基于单片机的汽车倒车雷达系统设计(含程序)Word格式.doc
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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
2.1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。
2.2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。
2.3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
2.1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。
2.2US-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
DC2.4V~5.5V
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。
表1US-100模块参数
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。
2.3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P3.2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P3.6发出灯光报警信号，触发LED报警灯亮，同时通过管脚P3.7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
2.4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P3.7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P3.7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
2.5显示电路
表2液晶屏技术指标
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
4.5~5.5V
工作电流
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压
5.0V
字符尺寸
2.95*4.35（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
2.6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
3.1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
3.2主程序
详见附录
3.3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。
3.4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
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