基于单片机倒车雷达.docx

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基于单片机倒车雷达

文献综述

1概述

自从1886年2月9日卡尔•本茨发明了人类第一辆汽车，至今世界汽车工业经过了近122年的发展，当代汽车已经非常成熟和普遍了。

汽车已经渗透于国防建设、国民经济以及人类生活的各个领域之中，成为人类生存必不可少的、最主要的交通工具，为人类生存和社会的发展与进步起到了至关重要的作用。

当今，汽车已经成为人们生活中不可缺少的一部分，它给人们带来方便快捷的同时，也出现了许多问题。

如越来越多的汽车使道路上有效的使用空间越来越小，新手也越来越多，由此引起的刮伤事件也越来越多，由此引起的纠纷也在不断地增加。

原来不是问题的倒车也逐渐变成了问题。

尽管每辆车都有后视镜，但不可避免地都存在一个后视盲区，倒车雷达则可以在一定程度上帮助驾驶员扫除视角死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性，减少刮、擦事件。

因此，提出了基于超声波测距的汽车用倒车雷达的设计。

2倒车雷达的发展

倒车雷达（CarReversingSystem）全称“倒车防撞雷达”，又称“泊车辅助装置”，它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置。

它能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车、倒车和启动车辆时因前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员克服视角死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。

经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这几代产品都各有特点，目前使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这3种。

倒车雷达真正开始于轰鸣器，也就是第一代倒车雷达。

我想很多人都不会忘记“倒车请注意！

”这句话，因为现在多数普通车还在使用它。

第二代则是采用数码波段显示，可显示后障碍物离车体距离的数码波段显示倒车雷达。

第三代的液晶荧屏显示较以前有了一个质的飞跃。

紧接着的四代魔幻镜倒车雷达和五代整合影音系统更是结合了前几代产品的优点，在原有倒车雷达的基础上增加了很多功能。

3主要技术介绍

距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数。

所以，测距就成为数据采集中要解决的一个问题。

尽管测距有多种方式，比如激光测距、微波测距、红外测距和声波测距等。

人能听到的声音频率为20Hz~20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为低频声波，20kHz以上的声音称为超声波。

它是一种只有少数生物（如蝙蝠、海豚）才能感觉的机械波，它的波长短、绕射小、能定向传播（它是以直线传播的）。

它的频率越高，绕射能力越弱，但反射能力就越强。

超声波在空气中的传播速度为340米/秒（因温度大小会有规律变化），因此，如果能测出超声波在空气中的传播时间，就能算出其传播的距离。

超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。

它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程测量、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量等。

所谓的时间测距法，即通过测定超声波传播的时间间隔来测出声波传送的距离就是超声波测距的一种。

单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O（Input/Output）口电路等主要微型机部件，集成在一块芯片上。

虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了计算机系统的属性。

单片机主要应用于控制领域，用以实现各种测试和控制功能，为了强调其控制属性，也可把它称为微控制器MCU（MicroControllerUnit）。

本设计采用超声波测距的方式来测量汽车与障碍物的距离。

该超声波测距系统由超声波发射、回波信号接收、计时测量、数据处理与显示等构成。

整个系统由微处理器（即单片机）控制，超声波信号在空气中传播至障碍物后发生反射，反射的回波经空气传播给超声波接收换能器并转换成电信号，经滤波、放大、整形后，输入到微处理器的外部中断口产生中断，计数器停止计数，此时计数器记得的脉冲数就是对应的需要测量的时间，通过相应的公式就可求出距离。

并在液晶显示器上显示器距离，在不同的距离段进行语音提示，从而达到提示驾驶员注意的目的。

4总结

本课题的名称是“基于51单片机倒车雷达系统的研究与设计”。

主要是通过超声波系统与单片机来实现距离的测量，从而实现预先提示，减少倒车时的碰撞及事故。

我做的是汽车用倒车雷达的设计，主要是使用单片机语言编程实现超声波测距系统与单片机之间的串行通信及显示汽车与障碍物之间的距离。

在整个设计过程中要熟悉单片机芯片和超声波测距系统的工作原理以及所使用单片机的各个管脚及其功能。

以上的这些都是在毕业设计期间所学的知识的利用。

这不仅是对于本课题的设计与实现更是对于自己学习能力和动手能力的一次考验。

摘要：

随着我国经济迅速发展，人们的生活水平不断提高，越来越多的人拥有自己的汽车，由此产生的交通问题也引起人们的广泛关注。

本文介绍了一种基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统。

文中首先阐述了超声传感器的原理及特性；对于测距系统的超声波频率、信号脉冲、器件型号等主要参数进行了讨论；在介绍了超声测距各模块功能的基础上，提出了系统的总体结构并对测距系统发射、接收、检测、显示及报警部份的硬件设计方案进行了论证。

根据系统要求采用模块化的编程思路完成系统的算法设计，实现超声发射、距离显示、报警和语音提示功能。

最后通过软硬件的综合调试实现短距离超声测距系统的基本功能。

在本次设计中，最关键的部份是硬件电路和软件设计，所以本文对这两个部份做了比较详尽的介绍。

其中硬件电路包括单片机的最小系统、超声波的发射与接受、语音提示模块、报警电路和液晶显示器显示。

超声波的发射与接收电路的功能是为了检测到障碍物的距离；语音提示模块、报警电路和液晶显示器显示电路是为了更好的提示驾驶员注意，进而减少交通事故的产生。

软件部份本文采用C语言编程，使用单片机的中断和计时功能，可以方便的实所设想的功能。

关键词：

倒车雷达单片机超声波C语言编程

2.4小车驱动电路...................................................................................................................12

1绪论

1.1单片机应用系统概述

单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。

它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。

从此，计算机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。

嵌入式系统无疑是当前最热门、最具有发展前景的IT应用之一。

嵌入式系统的应用可以使传统的电子系统升级成为智能化的电子产品，使其成为具有“生命”的现代化智能系统。

嵌入式系统一般应用于对实时响应要求较高的设备中，单片机作为嵌入式系统的核心部件，其应用使电子系统的智能化出现了意想不到的效果，常常无需对硬件资源做任何改动，只需更新系统软件就能使系统功能升级。

现代社会中嵌入式系统无处不在，早已被应用在国防、国民经济、以及人们日常生活的各个领域，主要可以归纳为以下几个方面。

1）军事装备：

各种武器控制（火炮控制、弹道控制、炮弹引信等），坦克、舰船、轰炸等各种电子装备，雷达、电子对抗、军事通讯装备等。

2）家用电器：

各种家电产品，如数字电视、机顶盒、数码相机、VCD、DVD、可视电话、洗衣机、电冰箱、手机、智能玩具等。

3）工业控制：

各种智能仪器仪表、数控装置、可编程控制器、分布式控制系统、工业机器人、机电一体化设备、汽车电子设备等。

4）商用设备：

各种收款机、POS系统、电子秤、条形码阅读器、商务终端、IC卡输入设备、自动柜员机、防盗系统等。

5）办公用品：

复印机、打印机、传真机、扫描仪、手机、个人数字助理（PDA）变频空调设备、通信终端、程控变换机、网络设备等。

6）医疗电子设备：

各种医疗电子仪器，如X光机、超声诊断仪、心脏起搏器、监护仪器等，以及辅助诊断系统、专家系统等。

单片机应用系统的设计包括单片机基本扩展、外围电路设计和程序设计、单片机应用系统开发环境、系统可靠性设计、电磁兼容性设计等内容。

通常开发一个单片机系统的步骤如下图1-1所示：

总设准安编在脱

体计备装写线机

方单器调应调运

案元材试用试行

设电程软

计路序硬

件

图1-1系统设计步骤

1.2汽车倒车雷达的发展趋势

随着科技的日新月异，人们对于车辆的功能及行车安全的期望日益增多。

因此，近年来许多先进安全系统及驾驶辅助系统相继被开发出来。

其中倒车辅助系统是驾驶辅助系统中最先受到嘱目的技术发展，目前己成为高阶新车的标准驾驶辅助配备之一。

倒车辅助的发展从倒车警示喇叭开始，经倒车雷达蜂鸣器碰撞警示、数字波段显示技术（利用雷达感测液晶显示距离）等阶段的发展，目前己成功研发液晶显示屏幕技术（即显示距离激活引擎时，显示器会显示轮廓外型并以动态方式显示车辆与障碍物距离）。

车用雷达首先要解决的技术难题就是减少雷达的误报。

由于车辆在道路中行驶状况十分复杂，并线、移线、转弯、上下坡及道路两旁的静态护栏、标志牌和各种恶劣天气的影响等，使得雷达对主目标的识别产生较高的误报率。

尽管某些雷达具有二维，甚至三维的目标探测能力，但迄今为止，没有任何一个传感器能保证在任何时刻提供完全可靠的信息。

要想完全解决这种误报问题，还需采取多传感器之间的信息融合技术。

如美国Dephi公司的汽车防撞系统就采用了激光雷达、微波雷达和机器视觉等多种传感器的信息融合，实现了信息分析、综合和平衡，利用数据间的冗余性和互补特性进行容错处理，克服了单一传感器可靠性低、有效探测范围小等缺点，有效降低了雷达的误报率。

1.3超声波测距系统原理

1.3.1超声波传感器

超声波传感器主要有电致伸缩和磁致伸缩两类，电致伸缩采用双压电陶瓷晶片制成，具有可逆特性。

压电陶瓷片具有如下特性：

当在其两端加上大小和方向不断变化的交流电压时，就会产生“压电效应”，使压电陶瓷业产生机械变形，这种机械变形的大小以及方向与外加电压的大小和方向成正比。

也就是说，若在压电晶片两边加以频率为fo的交流电压时，它就会产生同频率的机械振动，这种机械振动推动空气的张弛，当fo落在音频范围内时便会发出声音。

反之，如果由超声波机械振动作用于陶瓷片使其发生微小的变形时，那么压电晶片也会产生与振动频率相同的微弱的交流信号。

超声波传感器结构如下图1-2和1-3所示：

图1-2元件内部结构图1-3超声波外部结构

1.3.2超声波测距原理

超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。

当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。

反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。

在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。

超声测距大致有以下方法：

①取输出脉冲的平均值电压，该电压（其幅值基本固定）与距离成正比，测量电压即可测得距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为s=vt/2。

本测量电路采用第二种方案。

由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。

如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。

本方案以AT89s52为核心，通过对其软件编程，实现该对其围电路的适时控制，并提供给围电路所需的信号，包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等。

简化了外围电路，且移植性好。

表1-1声