基于单片机的倒车雷达.docx

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基于单片机的倒车雷达

摘要

随着我国经济飞速发张，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时有泊车和倒车所引发的事故月越来越多。

这些事故常常给驾驶人员带来许多麻烦，因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应用而生。

倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者能以直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野死角和实现模糊地缺陷。

本文介绍了以AT89C2051单片机位核心的一种低成本，高精度，微型化，并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统，该倒车雷达根据超声波测距原理研制，采用温度补偿技术，开机自检技术和优化的软硬件技术，将测得的结果送至数码管显示，同时进行三级声光报警。

驾驶员只需坐在驾驶室就能做到心里有数，极大地提高了泊车和倒车时的安全和效率。

关键字：

单片机；汽车；超声波；测距 

Abstract

Withtherapiddevelopmentofeconomyofourcountry,morepeoplehaveownedtheircars,atthesametime,moreandmoreaccidentsoccurbecauseofparingandreversing.Theseaccidentsoftenbringmanytroublestodrivers.Therefore,thecarreservingaidsystemwhichcanhelpdriversparkingisinvented.Thecarreservingaidsystemisalsocalled”parkingauxiliaryunit”,itistheautomobilesafeparkingauxiliaryunit,whichcanusesoundoramoredirectdemonstrationtoshowthedrivertheobstaclesituationaround.thusrelievethedifficultyoflookingaheadanddrivertoeliminatethedeadangleofthefieldofvisionandtheflawofsignt.Thispaperintroducesalowcost,high-accuracy,micro-miniaturization,digitaldisplayandacousto-opticsalarmintelligentparkingradarthatbasedonMCUAT89C2051.Theback-draftradardevelopsonthebasisofultrasonicrangingprinciple.Itusesthetemperaturecompensationtechnology,theopeningmachineself-checkingtechnologyandtheoptimizedsoftwareandhardwaretechnology,theresultobtainedwillbedeliveredtothedigitaltubeandshowed.Atthesametime,thethreelevelsofacousto-opticsalarmwillwork.Thedriveronlyhastositinthecabandcanknowfairlywell.Thusthedrivingsecurityandefficiencyenhanceenormously.

Keywords:

MCU；Automobile；Ultrasonic；Distance-measurement

第1章绪论1

1.1汽车倒车自动测距系统概述1

1.1.1课题背景1

1.1.2研究现状1

1.1.3主要研究问题2

第2章汽车倒车自动测距系统的组成3

2.1汽车倒车自动测距系统原理框图3

2.2汽车倒车自动测距系统的工作原理3

2.2.1超声波测距的基本原理3

2.2.2汽车倒车自动测距系统总电路图5

第3章整体设计6

3.1汽车倒车自动测距系统的设计要求6

3.1.1设计要求6

3.1.2设计方案的确定6

3.2汽车倒车自动测距系统的硬件设计6

3.2.1超声波发送器的设计7

3.2.2超声波接收器的设计7

3.2.3基于DS18B20的温度测量电路9

3.2.4基于P89LPC932的主机电路设计9

3.2.5基于MAX7219的显示驱动电路设计10

3.3汽车倒车自动测距系统的软件设计11

3.3.1汽车倒车自动测距系统的软件规划11

3.3.2DS18B20的接口程序设计12

3.3.3显示程序设计16

3.3.4距离计算及其程序实现19

3.3.5主程序与P89LPC932的初始化程序22

结论27

参考文献28

致谢29

附录130

附录232

第1章绪论

1.1汽车倒车自动测距系统概述

1.1.1课题背景

随着我国汽车产业的高速发展，尤其是近几年来，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，其中倒车就是一个典型。

超声波测距在某些场合有着显著的优点，因为这种方法是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，因此它是一种非接触式的测量所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的环境下使用。

比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。

目前基于超声波精确测距的需求也越来越大，如油库和水箱液面的精确测量和控制，物体内气孔大小的检测和机械内部损伤的检测等。

本文结合汽车倒车自动精确测距的需要，分析了影响超声波测距精确的多种因素，进行了系统的硬件设计和软件设计，来有效提高超声波测距系统的精度。

根据超声波测距的原理，设计了以89LPC932单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距系统，为了进一步提高超声波测距仪的测量精度和分辨力，又进行了设计改进，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，可有效地消除温度变化对精度的影响。

1.1.2研究现状

一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验。

当时Galton哨在空气中产生的频率达3100Hz，这是人类首次有效产生的高频声波。

这些年来，随着超声波技术研究的不断深入，在加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声波的应用变得越来越普及。

目前已经广泛地应用在机械制造、电子冶金、航海、宇航、石油化工、交通等工业领域。

此外在材料科学、医学、生物科学等领域中也占据重要地位。

国外在提高超声波精确测距方面做了大量的研究，国内一些学者也作了相关的研究。

对超声波测距的精度主要取决于所测的超声波传输时间和超声波在介质中的传输速度，二者中以传输时间的精度影响较大，所以大部分文献采用降低传输时间的不确定度来提高测距精度。

目前相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。

厦门大学的童风研究了一种回波轮廓分析法。

该方法在测距中通过两次探测求取回波包络曲线来得到回波的起点，通过这样处理后超声波的传输时间的精度得到了很大提高。

意大利的Carullo等人介绍了一种自适应系统，采用特殊的发射波形来获得好的回波包络，同时采用对环境的噪声进行估测，设置一定的回波开门电平，且采用自动增益的控制放大器，通过这些措施来提高超声波的探测精度。

另外也有大量的文献研究采用数字信号处理技术和小波变换理论来提高传输时间的精度。

这些处理方法都取得了较好的结果。

1.1.3主要研究问题

（1）为降低调试的复杂性，提高系统安装的灵活性，超声波的发射和接收分离设计，而不采用发射接收一体化器件；

（2）超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系，所以实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发；

（3）超声波传播速度对测距的影响。

稳定准确的超声波传播速度是保证测量精度的必要条件，波的传播速度取决于传播媒质的特性；

（4）混合系统接口设计需充分考虑主机电路芯片与外围器件工作电压能否匹配，6位共阴极数码管驱动段电流峰值如何设定以保证正常工作。

第2章汽车倒车自动测距系统的组成

2.1汽车倒车自动测距系统原理框图

图2-1汽车倒车自动测距系统原理框图

2.2汽车倒车自动测距系统的工作原理

2.2.1超声波测距的基本原理

传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷。

例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长期浸泡于水中或其他液体中，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性。

利用超声波测量距离可以解决这些问题，因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛应用。

所谓超声波是指频率高于20KHZ的机械波。

超声波一般采用压电效应或磁致伸缩效应产生，具有强度大、方向性好等特点。

利用超声波测量距离的原理可用图2—2示意，简单描述为：

超声波定期发送超声波，遭遇到障碍物时发生反射，发射波经由接收器接收并转化为电信号，这样只要测出发送和发射的时间差△t，然后按照式（2—1）即可求出距离。

（2—1）

式中，C为超声波在空气中的传播速度，0℃时为331m/s,25℃时为347m/s，其与环境温度T（）的关系如式（2—2）。

（2—2）

由此可见，声速与温度有密切关系。

在应用中，如果温度变化不大，并且无特殊精度要求，可认为声速是基本不变的。

否则，必须进行温度补偿。

温度补偿通常有两种方法：

补偿方法1：

每次先按照式（2—2）计算当时声速C然后再按照式（2—1）计算距离。

其特点是：

根据当时的温度得到当时的精确声速，从而计算得到的距离值也比较精确；但程序中牵涉到浮点数运算，对于微处理器系统实现，难度相对较大。

补偿方法2：

根据当前的环境温度，查取忒征温度值——声速表中最接近温度对应的声速值，作为当前声速，然特征温度值——声速表中最接近温度对应的声速值，作为当前声速，然后按照式（2—1）进行距离计算。

其特点是：

避免了复杂的声速计算，可采用事先计算得到温度—声速二维表，将之固化到系统程序中，然后直接使用查表法得到声速值，程序实现比较简单，但精度没有方法1高。

另外，从图2—2还可以看出，由于超声波利用接收发射波来进行距离的计算，因而不可避免地存在发射与反射之间的夹角，其大小为2。

当很小时，可直接按式（2—1）进行计算得到距离；当较大时，则必须进行距离修正，修正公式为式（2—3）。

（2—3）

在式（2—3）中，倾角如与超声波发射装置和接收装置的安装位置有关。

在实际应用中应注意适当安装。

2.2.2汽车倒车自动测距系统总电路图

图2-3汽车倒车自动测距系统总电路图

汽车倒车自动测距系统由基于P89LPC932的主机电路，基于DS18B20的温度检测电路，超声波发射及控制电路，超声波接收及信号处理电路，显示电路，RS-232通信接口电路及辅助电路6部分组成。

第3章整体设计

3.1汽车倒车自动测距系统的设计要求

3.1.1设计要求

汽车倒车自动测距系统的设