毕业设计（论文）-基于C51单片机的超声波倒车雷达系统设计.docx

毕业设计（论文）-基于C51单片机的超声波倒车雷达系统设计.docx

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辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）

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基于单片机的超声波倒车雷达系统设计

摘要

随着我国汽车产业的高速发展，我国开始进入私家车时代，汽车的数量逐年增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤 。

汽车驾驶员越来越担心车的安全了，其中倒车就是一个典型。

倒车时，驾驶员疲于前瞻后顾，很容易就发生追尾等碰撞事故。

因此，增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。

本文设计的倒车雷达预警系统主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物体的距离而设计开发的。

该系统将微计算机技术与超声波的测距技术、传感器技术等相结合， 可检测到汽车倒车中，其障碍物与汽车的距离，通过LED数码管显示距离，并根据障碍物与车尾距离远近实时发出报警等级。

工作时，超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲，给测量逻辑电路提供一个短脉冲。

最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。

本文介绍了基于AT89C51单片机的超声波测距器，其由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示以及声光告警显示模块等部分组成。

文中运用理论分析、计算机仿真等研究手段，完成了倒车测距仪硬件和软件的设计，并在测距算法上进行了改进，使测距速度更快。

系统设计中采用了模块设计思想，简化了调试工作量，最终很好完成了超声波测距倒车雷达系统的硬件设计、软件设计及系统调试。

关键词：

汽车倒车测距仪；超声波；AT89C51

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DESIGNOFULTRASONICVEHICLEREVERINGSYSTEMWITHULTRASONICBASEDONMCU

Abstract

WiththerapiddevelopmentofChina'sautomobileindustry,Chinabegantoenterintotheeraofprivatecars,thecarnumberincreasesyearbyyear,causingthehighway,streets,parkinglot,garage,moreandmorecrowded.Cardriversareincreasinglyworriedaboutthesafetyofthecar,thereverseisatypical.Therefore,toincreasetheabilityofthecarafterdependingonanddevelopingthebackofmycardetectionofradarbecomeobstaclesbackresearchtopicinrecentyears.Inthispaperthereverseradarwarningsystemdesignismainlydirectedagainstthecarbacktotherearofthecarandpeoplecan'tvisualobstaclethedistanceoftheobjectandthedesignanddevelopment.Thissystemmakesthecombinationofthecomputertechnologyandtheultrasonicrangingtechnology,thesensortechnology,etc.Itcandetectthecarbacktotheobstaclesandtheautomobiledistance,throughtheLEDshowsdistance,andaccordingtotheobstacleandthetailstockwhichfarandnearsendsoutreal-timewarninglevel.Atwork,ultrasonictransmitterscontinuouslylaunchaseriesofcontinuouspulse,tologiccircuitprovidesashortpulses.Finallybysignalprocessingdeviceofreceivedsignalprocessingaccordingtothetime,calculatingthedistancebetweenthecarandtheobstaclesautomatically.ThispaperintroducestheultrasonicrangefinderbasedonAT89C51.Itconsistsofultrasoundmodule,thesignalreceivingmodule,SCMprocessingmodule,digitaldisplayandsoundandlightalarmdisplaymodulecomponents.Thispaperusingtheoreticalanalysis,computersimulationresearchtools,andcompletedthereverserangefinderdesignofhardwareandsoftware.Itissomethingimprovedinthemeasureprogrammeformeasurequickly.Amodulardesignconceptwasusedattheprocessof

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designingthesystem,itsimplifiesthedebuggingworkload.Ultimately,hardwaredesign,softwaredesignandsystemdebuggingabouttheARRwascompletedverywell.

KEYWORDS：

AutomobileReversingrangefinder；UltrasonicComputer

Simulation；AT89C51

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目 录

1绪论 1

1.1选题背景 1

1.2设计意义 1

1.3目前国内倒车雷达的发展概况 1

1.4当前存在的问题 3

2总体设计方案 4

2.1模块构建 4

2.2超声波测距原理 5

2.3超声波特点 5

2.4系统方案选择 7

2.5超声波传感器 8

2.5.1超声波传感器的原理及结构 8

2.5.2超声波传感器的频率特性 10

3系统的硬件设计 12

3.1系统总体方案设计 12

3.2AT89C51单片机简介 12

3.3电源部分的设计 16

3.4控制电路 17

3.5温度补偿电路 17

3.5超声波发射和接收电路 19

3.5.1超声波发射部分 19

3.5.2超声波接收电路 20

3.6LED显示模块 23

3.7语音实时播报电路 23

4系统软件设计 26

4.1软件设计要求 27

4.2超声波测距算法设计 27

4.3主程序 28

4.4超声波发送、接收中断程序 29

4.5显示程序、报警程序 30

结论 32

致谢 33

参考文献 34

附录A程序清单 35

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1绪论

1.1选题背景

随着汽车工业的发展，城市汽车数量迅速增加。

尤其是近几年来，我国汽车的拥有量逐年增加，已是汽车消费大国了。

人们将汽车作为其日常的生活工具，这也带来了不少的安全隐患。

汽车驾驶员也越来越担心车的安全，其中倒车就是一个典型的问题。

由于驾驶员无法看见车后的障碍物，倒车时很容易刮伤汽车，甚至发生事故。

为了减少因此带来的损失，需要有一种专门的辅助装置帮助司机安全倒车。

目前用于辅助司机倒车的装置主要有：

语音告警装置、后视系统以及倒车雷达等。

语音告警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在倒车的汽车。

这种装置价格便宜，使用方便，其缺点是只能对车后的行人起告警作用，对于其他障碍物则不起作用，所以其应用范围有限。

后视系统是由视频捕捉装置和视频播放装置组成，通过后视系统司机可以直观地看到车后的障碍物，消除视觉盲区。

由于这类装置的价位较高，目前还没有普遍推广使用。

1.2设计意义

随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不慎，则闯祸，烦事又烦人。

虽然每辆车都有后视镜，但不可避免的都存在一个后视盲区。

倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了使用死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。

倒车雷达的发明是迫在眉睫的，是必不可少的设备。

1.3目前国内倒车雷达的发展概况

目前，很多科研机构已对倒车测距技术进行深入研究、开发，国内外也

已有相应的产品。

经过分析总结，按其工作方式分主要有超声波、红外、激光和毫米波等方法。

虽然所用到的技术不完全相同，但基本原理都是通过不同的方法判断车后方障碍物与本车的相对距离，并根据预设置好的危险等级发出相应的指示信号。

下面简要分析一下几种方式的特点：

超声波方式：

超声波是频率大于20kHz的声波，具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中传播距离远等特点，用于测距计算方法简单，常用于非接触式距离测量，其传感器种类较多,由于超声波指向性强，在传输过程中能量损耗缓慢，反射能力强，经常被用于距离的测量。

由于超声波测距的探测距离较短，主要用于倒车雷达等近距离测距[1]。

红外线方式：

红外线的波长比可见光长，是肉眼看不见的光，有显著的热效应和较强的穿透云雾的能力。

红外线可以人为制造,自然界中也广泛存在，一般的生物都会辐射出红外线，体现出来的宏观效应就是热度。

红外线透视和夜视是分别利用了红外线的不同性质 。

红外线测距系统成本低廉，但是容易受到天气和路边等物体干扰的影响，在恶劣的天气与环境下探测距离仍然不能满足要求。

激光方式：

激光具有高定向性，能以定向的光束无发散地直线向前传播；单色性好，它可以达到的亮度比太阳光还高几百亿倍；相干性好，激光的频率、振动方向、相位高度一致。

因此激光波束近似直线性，很少扩散，波束能量集中，传输距离较远。

但它在对气候的适应能力方面具有局限性，因为激光测距方式受恶劣天气、汽车激烈震动、发射镜表面磨损、污染等因素影响，则探测距离减少二分之一至三分之一，降低了实用精度，所以在汽车倒车雷达领域激光测距方式没有得到很好发展。

毫米波方式：

毫米波是微波的一个波段，频率在 30－300G，相应波长为1－10mm。

毫米波电子系统具有如下特性：

小天线孔径具有较高的天线增益；高跟踪精度和制导精度；不易受电子干扰；不受被测物体表面形状、颜色等的影响；对大气紊流、气涡等具有适应性，并且毫米波雷达的天