及設計思路作詳細說明。3.1超聲波測距模塊的設計（1） 超聲測距、激光測距、紅外測距、微波測距等非接觸式測距方法被廣泛用于探測、汽車、運動機器人等方面。超聲測距就是利用壓電效應將電脈沖與機械諧振產(chǎn)生的的超聲波互相轉化而構成的的發(fā)射與接收裝置，也稱為超聲波換能器或超聲波探頭，它包括發(fā)送探頭和接收探頭兩部分。通過發(fā)射

31、探頭將40khz的脈沖信號轉換為機械諧振而產(chǎn)生超聲波，實現(xiàn)將電能轉換為機械能的轉換，而接收探頭則是將超聲波引起的機械諧振在轉化為電脈沖信號。（2） 下圖所示為這里的所采用的已有超聲波發(fā)射與接收模塊的內(nèi)部電路示意圖，單片機只要通過p3.2引腳發(fā)出的40khz脈沖信號，經(jīng)驅動電路送至發(fā)射模塊的輸入端即可引發(fā)出超聲波，用p3.3引腳獲取模塊輸出的超聲波返回脈沖信號，當?shù)谝粋€下降沿到來時，單片機當即響應中斷。圖3-1超聲波發(fā)射電路3.1.3溫度補償電路溫度補償電路采用美國達拉斯(dallas)公司的單線數(shù)字溫度傳感器芯片ds18b20作為溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同。ds18b2012可直接將

32、被測溫度轉化成數(shù)字信號。以供單片機處理，它還具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強等優(yōu)點。ds18b20單線數(shù)字溫度傳感器，即“一線器件”，其具有獨特的優(yōu)點：（1）采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。（2）測量溫度范圍寬，測量精度高ds18b20的測量范圍為-55+125；在-10+85°c范圍內(nèi)，精度為±0.5°c。（3）在使用中不需要任何外圍元件。（4）多個ds18b2

33、0可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。（5）供電方式靈活，ds18b20可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。（6）測量參數(shù)可配置ds18b20的測量分辨率可通過程序設定912位。（7）負壓特性電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（8）掉電保護功能ds18b20內(nèi)部含有eeprom，在系統(tǒng)掉電以后，它仍可保存分辨率及報警溫度的設定值。ds18b20具有體積更小、適用電壓更寬、更經(jīng)濟、可選更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍，適合于構建自己的測溫系統(tǒng)。溫度補償電路圖3-6：p1.0

34、圖3-6溫度補償電路dsl8 b20采用單總線方式和c5 l單片機相連，即dsl8 b20的l腳接地，3腳接vcc，2腳接至at89c51的p 1.0引腳，同時為了保證有足夠能力驅動負載，系統(tǒng)采用外部電源直接供電方式，單線總線上加一個4.7 k的上拉電阻r4，完成對dsl8b20總線的上拉。主機（單片機）控制ds18b20完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對ds18b20進行復位操作，復位成功后發(fā)送一條rom指令，最后發(fā)送ram指令，這樣才能對ds18b20進行預定的操作。通過dsl8820后單片機可以實時采集溫度值，在進行測量時將溫度補償給波速，從而計算出該溫度下的超聲波速度。

35、3.2報警顯示模塊的設計在駕駛員倒車時，需要顯示器顯示出車距離障礙物的距離，這樣才能使駕駛員倒車時心中有數(shù)，且當車輛迫近障礙物時，需要聲音報警裝置給予駕駛員以警示，提醒駕駛員已經(jīng)迫近障礙物，保證車輛及人身安全，由此可見，報警顯示模塊在倒車雷達中是由不可缺的。常見的顯示器主要有數(shù)碼顯示和液晶顯示，而聲音報警模塊則包括蜂鳴器報警，語音報警，聲光報警等。本設計采用了lcd顯示14（輕薄短小，分辨率高，可顯示漢字等各種符號的優(yōu)點）和蜂鳴器報警電路15來提醒駕駛員。3.2.1蜂鳴器報警電路本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報警，當距離迫近障礙物，蜂鳴器發(fā)出bibi聲，以提示駕駛員。報警電路圖如圖3-7

36、：圖3-7蜂鳴器報警電路當單片機輸出低電平時，三極管導通，蜂鳴器報警；當單片機輸出高電平時，三極管截止，蜂鳴器不報警。3.2.2 lcd顯示電路lcd顯示器是利用液晶經(jīng)過處理后能夠改變光線的傳輸方向特性實現(xiàn)顯示信息的。液晶顯示器具有體積小、重量輕、功耗極低，顯示內(nèi)容豐富等特點，在單片機應用系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應用。液晶顯示器按其功能可以分為三類：筆段式液晶顯示器、字符點陣式液晶顯示器和圖形點陣式液晶顯示器。前兩種可以顯示數(shù)字、字符和符號等。而圖形點陣式液晶顯示器還可以顯示漢字和任意圖形，達到圖文并茂的效果。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣式液晶顯示模塊。它是由若干

37、個5*7或者是5*11等點陣符位組成的，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。點陣字符位之間，有一定點陣間隔，這樣就起到了字符間距和行距的作用。lcd顯示電路如圖3-8：圖3-8 lcd顯示電路db0db7為8位雙向數(shù)據(jù)線，與單片機at89c51的p0口相連；使能端e接p1.3；讀寫信號r/w接p1.2；寄存器選擇端rs，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器；vee為對比電壓調(diào)整端，使用時通過一個r11為10k的電位器接地，可調(diào)節(jié)液晶屏的亮度。lcd顯示倒車距離。3.3電源模塊的設計電源電路目的：給控制電路及其它電路提供電源。電源設計是電路設計很重要關節(jié)。它的穩(wěn)定與否涉及到電路是否能穩(wěn)定

38、工作。用分立元器件組裝的直流穩(wěn)壓電源存在體積大，組裝、調(diào)試、維修麻煩的缺點?，F(xiàn)在隨著功率集成技術的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)可以把直流穩(wěn)壓電源電路中的電源調(diào)整管、比較放大電路、基準電壓電路、取樣電路、過壓過流保護電路等集成在一片芯片上制成集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器由于使用方便、體積小、成本低、性能優(yōu)良、一致性好等優(yōu)點而在各種電子設備中得到了非常廣泛的應用。用78/79系列16三端穩(wěn)壓器來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓器型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上

39、安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。圖3-9電源模塊這是一個輸出正5v直流電壓的穩(wěn)壓電源電路（圖3-9）。采用集成穩(wěn)壓器7805，c1是橋式整流濾波電容器，因為c1是打容量電解電容器，它本身的分布電感比較大，對高頻交流成分的濾波效果較差。為了改善濾波電路的高頻抑制特性，一般在大電容器c1的旁邊再并聯(lián)一個高頻濾波性能良好的小電容c2。3.4復位和晶振電路模塊at89s51單片機最小系統(tǒng)由at89s51單片機及其外圍電路組成，是整個超聲波測距儀的核心電路。一般包括晶振電路和復位電路。晶振電路：每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單

40、片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。復位電路目的：在需要的時候，單片機復位，保證正常的工作循環(huán)。圖3-10晶振復位電路at89c51單片機在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性好。at89c51單片機對很多嵌入式控制應用提供了一個高靈活有效的解決方案。它的作用使形成用于產(chǎn)生超聲波的40khz信號、形成必要的時序、控制lcd字符的顯示、以及對采集到的數(shù)據(jù)進行運算。at89c51單片機p2.7為控制超聲波發(fā)射；int0為接收超聲波回波信號；x1和x2為單片機自身的12mhz晶

41、振；reset是復位信號；p1.0接溫度傳感器ds18b20，測量溫度，實時計算出距離；p0.0一p0.7引腳對應lcd顯示器，控制lcd顯示器的寫入字符；p2.1引腳輸出報警信號；當距離達到限定值就啟動蜂鳴器，開始鳴叫報警，以提醒駕駛員注意倒車情況。4系統(tǒng)軟件的設計c語言程序有利于實現(xiàn)較復雜的算法，因為本設計對時間要求精度較高的部分全部由單片機內(nèi)部的定時器完成，而雖然溫度傳感器的讀寫對時間精度要求也高，但經(jīng)詳細計算所得出的c程序已被廣泛應用，所心本設計全部使用c語言編程n 。 （a)主程序流程圖 開始系統(tǒng)初始化有倒車信號？發(fā)射超聲波、啟動定時器 允許中斷發(fā)射超聲波回波收到否？定時器計滿否？取

42、定時時間、計算距離調(diào)動態(tài)顯示子程序判斷距離語音提示關定時器y 中斷關閉定時器設置回波標志ret1 (b）中斷服務子程序流程圖程序名：超聲測距主程序s_main pm3_3_1.asm程序功能：測試距障礙物距離，用數(shù)碼管顯示結果，發(fā)語音提示信號出口參數(shù)：p0、p2.0-p2.3占用單片機接口資源：p0、p2.0-p2.3、p3.2、p3.3 org 0000h ljmp main org0013h ljmp cunt_ls_main: mov tmod, #10h ；置定時器t0于工作方式1csh: mov tl0， #00h ；計數(shù)單元清0 mov th0, #00h mov 20h, #25

43、 ；置近距離0.25m參數(shù) mov 21h, #50 ；置中距離0.5m參數(shù) mov 22h, #99 ；置遠距離1m參數(shù) clr f0 ；回波接收成功標志清0 jnb p2.2，$ ；判斷有倒車信號否？ setb ea ；允許外部int1申請中斷 setb ex1 setb tr0 ；開啟定時器t0here； cpl p3.2 ；輸出40khz nop nop nop nop nop jnb f0， next0 ；判斷回波接收成功標志，物回波則轉 lcall cunt_l ；調(diào)用計算距離子程序 lcall he ；調(diào)用實訓2.4中顯示數(shù)據(jù)處理子程序 lcall disp1 ；調(diào)用實訓2.4中

44、led顯示子程序 ct_sound ；調(diào)用距離判斷與語音提示控制字程序 sjmp next1next1: jbc tr0， next1 ；若定時器溢出表示未測到回波 sjmp here ；返回繼續(xù)發(fā)超聲波next1: clr tr0 ljmp csh*int1中斷服務子程序input1*程序名：input1程序功能：計算障礙物測試距離input1： clr tro ；接收到超聲回波，關定時器 setb f0 ；設置回波接收成功標志 ret1*計算距離子程序cunt_l*程序名：cunt_l程序功能：計算距前方障礙物的距離入口參數(shù)：tl0、tl1出口參數(shù)：acunt_l: mov r2, tl0

45、 ；取定時器低8位值 mov r3, tl1 ；取定時器高8位值 mov r6, #11h ；設置光速初值1/20，近似位17 mov r7， #00h lcall divd ；調(diào)用實訓2.4中雙字節(jié)乘法子程序 mov r6， #64h ；設置除數(shù)位100 mov r7, #00h lcall divd ；調(diào)用實訓2.4中除法子程序，得0-99cm被測距離 mov 73h, r2 mov 74h, r3 mov a, 73h ；結果選a ret*距離判斷與語音提示控制子程序ct_sound*程序名：ct_sound程序功能：計算據(jù)前方障礙物的距離入口參數(shù)：tl0、tl1出口參數(shù)：act_sou

46、nd: cjne r3，#00h,ct_sound0 ；間距>1m mov a,r3 cjne a,#50h,ct0ct0： jnc ct_sound0 ；間距>0.5m cjne a,#25h,ct1ct1： jnc ct_sound01 ；間距>0.25m lcall sound2 ；0.25m>間距 sjmp ct2ct_sound0：lcall sound0 sjmp ct2ct_sound1: lcall sound1ct2: ret6總結由于時間和其它客觀上的原因，此次設計沒有做出實物。但是對設計有一個很好的理論基礎。設計的最終結果是使超聲波測距儀能夠產(chǎn)生超

47、聲波，實現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實現(xiàn)利用超聲波方法測量物體間的距離。以數(shù)字的形式顯示測量距離。超聲波測距儀硬件電路的設計主要包括at80c51單片機系統(tǒng)及顯示報警電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。超聲波發(fā)射電路主要由反相器74ls04和超聲波發(fā)射換能器t構成，單片機p2.7端口輸出的40khz的方波信號一路經(jīng)一級反相器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反相器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波檢測接收電路主要是由集成電路cx20106a組成?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 khz與測距的超聲波頻率40 khz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路。超聲波測距的算法設計原理為超聲波發(fā)生器t在某一時刻發(fā)出一個超聲波信號，當這個超聲波遇到被測物體后反射回來，就被超聲波接收器r所接收到。這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機內(nèi)