基于单片机的汽车倒车雷达系统设计含程序Word格式.docx
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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。
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。
ﻬ
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
显示部分采用SMC 1602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
DaｔaI/0
3
VL
液晶显示偏压信号
11
D4
DataI/0
４
RS
数据/命令选择端（Ｈ／Ｌ）
１2
D5
DａtaＩ/0
5
R/W
读/写选择端（H/L）
13
D6
DataＩ/0
６
E
使能信号
1４
D７
ＤataI/０
7
D0
15
ＢLA
背光源正极
8
D1
16
ＢＬＡ
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高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。
单片机控制超声波发射与接收模块进行信号的发射与接收。
显示电路采用ＬＣD显示屏进行显示。
附录:
（1）头文件和一些宏定义
/*＊＊****＊**＊***＊*＊*************＊*******＊*＊*＊*＊*＊**＊*＊＊**＊******＊＊＊**/
／**＊*＊***＊**＊*＊****＊超声波测距仪****＊＊＊****＊****＊＊＊＊**＊******＊＊*****/
/***＊*******＊*******（液晶屏显示）**＊＊＊*＊**＊＊*****＊＊*＊*******＊********／
／*************＊*****晶振１1.0５9２ＭＨz＊*********＊*＊***＊********＊***＊**/
#inclｕde＜ｒｅg52.h>
#inclｕdｅ"
1602.h"
typedefunsignｅdcｈar U8;
/＊defineｄ forunsigneｄ8－bits integｅr ｖariaｂlｅ无符号８位整型*/
typedｅｆsignｅｄchａrＳ8;
/* definedｆｏr signｅd8-bitｓ ｉｎtｅｇervariaｂle有符号８位整型＊/
tｙｐｅdｅfunｓigned intU１6;
/＊ ｄｅｆｉnｅdｆｏrunsｉｇned16－bitsiｎtegervariabｌe无符号16位整型*/
ｔypeｄefsigned ｉnｔS16;
/*dｅfｉｎedfoｒｓiｇned １6-ｂiｔｓ integerｖａriable有符号16位整型＊/
tｙpedｅfunsigneｄ longU32；
／*deｆinedforuｎsignｅd32－bｉｔｓ intｅgｅr vａrｉaｂｌe无符号3２位整型*／
typedefsigｎｅd ｌoｎgＳ32；
/＊definedｆorsigned 32－bitsintegｅｒvaｒiａｂle有符号３２位整型＊/
ｔypeｄeｆ fｌoatF３2;
／*single preｃisiｏnｆlｏａtｉngpointｖarｉａblｅ（32bits）单精度浮点数３２位长度*/
typedef dｏubleＦ64;
／*double prｅcｉsｉonfｌoatingpoiｎt vaｒiable（6４ｂiｔs）双精度浮点数64位*／
／／定时器0的定时值为1ｍS，即1105９／12=９22个时钟脉冲，其补为65536-9２２=6４６１4
#dｅｆineＳＹSTEMＣLK 92１60０ //11０５920０/12
#definｅT０CLＫ 921600 //１１05９200／12
＃dｅfineT1CLＫ 921600／/1105９20０/12
#ｄｅfiｎeT1PＥＲIOD １0000０0/9216０0 //T１周期时间,以微秒为单位,约为1．085ｕS
#definｅ ＴIMEＲ０H 0ｘFC/／64614/２56=2５2
#defineTIMER0L 0ｘ6６ //54447%256＝１02
（２）管脚、常量、变量定义和函数声明
／/管脚定义
sbitＴrｉｇ =P1＾3;
ｓｂｉt Echo=P3^2；
//回波必须接在外部中断引脚上
sｂit ＬedAｌarm=P3^６;
／/报警灯，低电平亮
sｂｉtBeｅp=Ｐ3^7;
／/报警蜂鸣器
/／定义标志
volatilebitFlagSuccｅed =0;
//测量成功标志
vｏlatｉlebit FｌagDiｓplａｙ＝ 0;
／/显示标志
/／定义全局变量
U16DispｌayＣｏuｎt=０；
Ｕ16time＝0;
U３2 dｉsｔaｎｃe=０;
//函数声明
vｏiｄ delａy_20us（）;
voidＳtart_Modｕle（）;
voiｄIＮT０_Ｉｎｉt（ｖoｉd）;
voiｄＤata_Iniｔ（）；
vｏid Tiｍer０_Ｉnｉt（）;
voidTiｍｅr1_Init（）；
（３）各子程序
/／2０us延时程序,不一定很准
void dｅlaｙ_2０ｕs（）
{
U1６ｂt;
ｆor（bt=0;
bｔ<
100;
bt+＋）;
ﻩ/／8Ｍ晶振是10０
}
／/数据初始化
ｖoｉdDaｔa_Iｎit（）
{
Triｇ =0;
ﻩｄistanｃe=0;
ﻩDiｓplayCount= ０;
｝
//外部中断初始化函数
vｏidINT0_Iniｔ（vｏiｄ）
IT0=0;
/／负边沿触发中断
EX0=0;
//关闭外部中断
／／外部中断处理用做判断回波电平
voｉdIＮT0_ISR（vｏｉd）inｔerｒupｔ0
｛
tiｍe=TH1＊２56＋TL1;
//取出定时器的值
FlａgSｕcｃｅeｄ=1;
//置成功测量的标志
EＸ０=０;
//关闭外部中断
／/定时器0初始化，16位定时模式，初始化为1ms中断一次。
vｏidTｉmｅｒ０_Iniｔ（）
TＭOD=０x11;
//定时器0和1工作在１6位方式
ﻩTＨ0=TIMＥR0H;
TL０ =ＴIMEＲ0Ｌ;
ﻩTR0 ＝1;
//启动定时器
ﻩET０=1;
／/允许定时器０中断
／/定时器0中断,用做显示计时
ｖoid Tiｍeｒ０_ISR（voｉｄ）ｉｎterrupt１ //定时器0中断是1号
TH0=TＩＭEＲ0H;
ﻩ TL0=TIMＥR0L;
ﻩDisｐlayＣount++;
ﻩ if（ＤisplaｙＣouｎt＞＝１000）ﻩ/／1秒钟显示一次
{
ﻩFlagDｉｓｐｌａy＝ 1；
ﻩDｉｓｐlａyＣount＝ 0;
｝
//定时器1初始化,1６位计数模式，时钟为１1０59200/12＝9216０0Hz
//６０ｍs计数为５5２96,即0xD800
voｉｄTimer1_Inｉt（）
ﻩTMOD＝0x１１;
//定时器０和1工作在16位方式
ﻩＴＨ1=0；
ＴL1=0;
ﻩＥT1=1;
//启动模块,Ｔrig管脚20uｓ正脉冲
voidSｔａrt_Moduｌe（）ﻩﻩ /／启动模块
Ｔrig=1;
ﻩ ／/启动一次模块
dｅlay_20us（）;
Tｒiｇ＝0;
/*****＊*＊＊******＊****＊＊***＊***＊**＊＊***＊*＊＊＊*****＊＊*******＊******＊＊＊**
* 名称 :
Ｍain（）
*功能:
主函数
***＊＊******＊*********＊**************＊********＊***＊＊***＊**＊*****＊＊******/
voidmaｉｎ（）
U16ｉ,ｊ;
EＡ =0;
INＴ0_Iniｔ（）;
Ｔimer０_Ｉniｔ（）;
//定时器0初始化
Ｔimｅｒ１_Init（）;
//定时器1初始化
Ｄata_Init（）；
ﻩＥA =1;
ﻩＬ160２_init（）;
ﻩL1602_ｓtring（1,1,"
Ｗelｃomｅtｏ my "
）;
ﻩL１602_strinｇ（2,１，"
diｓtancemｅteｒ!
"
ﻩ／/延时
ﻩｆｏｒ （ｉ=0;
i<
１000;
i++）
fｏr（j=0;
ｊ<
１0０0;
j++）
{;
ｗｈｉle
（1）
｛
ﻩ EA=0;
//以下为一次检测过程：
先发出Triｇ电平，打开外部中断,清零Ｔ1,
//最后在外部中断下降沿触发时取出T1当前值，计算出Triｇ脉冲宽度。
Staｒt_Module（）；
ｗhiｌe（Ｅcho=＝0）;
/／等待Eｃｈｏ回波引脚变高电平
ﻩFlａgSucceed ＝ ０;
ﻩﻩEX0＝１;
ﻩTH１＝０;
ﻩTL1= 0；
ﻩﻩTF1＝０;
TR１=１;
//启动定时器1开始计数
ﻩﻩＥＡ =1；
ﻩwｈilｅ（TH1＜80）;
//盲区
ﻩTR1 =０;
/／关闭定时器1
ﻩEX０＝ 0;
//关闭外部中断
ｉf（FlaｇＳucceeｄ＝=1）//一次测试成功，则计算距离，单位为厘米
ﻩ ｛ﻩ
ｄistaｎｃe =ｔime*1.0８5；
//计算得到脉冲时间（以微秒为单位）
ﻩ //将微秒时间转变成厘米距离的算法：
Ｙ米=（X秒*３44）/2
ﻩﻩ //X秒＝（2*Ｙ米）／3４4 ＝=》X秒=０．00５8*Y米＝=》厘米=微秒/58
ｄｉstance /=５8;
ﻩ//如果距离小于20cm,则声光报警
ﻩﻩ if （（FｌagSuccｅed＝= 1）&
&
（dｉstance <
20））
ﻩ {
ﻩﻩ LedAlａrm＝０；
ﻩ Bｅep=０；
ﻩ}
ﻩ else
{
ﻩ LedAlarm＝ １;
ﻩﻩ Bｅｅp ＝1；
}
}
ﻩif（ＦlagDisplay==1）//１秒显示时间到
ﻩ{
ﻩﻩif（ＦlagSucｃｅed＝=0）
ﻩ{
//ＬCD提示无回波ﻩ
ﻩ L1６0２＿ｓtrinｇ（1,1,"
OutOｆＲange（0－４m）"
）；
L1６02＿sｔriｎｇ（２,1,"
------"
}
eｌsｅ
ﻩ {
ﻩ//LCD显示数据
Ｌ1602_string（1，1,"
Disｔaｎce Rｅsult：
"
L1６02＿strｉｎg（2,1，"
ｃｍ "
ﻩL１602_ｉnt（2,5, distancｅ）;
ﻩ }
ﻩFlaｇDiｓpｌay=0;
｝
}ﻩ
3、显示程序
/*********＊*****＊***＊＊******＊*********＊**＊******＊＊**＊＊**＊*＊**********
*文件名：
液晶１６02显示．c
*描述:
该程序实现了对液晶１6０２的控制。
*****＊＊*＊*****＊**＊＊＊*******＊****＊***＊*******＊＊＊*＊***＊******＊＊***＊*＊**＊*/
#inclｕｄe"
160２.ｈ"
＃ｉncluｄｅ"
mａth.ｈ＂
/**＊***********＊**＊＊**********＊＊＊*＊********＊**＊*＊*****＊************＊＊
*名称 :
dｅlａy（）
延时,延时时间大概为140UＳ。
*输入:
无
＊ 输出：
＊*＊***＊＊*
升级会员 