基于单片机的倒车雷达的设计毕业论文docWord文档下载推荐.docx

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第二章中主要阐述了整体设计、模块划分、基本原理以及元件的选择。

第三章以总分的结构介绍了系统的硬件设计。

第四章阐述了程序设计的原理以及程序流程。

第五章比较零散的展示了本次设计的结果，包括一些重要的仿真、测试、调试过程以及最终的功能演示和PCB图。

除此之外，我也在论文中把自己大学四年里所学到的一些实用的单片机设计技巧与大家分享，希望本设计不仅可以让各位老师喜欢，也会有真正实际应用的价值。

1　绪论

1.1　设计倒车雷达的目的和意义

倒车雷达这些年来逐渐的深入人心，如今的司机已经不再是一个特定的职业，开车已成为人们普遍具备的一项基本技能。

但是城市交通压力越来越大，如何在狭小的地方安全的停车倒车成为人们日益关心的一个话题，倒车雷达应运而生，它的出现可以帮助司机观察车后的视觉盲区，确保倒车的安全。

倒车雷达本身也成为衡量一辆好车的标准。

因此对它的深入研究具有很强实用性。

1.2　国内外应用现状

如今的倒车雷达已经脱离早期的“倒车!

请注意!

!

”和红外测距，现在一些基础级的倒车雷达是通过判断距离发出不同程度的“嘀嘀嘀”声音，高端的一些具有摄像头的后视功能，但是需要自己判断距离远近，当然还有更高端的倒车雷达具有GPS定位无死角全车监控，不过价格也会更高昂。

1.3　本设计的特点

本次的设计结合以前的很多设计方案，加上自己开车的亲身体会，即保留原本的“嘀嘀”声，还加上三色LED灯报警，并且通过LCD1602液晶屏和SYN6288语音芯片实时显示和播报距离，使距离数字化，更加人性化。

为了解决超声波测距存在的内部缺陷，使用DHT11温湿度传感器，对距离数据进行温湿度校正，以应对汽车在高温或大雾天气的倒车。

还有最重要的一点，本设计十分严格的控制成本，主要元件的成本价仅需86元，远远低于市场上的同类产品，不仅做到测距精准、使用方便而且物美价廉。

2　总体设计及基本原理

2.1　系统的设计要求

本次的设计是基于单片机的倒车雷达设计，要实现的基本功能是在汽车挂倒档后，帮助司机监测车身周围视觉盲区内的障碍物，及时警示司机，方便倒车的顺利进行。

其中：

有基本的测距功能，用于最初的距离数据获取，是最基础最主要的数据来源；

有对距离数据的校正功能，通过获取周围的温湿度数据对测量的距离数据进行校正，是数据准确性的关键；

有显示功能，通过实时显示计算后的距离数据对司机师傅进行提示；

有语音功能，通过语音播报距离数据对司机师傅进行再次提示，与显示功能一起灵活组合方便司机对倒车时周围障碍物距离的感知；

有报警功能，通过与内设阈值的比较对司机倒车做出警示，提醒司机的注意；

当然还有电源与程序更新功能，为单片机的正常工作提供支持。

除此之外，还要考虑到成本、硬件成品的尺寸、编程的难易程度、硬件的可扩展性、稳定性等问题，从多个方面考虑选用最合理的设计方案以及最合适的元器件。

2.2　整体方案的设计

2.2.1　基本原理

超声波测距的基本原理[8]是基于超声波在空气中的传播特性来实现的。

超声波发射器向某一方向发出超声波信号，与此同时，打开计时单元开始计时，超声波在空气中传播，遇到障碍物后被反射回来，超声波接收器接收到反射波就关闭计时单元停止计时，记录超声波传播的时间为t（s），利用公式，求距离s，其中c为声速[11]。

图2-1　超声波测距示意图

超声波是声波的一种可以在固体、液体、气体等介质中传播，介质密度越大，声速则越快。

在空气中，声速湿度、温度、密度等不同因素的影响。

本设计的应用场景是在空气中，因此密度对声速的影响可以忽略，但是温度和湿度对声速仍然具有不可忽视的影响，如零摄氏度海平面的声速约为331.5m/s（1193 

km/h）；

而当上升到万米高空时，声速就变为295m/s（1062km/h）；

与此同时若温度每升高1摄氏度，声速就增加0.607m/s。

水蒸气分压每上升133.322Pa，声速将提高0.0021m/s[10]。

温度越高，声速越大。

温度湿度对空气的影响详见附录。

通过阅读研究以前的一些文献，可以得出声速与温度湿度的关系如公式2-1：

（2-1）

其中Pw是空气中水蒸气的分压强，等于水的饱和蒸汽压乘以相对湿度，T是摄氏温度，P是大气压强。

通过校正声速，使测出的距离数据更加准确，使系统可以灵活的适用于各种不同温湿度的外界条件，增强了系统的准确性和稳定性。

2.2.2　整体设计

通过分析系统的设计要求并且综合各个方面的因素，本系统主要按模块化的方式进行设计。

单片机主控系统负责程序的是顺序进行和主要数据处理；

测距模块通过超声波的收发以及对单片机定时器的控制，测量出从发射超声波到接收到回波的时间t，从而进一步计算初次测量出来的障碍物距离（并非最终距离）；

通过温湿度传感器，获取周围环境中的温湿度数据，再将数据代入公式，校正测出的距离数据，得到准确的障碍物距离；

将数据送至显示模块和语音模块对司机进行提示；

通过检测是否超出阈值，对数据进行报警。

由于是车载系统，所以供电单元采用USB供电，烧写模块也使用USB转RS-232串口进行程序的更新和下载。

图2-2　倒车雷达系统框图

2.3　模块的选用与设计

2.3.1　单片机的选用与论证

本设计中选用的是51系列单片机，型号使用的时STC89C52RC。

该单片机是STC（宏晶科技）公司生产的一款运算速率高、功耗地、抗干扰能力强的增强型51单片机，代码兼容早期的51单片机，片上集成512字节的RAM，用户应用程序空间有8K字节，方便编程，有3个16位定时器/计数器，方便用于超声波回波时间的测量，具有看门狗功能，有四组32个通用I/O端口，方便外部设备的连接，具有ISP/IAP（即在系统可编程/在应用可编程）功能，不需要专门的编程软件和仿真软件，可以直接通过串口（RXD/P3.0，TXD/P3.1）与上位机相连接，使用STC提供的STC-ISP.exe工具可以下载用户代码还可以进行串口的调试。

图2-3　STC89C52RC单片机实物图

2.3.2　测距模块元件的选用与论证

本设计中选用的HC_SR04超声波收发模块，是在多个可选的超声波测距模块选择出来的，具有不可替代的优点。

与同类型的超声波测距模块KS103相比，虽然KS103的精度高1mm，量程大1cm-800cm，但功耗大，价格高昂，至少要100元，并不适合车载系统使用，而HC_SR04精度3mm，量程2cm-400cm，功耗小[9]，仅需5元，量程和精度也可以完全满足倒车雷达系统的需要，经济又实用，同时它的驱动简单且迅速，也满足车载倒车雷达对程序运行速率的要求。

图2-4　HC_SR04超声波收发模块实物图

2.3.3　温湿度模块元件的选用与论证

本设计中选用的是DHT11来组成温湿度测量模块。

以往的设计中常常会使用到DS18B20但是由于DS18B20仅有温度传感器，而本设计中需要用到温度和湿度的数据，所以优先选用DHT11。

DHT11不仅具有温度传感器还具有湿度传感器，可以同时获取温度和湿度的数据，用来校正测量的距离数据。

而且价格低廉，仅需5元，节约成本。

DHT11实物图如下：

图2-5　DHT11温湿度传感器实物图

2.3.4　显示模块元件的选用与论证

本设计中选用的是LCD1602液晶屏显示距离数据，LCD1602是一种广泛使用在工业中的字符型液晶显示屏，能够同时显示16列2行即32个字符。

而且1602中不仅有160个内建的字符发生器CGROM，集成常用字型，可以完全满足用于所需的基本字符（不包括中文），还有8个字符发生器CGRAM，可以凭借自己的喜好和程序需要定义一些简单的汉字，在点数允许的情况下。

价格7元。

1602液晶显示屏的实物图如下：

图2-6　QC1602A液晶显示屏实物图

2.3.5　语音模块元件的选用与论证

本设计选用的是宇音天下生产的芯片SYN6288。

ISD400x系列的语音芯片是现在最常见的语音芯片，这一类芯片需要先将要播放的信息由录音部分录入到芯片中，再由播音部分播出，声音保真，抗干扰能力强，功耗小，以其广泛的应用可以说明它的优点毋庸置疑，但是以8位的为例，如果使用半集成的语音录放模块，价格在60元以上而且元件的尺寸比较大，不适合本次的系统设计。

与ISD400x系列的芯片相比，宇音天下公司生产的芯片更适合本次的设计，不论是早期的OSYNO6188还是本设计中使用的SYN6288都迅速的赢得了业界内大批忠实的粉丝，SYN6288拥有简单的接口方便硬件连接使用，可以智能识别中文文本数字机常见的符号，通过上位机的串口可以直接发送需要播放的内容，可以大大减小软件编程的工作量，除此之外，它的功耗低、封装尺寸小，半集成的语音模块仅仅只有硬币大小，价格仅需50元，加适合车载系统使用即节约成本也节约体积。

SYN6288语音模块实物图如下：

图2-7　SYN6288实物图

图2-8　喇叭的实物图

2.3.6　报警模块元件的选用与论证

本设计中报警模块使用三色LED和蜂鸣器进行报警。

当距离障碍物100cm及以上时绿色灯亮，蜂鸣器不发生鸣叫；

当距离障碍物50cm-100cm时黄色灯低频率闪烁，蜂鸣器发出频率较低的鸣叫；

当距离障碍物在50cm以内时红色等高频率闪烁，蜂鸣器发出频率较高的鸣叫。

图2-9　蜂鸣器及LED灯实物图

2.3.7　电源及烧写模块元件的选用及论证

本设计选用的是集成好的USB下载器同时供电和更新程序，由于本设计是针对车载系统开发，所以电源部分使用USB供电，但是由于在板上设计单独的串口来更新程序明显不实用，所以选择集成好的USB下载器，既可以供电，也可以用来烧写程序。

价格12元。

图2-10　USB下载器实物图

3　系统的硬件设计

3.1　整体的硬件设计

通过分析上文中的系统的功能以及每部分的设计可以得出硬件部分的设计。

单片机是整个系统的核心，外围有6个模块要与之相连，其中每个模块的VCC和GND端都与系统的高电平和低电平相连，除此以外，还有1602的根数据线，RS寄存器选择端、E使能端和RW读写信号线，有DHT11的单总线数据端DATA，有HC_SR04的触发控制信号输入端TRIG和回响信号输出端ECHO，有SYN6288的RXD、TXD、BUSY和直接驱动喇叭的两个SPK端以及LED灯和蜂鸣器端等。

对于51系列单片机来说，P0口为开漏输出，内部并没有集成上拉电阻[7]，所以若要使用P0作为普通的I/O端口输出数据时，就必须外接8个上拉电阻，保证高电平的正确输出，而很巧的是显示模块所使用的1602在内部的8根数据总线DB0-DB7上已经集成了上拉电阻，所以将单片机的管脚中P0.0-P0.7与1602的DB0-DB7端顺序相连，P0口和P2口位于同一侧，所以为了连线方便1602的另外三个控制端占用P2口的三个端口。

又因为在功能上LED灯和蜂鸣器的报警模块也属于数据输出端，在成品中的位置尽量靠近1602，所以报警模块的4个端口也与P2口的端口相连。

从功能上看，HC_SR04和DHT11属于数据的输入端，而且位置应处于板的边缘，同时两者应该距离较近，所以