基于单片机的汽车倒车雷达系统设计含程序Word文档格式.docx

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交通拥挤状况也随之出现，撞车事件也是经常发生，人们在享受汽车带来的乐趣和方便的同时，更加注重的是汽车的安全性，许多“追尾”事故都与车距有着密切的关系。

为了解决这个安全问题，设计一种汽车测距防撞报警系统势在必行。

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单。

所以超声波测距法是一种非常简单常见的方法，应用在汽车停车的前后左右防撞的近距离测量，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，具有声波传输的基本物理特性—折射，反射，干涉，衍射，散射。

超声波测距是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波测距传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用LED显示出来，当到达一定距离时，系统能发出报警声，进而提醒驾驶人员，起到安全的左右。

通过本课题的研究，将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步。

该设计可广泛应用在生活、军事、工业等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且有一定的编程能力，综合运用所学的知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机程序对超声波信号进行相应的分析、计算、处理最后显示在液晶显示屏上。

第二章设计原理及总体方案

本设计的研究方法

本设计选用US-100超声波传感器。

了解超声波测距的原理的，只有对理论知识有一定的学习才能运用到实际操作中。

根据原理设计超声波测距仪的硬件结构电路。

对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送和接收，从而实现利用超声波测距的方法测量物体之间的距离。

具体设计一个基于单片机的超声波测距器，包括单片机控制电路，发射电路，接收电路，液晶显示电路，声光报警电路。

系统整体方案的设计

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。

利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。

超声波发生器可以分为两大类：

一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。

电气方式包括压电型、电动型等；

机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。

它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。

目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。

根据设计要求并综合各方面因素，本文采用STC89C52单片机作为控制器，超声波驱动信号用单片机的定时器。

系统整体方案的论证

超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。

实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；

一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。

此次设计采用反射波方式。

测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。

超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。

由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；

而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。

第三章系统的硬件设计

系统的总体框图

照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波收发模块、声光报警模块共四个模块组成。

单片机主控芯片使用51系列STC89C52单片机，该单片机工作性能稳定，同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。

发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送。

接收电路使用三极管组成的放大电路，该电路简单，调试工作小较小。

图3-1：

系统设计框图

硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路、报警输出电路、供电电路等几部分。

单片机采用STC89C52，系统晶振采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。

US-100超声波收发模块

该超声波收发模块可自己产生40kHz的方波，并经放大电路驱动超声波发射探头发射超声波，发射出去的超声波经障碍物反射后由超声波接收探头接收。

经接收电路的检波放大，积分整形，在ECHO引脚上产生方波脉冲，该脉冲宽度与被测距离成线性关系。

具体过程如图2所示。

图2US-100超声波收发模块工作时序图

上图表明：

只需要在Trig/TX管脚输入一个10us以上的高电平，系统便可发出8个40KHZ的超声波脉冲，然后检测回波信号，当检测到回波信号后，模块还要进行温度值的测量，然后根据当前温度对测距结果进行校正，将校正后的结果通过Echo/RX管脚输出。

在此模式下，模块将距离值转化为340m/s时的时间值的2倍，通过Echo端输出一个高电平，可以根据此高电平的持续时间来计算距离值。

即距离值为：

（高电平时间*340m/s）/2

设l为测量距离，t为往返时间差，超声波的传播速度为c

则有

（2-1）

而声波在空气中的传播速度为：

（2-2）

式中T为环境温度；

c为绝对温度时的速度，是常数。

从上述两式可以推出：

（2-3）

注：

因为距离值已经经过温度校正，所以在此不需考虑温度补偿问题，声速选择340m/s即可。

使用US-100超声波收发模块进行距离测量测量时，单片机只需要输出触发信号，并监视回响引脚，通过定时器计算回响信号宽度，并换算成距离即可。

该模块简化了发送和接收的模拟电路，工作稳定可靠，其参数指标如表1所示。

电气参数

US-100超声波测距模块

工作电压

DC~

静态电流

2mA

工作温度

-20~+70度

输出方式

电平或UART（跳线帽选择）

感应角度

小于15度

探测距离

2cm-450cm

探测精度

0.3cm+1%

UART模式下串口配置

波特率9600，起始位1位，停止位1位，数据位8位，无奇偶校验，无流控制。

应注意测量周期必须在60毫秒以上，防止发射信号对回响信号的影响。

模块共有两个接口，即模式选择跳线和5pin接口。

模式选择跳线接口设置为当安装上短路帽时为UART（串口）模式，拔掉时为电平触发模式。

单片机电路

单片机选用高性能的STC89C52，其管角如图3所示：

图3STC89C52单片机管脚图

该芯片为52内核8位单片机，兼容Intel等52内核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。

由STC89C52组成的单片机系统原理图如图4所示。

图中TRIG引脚为单片机发送触发信号的引脚，ECHO引脚为US-100模块送回回响信号的引脚，接至单片机外部中断脚上，可以利用外部中断测量回响信号宽度。

当测量距离小于20cm时，单片机通过管脚发出灯光报警信号，触发LED报警灯亮，同时通过管脚发出声音报警信号，该信号用以触发蜂鸣器鸣响报警。

图4单片机系统及超声波模块接口原理图

蜂鸣器报警电路

图5所示为蜂鸣器报警电路。

由于单片机管脚的输入比输出电流大，因此电路设计为低电平输出时蜂鸣器响，高电平关闭。

当脚输出低电平时，PNP型三极管8550导通，有集电极电流通过，蜂鸣器鸣响。

当脚输出高电平时，三极管截止，蜂鸣器关闭。

图5蜂鸣报警电路

显示电路

显示部分采用SMC1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：

显示容量

16*2个字符

芯片工作电压

~

工作电流

模块最佳工作电压

字符尺寸

*（WXH）mm

接口信号说明表如表3

表3液晶屏借口信号说明

编号

符号

引脚说明

符合

1

VSS

电源地

9

D2

DataI/0

2

VDD

电源正极

10

D3

3

VL

液晶显示偏压信号

11

D4

4

RS

数据/命令选择端（H/L）

12

D5

5

R/W

读/写选择端（H/L）

13

D6

6

E

使能信号

14

D7

7

D0

15

BLA

背光源正极

8

D1

16

背光源负极

与单片机的接口电路如图6所示

图6LCD与单片机的接口电路

系统总电路图

通过对单片机主控模块、显示模块、超声波收发模块、声光报警模块共四个模块进行结合，可以绘出系统总的电路图如图7：

图7系统总电路图

第四章系统的软件设计

软件流程图

本设计软件主程序流程图如图8所示，（a）为主程序流程图，（b）为外部中断子程序流程图。

（a）主程序流程图（b）外部中断流程图

图8程序流程图

主程序

详见附录

程序说明

系统加载5V电压后启动，数据、定时器、LCD1602进行初始化，程序进入while循环，超声波测距模块触发，发射超声波并检测有无回波，如果有回波，则超声波模块发射电平信号，驱使单片机进行计算，将数据显示在LCD1602上，如果无回波则跳过判断。

程序在计算完距离后与20cm进行比较，如果小于20cm，则驱动蜂鸣器和LED报警灯进行报警，如果大于20cm，则进入一个60ms的延时，继续while循环进行测量。

硬件设计图

结论

本文主要讲述了倒车雷达，即超声波测距仪的原理和设计方法，设计的最终结果是使超声波测距仪能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量物体间的距离，并以数字的形式显示测量距离，在距离小于50cm时发出报警。

超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。

超声波测距仪硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路三部分。

单片机采用STC89C51，采用12M高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。

单片机控制超声波发射与接收模块进行信号的发射与接收。

显示电路采用LCD显示屏进行显示。

附录：

（1）头文件和一些宏定义

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