倒車雷達課程設(shè)計

1、裝訂線長 春 大 學(xué) 課程設(shè)計紙 PAGE I目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc404232830 第1章 緒論 PAGEREF _Toc404232830 h 1 HYPERLINK l _Toc404232831 1.1倒車雷達的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc404232831 h 1 HYPERLINK l _Toc404232832 1.2 設(shè)計主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc404232832 h 1 HYPERLINK l _Toc404232833 第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案及理論基礎(chǔ) PAGEREF _Toc404232833

2、 h 2 HYPERLINK l _Toc404232834 2.1 總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc404232834 h 2 HYPERLINK l _Toc404232835 2.2 超生波測距理論基礎(chǔ) PAGEREF _Toc404232835 h 2 HYPERLINK l _Toc404232836 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc404232836 h 3 HYPERLINK l _Toc404232837 3.1 單片機控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc404232837 h 3 HYPERLINK l _Toc404232838 3.1.1 單片機的選擇

3、PAGEREF _Toc404232838 h 3 HYPERLINK l _Toc404232839 3.1.2 AT89C51單片機簡介 PAGEREF _Toc404232839 h 4 HYPERLINK l _Toc404232840 3.2 超聲波系統(tǒng) PAGEREF _Toc404232840 h 6 HYPERLINK l _Toc404232841 3.2.1 超聲波發(fā)射電路 PAGEREF _Toc404232841 h 6 HYPERLINK l _Toc404232842 3.2.2 超聲波接收電路 PAGEREF _Toc404232842 h 6 HYPERLINK

4、 l _Toc404232843 3.3 顯示以及聲光報警電路 PAGEREF _Toc404232843 h 7 HYPERLINK l _Toc404232844 3.3.1 顯示電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc404232844 h 7 HYPERLINK l _Toc404232845 3.3.2 報警電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc404232845 h 8 HYPERLINK l _Toc404232846 第4章 硬件測試 PAGEREF _Toc404232846 h 10 HYPERLINK l _Toc404232847 總結(jié) PAGEREF _Toc4042328

5、47 h 11 HYPERLINK l _Toc404232848 參考文獻 PAGEREF _Toc404232848 h 12裝訂線長 春 大 學(xué) 課程設(shè)計紙共 12 頁 第 PAGE 12 頁 第1章 緒論倒車，是每位駕駛員都必須掌握的技能，但是倒車會有盲區(qū)，使駕駛員看不到車后的具體情況。以至于發(fā)生很多不應(yīng)該的慘劇，由此可以得到倒車時遇到障礙物的警示是非常必要的，由此，專為汽車倒車泊位設(shè)置的倒車雷達應(yīng)運而生。本課程設(shè)計會將具體的設(shè)計方案以及細節(jié)做出說明。1.1倒車雷達的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車雷達設(shè)計從開始的簡單，到現(xiàn)在已經(jīng)有了相當完善且復(fù)雜的應(yīng)用。日本、美國和歐洲等國的大

6、汽車公司都投入了相當?shù)娜肆?、物力，采用先進的毫米波雷達、CCD攝像機、GPS和高檔微機等制成安全預(yù)警系統(tǒng)，使用在其所開發(fā)的高級汽車上。據(jù)海外媒體報道，戴姆勒-克萊斯勒公司日前成功開發(fā)出供商用車(尤指卡車)使用的電子剎車系統(tǒng)，它與其他剎車系統(tǒng)的區(qū)別在于，其在卡車車頭設(shè)有雷達感應(yīng)器，感應(yīng)器在車前觀察四周環(huán)境，并將所有收集的信息交由一控制器進行處理，形成一虛擬景象，再借助演算法的輔助來判斷所發(fā)生狀況是否需要利用剎車。未來兩三年內(nèi)這種新型剎車系統(tǒng)即可量產(chǎn)上市，但價格昂貴，其過高的成本限制了它應(yīng)用的普遍性。1.2 設(shè)計主要內(nèi)容為避免汽車在倒車過程中發(fā)生事故，本文設(shè)計了一種基于AT89C51單片機的超聲波

7、倒車雷達系統(tǒng)。介紹了超聲波測距的基本原理，闡述了倒車雷達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、硬件電路設(shè)計。倒車距離通過LED數(shù)碼管顯示和聲光報警電路對不同距離段做出不同的提示。該系統(tǒng)主要由單片機控制電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、數(shù)碼管顯示電路以及報警電路等幾部分組成。AT89C51單片機是整個系統(tǒng)的核心部件。單片機在超聲波信號發(fā)射的同時開始計時，超聲波信號在空氣中傳播，在遇到障礙物后發(fā)生反射，反射的回波信號經(jīng)過處理后輸入到單片機的外部中斷口發(fā)生中斷，單片機停止計時。通過單片機可得到超聲波信號往返所需要的時間，再結(jié)合當?shù)芈曀偌纯汕蟮密圀w與障礙物之間的距離。在不同距離顯示相應(yīng)的報警提示。 第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)

8、計方案及理論基礎(chǔ)2.1 總體設(shè)計方案本設(shè)計的應(yīng)用背景是基于AT89C51的超聲信號檢測的。因此初步計劃在實驗室內(nèi)小范圍的測試。超聲波發(fā)射儀發(fā)出短暫的40KHz信號，反射后的超聲波經(jīng)超聲波接收器作為系統(tǒng)的輸入，單片機對此信號進行技術(shù)判斷處理后，把相應(yīng)的計算結(jié)果送到數(shù)碼管顯示電路顯示，并進行聲光報警報警。系統(tǒng)硬件部分主要由單片機控制電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、數(shù)碼管顯示電路以及聲光報警電路等幾部分組成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示：ATC89C51單片機物體數(shù)碼管顯示模塊超聲波發(fā)送模塊報警模塊超聲波接收模塊圖2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.2 超生波測距理論基礎(chǔ)一般來說，頻率在20Hz-

9、20KHz之間能為人耳所聽到的機械波稱為聲波；頻率低于20Hz的機械波稱為次聲波；高于20KHz的機械波稱為超聲波；而高于100MHz的機械波則稱之為特超聲波。超聲波由于其為直線傳播，反射能力強且在液體、固體中傳播衰減很小，穿透力強等特性，使其在實際生活中得到廣泛應(yīng)用。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間可以測量得到，從聲波到目標的距離就可以精確地計算出來。這就是本系統(tǒng)的測量原理。超聲波測距就是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出超聲波傳輸?shù)耐禃r間,然后求出聲波傳播距離。其關(guān)系式如公式（1）： S=ct/2 （1）式中：S為待測距離

10、；c為超聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度；t為往返時間。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計按照系統(tǒng)所需功能，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可以劃分為三大主要模塊：控制系統(tǒng)、超聲波系統(tǒng)以及顯示和聲光報警系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的主要功能是：當車掛入倒檔后，超聲波發(fā)射電路開始連續(xù)不斷的發(fā)出超聲波，遇到障礙物后反射，超聲波接收電路接收，控制電路通過相應(yīng)的計算，可以計算出相應(yīng)的距離，并送至顯示電路進行顯示。如果所測距離小于預(yù)先設(shè)置好的報警距離，那么，報警電路則會發(fā)光和聲音進行報警提醒駕駛者。3.1 單片機控制系統(tǒng)3.1.1 單片機的選擇一般在系統(tǒng)的設(shè)計當中，能否完成設(shè)計任務(wù)最重要的就在于系統(tǒng)的核心器件是否選擇合適，而單片機更是是系統(tǒng)控制的核心，所以

11、對單片機的選擇更是異常重要。如果選擇了一個合適的單片機不僅可以最大地簡化系統(tǒng)的操作，而且其功能可能是最好的，可靠性也比較高，對整個系統(tǒng)來說更方便。目前，市面上的單片機的種類繁多，并且他們在功能方面也是各自有各自的特點。在一般的情況下來講，在選擇單片機時要需要考慮的幾個方面有：（1）單片機最基本性能參數(shù)指標。例如：執(zhí)行一條指令的速度、程序存儲器的容量，I/O口的引腳數(shù)量等。（2）單片機的某些增強的功能。（3）單片機的存儲介質(zhì)。例如：對于程序存儲器來說，最好選用的是Flash的存儲器。（4）單片機的封裝形式。封裝的形式多種多樣，例如：雙列直插封裝、PLCC封裝及表面貼附等。（5）單片機對工作的溫度

12、范圍的要求。例如：在進行設(shè)計戶外的產(chǎn)品時，就必須要選用工業(yè)級的芯片，以達到溫度范圍的要求。（6）單片機的功耗。例如，如果信號線取電只能提供幾mA的電流，所以為了能滿足低功耗的要求這個時候選用STC的單片機是最合適的。（7）單片機在市面上的銷售渠道是否暢通、其價格是否便宜。（8）單片機技術(shù)的支持網(wǎng)站如何，賣家提供的芯片資料是否足夠完善，是否包含了用戶手冊，設(shè)計方案舉例，相關(guān)范例程序等。（9）單片機的保密性是否很好，單片機的抗干擾的性能如何等。綜合考慮以上因素，選擇AT89C51作為本系統(tǒng)的控制部件。3.1.2 AT89C51單片機簡介AT89C51是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FP

13、EROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。單片機(AT89C51)引腳功能圖如圖3-1所示:圖3-1 AT89C51引腳圖2AT89C51引腳具體介紹如下： 主電源引腳（2根）VCC(40)：電源輸入，接5V電源GND(20)：接地線 外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)和XTAL2(Pin18) 為了產(chǎn)生時鐘信號，在AT89C51單片機的芯片內(nèi)部已經(jīng)設(shè)置了一個反相放大器，其中XT

14、AL1端口就是片內(nèi)反相放大器的輸入端，XTAL2端則是片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端 。單片機使用的工作方式是自激振蕩的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12MHz的石英晶振，使內(nèi)部振蕩器按照石英晶振的頻率頻率進行振蕩，從而就可以產(chǎn)生時鐘信號。它結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率。單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率上。時鐘信號電路如圖3-2所示:圖3-2 晶振電路 控制引腳（4根） RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。復(fù)位電路如圖3-3:圖3-3 復(fù)位電路 AL

15、E/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 可編程輸入/輸出引腳（32根）AT89C51單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7 P3口（Pi

16、n10Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.3.2 超聲波系統(tǒng)3.2.1 超聲波發(fā)射電路本系統(tǒng)超聲波接收電路采用74LS04模塊。74LS04是6非門(反相器)他的工作電壓5V，他的內(nèi)部含有6個coms反相器，74LS04的作用就是反相把1變成0.超聲波發(fā)射電路圖如圖3-4所示：圖3-4 超聲波發(fā)射電路3.2.2 超聲波接收電路本系統(tǒng)超聲波接收電路采用CX20106測距模塊。1腳：超聲信號輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k。2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負反饋量

17、增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C1的改變會影響到頻率特性，一般在實際使用中不必改動，推薦選用參數(shù)為R1=4.7，C1=1F。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動大，易造成誤動作，推薦參數(shù)為3.3f。4腳：接地端。5腳：該腳與電源間接入一個電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200k時，f042kHz，若取R=220k，則中心頻率f038kHz。6腳：該腳與地之間接一個積分電容，標準值為330pF，如果該電容取得太大，會使探測距離變短。7腳：遙

18、控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個上拉電阻到電源端，推薦阻值為22k，沒有接受信號是該端輸出為高電平，有信號時則產(chǎn)生下降。8腳：電源正4.5V5.5V.超聲波接收電路如圖3-5所示：圖3-5 超聲波接收電路圖3.3 顯示以及聲光報警電路顯示報警單元是經(jīng)過超聲波發(fā)射接收電路及單片機STC89C51處理后把信號轉(zhuǎn)化為人為可以看到的數(shù)字顯示和報警響應(yīng)，以讓人們能夠直觀的覺察到測量的狀況，進一步避免事故發(fā)生。顯示報警電路由顯示和報警兩部分電路組成，主要實現(xiàn)在出現(xiàn)緊急情況下的顯示報警功能，以此提醒駕駛員。3.3.1 顯示電路的設(shè)計1.LED數(shù)碼管是利用發(fā)光二極管的特性組合而成數(shù)

19、字顯示器件，通過控制相應(yīng)的二極管的狀態(tài)顯示相應(yīng)的數(shù)字。要使數(shù)碼管正常顯示就得有驅(qū)動電路驅(qū)動相應(yīng)的段碼，數(shù)碼管的現(xiàn)實方式可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示方式只適合顯示單個的數(shù)字，因此本設(shè)計應(yīng)采用動態(tài)顯示方式。由于動態(tài)顯示方式利用的是人眼視覺暫留的特性，掃描的時間應(yīng)不大于20毫秒，占用系統(tǒng)資源雖然大，但是在顯示的個數(shù)和字型有限情況下可以充分利用其優(yōu)良特性，且相對于整個系統(tǒng)來說，單片機的系統(tǒng)資源利用不多，所以可以應(yīng)用數(shù)碼管顯示。2.LED數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計LED是發(fā)光二極管的縮寫。LED數(shù)碼管里面有8只發(fā)光二極管，分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp為小數(shù)點，每一只發(fā)光二極管都有一根

20、電極引到外部引腳上，而另外一只引腳就連接在一起同樣也引到外部引腳上，記作公共端（COM），其中引腳的排列因不同的廠商而有所不同。動態(tài)掃描顯示方式在數(shù)碼管應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用得最為廣泛，這也是我在本設(shè)計中的顯示方法。共陽極與共陰極這兩種方法難度差不多，因此在該設(shè)計中我也采用數(shù)碼管共陽極的接法。顯示電路采用簡單實用的LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，段碼用PNP三極管驅(qū)動，系統(tǒng)顯示的距離范圍在2米之內(nèi)。顯示電路圖如圖3-6所示：圖3-6 顯示電路圖3.3.2 報警電路的設(shè)計報警部分采用一個蜂鳴器進行報警，利用單片機控制輸出一個一定頻率的信號。由于蜂鳴器的工作電流比較大，以至于單片機的I/O口無法直接驅(qū)動，所以用三極

21、管來放大電流。信號通過一個三極管，把信號放大，以增強驅(qū)動能力。然后將放大之后的信號連接到蜂鳴器上，報警裝置的設(shè)計圖如圖3-7所示：圖3-7 報警電路蜂鳴器是使用直流電源進行供電，當三極管導(dǎo)通時蜂鳴器發(fā)出警告聲音，同時發(fā)光二極管也點亮。兩者組合作為聲光報警電路。 第4章 硬件測試硬件調(diào)試階段主要分為兩個步驟：（1） 檢查各管腳連接再初次焊接完成后，按照原理圖的連線，一條一條的檢查是否連接妥當，是否有虛焊、斷焊的地方，由于粗心大意，在超聲波的發(fā)射電路中電源線以及接地線都沒有連接，找到連線錯誤后直接連接上電路。（2）通電測試在安插好各個芯片后，上電測試硬件是否好使，對著墻體緩慢的移動，在不同距離顯示不同的提示，幸運的是硬件上電測試一次成功，也是值得高興的地方?？偨Y(jié)通過本次課程設(shè)計，讓我知道實踐是檢驗真理的唯一標準。在短短兩周的時間里，應(yīng)用所學(xué)知識設(shè)計電路、弄清原理，并加深理解。在實際的電路焊接過程中，減少以往的錯誤出現(xiàn)。通過自己親自動手排版、焊接，才真正感覺到其復(fù)雜性，也讓我認識到了電路元件布局的