超聲波倒車?yán)走_(dá)論文答辯

論文概述

倒車?yán)走_(dá)全稱叫“倒車防撞雷達(dá)”，是汽車泊車安全輔助裝置，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，解除了駕駛員泊車和啟動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除視野的死角和視線模糊的缺陷。本文描述了一個(gè)以凌陽SPCE061A為核心，由三個(gè)超聲波測距模塊構(gòu)成的，提供語音報(bào)警功能和液晶顯示功能的超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)?，F(xiàn)在是1頁\一共有24頁\編輯于星期六系統(tǒng)硬件框圖系統(tǒng)硬件框圖：SPCE061A轉(zhuǎn)接板語音報(bào)警LED閃爍報(bào)警LCD顯示模塊超聲波測距模塊

超聲波測距模塊超聲波測距模塊現(xiàn)在是2頁\一共有24頁\編輯于星期六系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件主要有以下幾個(gè)部分：1.SPCE061A精簡開發(fā)板：

①.SPCE061A最小系統(tǒng)②.電源模塊③.放音模塊2.超聲波測距模塊電路：

①.超聲波諧振頻率調(diào)理電路②.超聲波回波信號處理電路③.模組電源接口選擇電路④.超聲波測距模式選擇電路3.轉(zhuǎn)接板電路的設(shè)計(jì)①.CD4052簡介②.轉(zhuǎn)接板電路原理4.顯示電路的設(shè)計(jì)：①.二極管閃爍報(bào)警電路②.LCD顯示報(bào)警電路

5.各模塊接口分配

現(xiàn)在是3頁\一共有24頁\編輯于星期六SPCE061A精簡開發(fā)板SPCE061A最小系統(tǒng)

SPCE061A最小系統(tǒng)包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊，外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復(fù)位電路（RESET）、指示燈（LED）等。有關(guān)SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)的各個(gè)模塊都做在61板中。現(xiàn)在是4頁\一共有24頁\編輯于星期六1.SPCEA061A最小系統(tǒng)：現(xiàn)在是5頁\一共有24頁\編輯于星期六2.61板電源模塊

SPCE061A的內(nèi)核供電電壓為3.3V,而I/O端口可接3.3V也可接5V，考慮到超聲波測距模塊需要供電電壓在4.5V以上時(shí)才能正常工作，故使用精簡開發(fā)板上提供的5V電源。電源模塊的電路原理圖如下圖所示。現(xiàn)在是6頁\一共有24頁\編輯于星期六3.放音模塊

本系統(tǒng)中的放音模塊是利用SPCE061A精簡板內(nèi)置的2路10位精度的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC將聲音數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬的音頻信號輸出。其電路原理圖如下圖所示?，F(xiàn)在是7頁\一共有24頁\編輯于星期六超聲波測距模塊

超聲波測距模組是為方便學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)接口方面的學(xué)習(xí)專門設(shè)計(jì)的模塊，超聲波測距模組可以方便地和61板連接。下圖為超聲波測距模組的結(jié)構(gòu)框圖：

現(xiàn)在是8頁\一共有24頁\編輯于星期六1.超聲波諧振頻率調(diào)理電路

超聲波諧振頻率調(diào)理電路原理圖如下圖所示：

本電路工作所需要的40KHz方波由SPCE061A提供，該信號經(jīng)CD4049進(jìn)行頻率調(diào)理，以使超聲波傳感器發(fā)生諧振。從電路圖可以看出CD4049是由6個(gè)非門構(gòu)成的六反相緩沖器/變換器。由于超聲波的傳播距離與它的振幅成正比，使用CD4049能使由單片機(jī)發(fā)出的振蕩信號的幅度增大一倍使超聲波傳播距離明顯的增長，測距的范圍得到擴(kuò)大?，F(xiàn)在是9頁\一共有24頁\編輯于星期六2.超聲波回波信號處理電路超聲波回波信號處理電路原理圖如下圖所示：由于超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量的衰減程度與傳播距離成正比，其接收到的回波信號的幅值的單位通常在毫伏級甚至更小，所以超聲波回波信號處理電路的前級就需要提供很高的放大信號，使單片機(jī)能夠正常工作。本體統(tǒng)采用NE5532搭配外圍電路構(gòu)成10000倍放大器來對接收到的信號進(jìn)行放大處理。經(jīng)過處理的信號輸入至LM311的正端與3腳提供的基準(zhǔn)電壓相比較然后輸出，若輸出為低電平，則說明無回波信號或信號太小，若輸出為高電平，則會被SPCE061A所接收然后做數(shù)據(jù)處理。

現(xiàn)在是10頁\一共有24頁\編輯于星期六3.模組電源接口選擇電路電源接口選擇電路如下圖所示；J7為超聲波測距模組的外部電源接口，最高電壓不要超過12V，J9為電源選擇跳線，VCC_5即為由61板通過10PIN排線引入模組的電源；VCC即為模組的放大器、調(diào)理電路供電電源。當(dāng)用戶使用61板為其供電時(shí)，要把VCC與VCC_5V短接（本方案的用法）；而使用外部電源時(shí)要把VCC與VCC_IN短接。

現(xiàn)在是11頁\一共有24頁\編輯于星期六4.超聲波測距模式選擇電路超聲波測距模式選擇電路的作用是為回波信號處理電路中LM331提供電壓比較的基準(zhǔn)電壓，其電路原理圖如下圖所示：由電路圖可知，該電路可為LM311提供3組不同的電壓，分別對應(yīng)短距離測距，中距離測距和可調(diào)測距三種不同的測距模式。現(xiàn)在是12頁\一共有24頁\編輯于星期六轉(zhuǎn)接板電路的設(shè)計(jì)本方案設(shè)計(jì)，會涉及到多路傳感器選通控制，所以為了可靠地實(shí)現(xiàn)硬件的連接，需要制作一個(gè)利用模擬開關(guān)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)接板。超聲波測距模組在使用時(shí)，只需要兩個(gè)端口就可完成測距，一個(gè)控制超聲波的發(fā)射，一個(gè)是檢測超聲波信號的接收信號；而在超聲波測距模組中，這兩個(gè)信號都為數(shù)字信號，對模擬開關(guān)的要求并不嚴(yán)格，所以選用CD4052作為模擬開關(guān)器件。

現(xiàn)在是13頁\一共有24頁\編輯于星期六1.CD4052簡介CD4052是一個(gè)2通道4選1開關(guān)，由于本系統(tǒng)中只有3路超聲波信號，故只需要其中的一個(gè)通道即可。開關(guān)接通哪一通道，由輸入的2位地址碼A0、A1來決定。A1和A0的信號由單片機(jī)程序控制“/E”是禁止端，當(dāng)“/E”=1時(shí)，各通道均不接通。其引腳圖和真值表如下所示：現(xiàn)在是14頁\一共有24頁\編輯于星期六2.轉(zhuǎn)接板電路原理轉(zhuǎn)接板電路原理圖如下：現(xiàn)在是15頁\一共有24頁\編輯于星期六顯示電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的顯示電路部分分為發(fā)光二極管閃爍報(bào)警x顯示和LCD液晶屏顯示?，F(xiàn)在是16頁\一共有24頁\編輯于星期六1.二極管閃爍報(bào)警電路

二極管閃爍報(bào)警電路結(jié)構(gòu)比較簡單，二極管直接與SPCE061A的I/O口相連，串聯(lián)一個(gè)限流電阻即可完成設(shè)計(jì)要求，該部分電路如下所示。

現(xiàn)在是17頁\一共有24頁\編輯于星期六2.LCD顯示報(bào)警電路

LCM1062A液晶顯示模塊能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。由于使用的LCM1602A液晶模塊已經(jīng)模塊化，外圍電路較為簡單，不再給出。現(xiàn)給出液晶屏各引腳的接線圖如下所示：其中RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器；R/W讀寫信號線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能?，F(xiàn)在是18頁\一共有24頁\編輯于星期六各模塊接口分配

本系統(tǒng)是以SPCE061A為控制器，故以其為中心進(jìn)行接口分配。SPCE061A共有兩個(gè)I/O口，共32位。其中IOB8，IOB9兩口具有PWM脈寬調(diào)制輸出的特殊功能，IOB2，IOB3具有外部中斷源輸入的特殊功能，故設(shè)計(jì)B口的IOB2，IOB9作為超聲波測距模塊外部中斷輸入和PWM信號輸出接口。同時(shí)IOA1，IOA2，IOA3分別與LCD顯示模塊的三根控制線RS，R/W，E連接。IOB1，IOB2兩口與轉(zhuǎn)接板CD4052的A0，A1相連，用于傳感器測量通道的選通。A口的高8位作為LCD顯示模塊的數(shù)據(jù)口，IOB12，IOB13，IOB14三口與二極管閃爍報(bào)警模塊的接口相連。現(xiàn)在是19頁\一共有24頁\編輯于星期六系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件部分?jǐn)M包含以下幾個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需要的功能。主程序：主程序主要負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，完成各函數(shù)的正常調(diào)用。功能上，該部分僅有超聲波傳感器通道選通功能，這樣主程序較為簡潔，便于閱讀與調(diào)試。系統(tǒng)程序：主要包括system.c文件。其完成的功能有：系統(tǒng)端口初始化、測量結(jié)果處理、二極管閃爍刷新及LCD輸出顯示。中斷程序：主要包括IRQ.c和isr.asm文件，前者包括超聲波測距所需要的外部中斷服務(wù)代碼，顯示刷新服務(wù)代碼等。后者包括語音播放程序中斷服務(wù)代碼。超聲波測距程序：該部分程序主要包括ultrsonic_App.c和IRQ.c的部分文件。該部分主要完成超聲波測距的控制，輸出結(jié)果處理等功能。語音播放程序：主要包括Speech.c文件。該部分主要用于實(shí)現(xiàn)對外的語音播放功能。LCD初始化及驅(qū)動(dòng)程序：主要包括1062LCD.asm和LCD1602_User.h文件。該部分實(shí)現(xiàn)LCD初始化和LCD讀寫命令等功能?，F(xiàn)在是20頁\一共有24頁\編輯于星期六1.主程序設(shè)計(jì)如右圖所示為主程序流程圖。由于系統(tǒng)的各功能基本由各模塊完成，所以主程序的流程并不復(fù)雜。圖中，延時(shí)部分由系統(tǒng)提供的IRQ4的1KHz中斷來提供，通道選擇即由IOB1、IOB2兩個(gè)I/O端口的輸出狀態(tài)選通CD4052的通道，以決定當(dāng)前將進(jìn)行哪個(gè)模塊的測距工作，三個(gè)超聲波測距模塊將不斷地交替探測障礙物的存在與否。

系統(tǒng)初始化通道選擇（ch）完成一次測距測距數(shù)據(jù)處理延時(shí)20msch>2?通道清零(ch=0)NY開始YN現(xiàn)在是21頁\一共有24頁\編輯于星期六2.超聲波測距程序的設(shè)計(jì)

測距參數(shù)設(shè)定TimerB產(chǎn)生PWM波延時(shí)設(shè)置TimerB用計(jì)時(shí)延時(shí)開EXT1外部中斷測距是否完成？Exit_flag=1?是否接收到回波信號？Exit_IRQ_flag=1?測距是否超時(shí)？開始測距結(jié)果處理Exit_flag=0進(jìn)行一次遠(yuǎn)距離測距Exit_flag=0結(jié)束YNNYYNNYYNNY

當(dāng)調(diào)用測距函數(shù)進(jìn)行測距時(shí)，IOB9口將輸出由TimerB產(chǎn)生的40KHz的PWM信號，對于短距離測距，該信號將持續(xù)0.5毫秒左右，發(fā)出20個(gè)以上40KHz的脈沖信號。此時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)中斷，將TimerB設(shè)置為計(jì)數(shù)模式，用于計(jì)量超聲波信號從發(fā)射到接收的間隔時(shí)間；將TimerA設(shè)置為計(jì)時(shí)模式，提供避開余波開擾的延時(shí)，該部分的延時(shí)時(shí)間將由測試距離和PWM信號發(fā)射信號的持續(xù)時(shí)間來決定，對與短距離測距，本系統(tǒng)的延時(shí)時(shí)間在0.3毫秒左右。經(jīng)過延時(shí)，打開EXT1外部中斷，TimerB開始對回波信號的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)EXT1檢測到回波信號的脈沖時(shí)，會在中斷服務(wù)程序中讀取TimerB的計(jì)數(shù)值。該計(jì)數(shù)值經(jīng)過處理換算即可得到相對于障礙物距離。若EXT1沒有接收到回波信號會重新設(shè)置參數(shù)，再進(jìn)行一次較遠(yuǎn)距離的測試，其工作流程與短距離測距完全一致。若兩次測試EXT1都沒有接收到回波信號則表明系統(tǒng)工作范圍內(nèi)無障礙物。

現(xiàn)在是22頁\一共有24頁\編輯于星期六

3.語音播放程序的設(shè)計(jì)

開始是否超過3秒開語音中斷中斷初始化語音播放初始化停止播放播放服務(wù)程序結(jié)束當(dāng)前播放結(jié)束？NNYYNYYN從流程圖上可以看出，為了避免多次語音播放重復(fù)和播放過于頻繁，在語音播放之間添加了基于IRQ5的2Hz中斷來進(jìn)行延時(shí)。只有當(dāng)距離上次語音播放的時(shí)間間隔超過3秒時(shí)，下一次的語音播放才會被系統(tǒng)允許。

現(xiàn)在是23頁\一共有24頁\編輯于星期六

4.二極管閃爍程序的設(shè)計(jì)開始初值是否為0？計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)輸出狀態(tài)取反結(jié)束是否溢出？YYNN