倒车雷达系统设计Word文档格式.docx
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1.绪论
1.1选题目的和意义
随着汽车工业的快速发展，汽车数量逐年增加，导致越来越拥挤的道路，街道，停车场，车库等。
在享受汽车带来的便利的同时，倒车停车引起的安全问题也越来越受到重视。
由于驾驶员在车内驾驶，视野收到极大限制，通常通过车内外的倒车镜来辅助观察周围环境，但车后方的障碍物高度不足以透过镜子看到，太靠近高体也可能在驾驶员的视野中看不到。
这样，对驾驶员的停车和倒车来说是很不方便甚至是很危险的。
停车传感器安装在汽车中，并可通过声音警报，数据显示和图像显示警告驾驶员车辆周围的情况。
协助驾驶员倒车或停车以使其在驾驶时更安全。
因此，研究高性能汽车倒车雷达具有重要的现实意义。
1.2国内外现状
近年来，倒车雷达产品的产量增长非常迅速。
其中，以中国为代表的低端和中端产品的快速增长是推动这类产品在全球增长的主要因素。
在中国，雷达设备的研究相较于西方一些发达国家而言起步较晚，但是随着近年来众多研究者研究的不断深入，在该领域也取得了一定的研究成果。
当前倒车雷达广泛应用在家用汽车中，用来保证汽车在倒车过程中的安全性。
自倒车雷达问世至今，经历了七代技术革新：
前两代倒车雷达主要使用声音来发出警报;
第三代倒车雷达增加了数字频段显示功能;
第四代倒车雷达引入了图像LCD显示功能;
第五代是魔镜倒车雷达;
第六代是无线倒车雷达；
第七代是MP3倒车雷达。
综合考虑，逆向雷达系统技术的未来发展趋势是技术集成。
用于倒车雷达产品的技术在车辆倒车或停止时才能发挥与其的成效，随着技术的进一步发展，汽车中所用的雷达技术也愈渐成熟，当前倒车雷达的发展方向为可视化、智能化，从而使驱动器更安全。
1.3研究内容
本文设计了一种简单实用的倒车雷达系统，它由单片机，超声波发射和接收电路，显示电路和报警电路组成。
微控制器是整个系统的核心部件，协调电路各部分的工作。
本文选用两个单片机分别控制主机和从机，从机的主要功能为负责检测超声波，当超声波模块发出超声波并被接收后将信息传输到单片机之中，单片机对数据进行处理和分析即可得到当前汽车与障碍物之间的距离，最后将数据传输到主机之中。
主机和从机之间的数据交换是通过无线传输实现的。
当测量距离小于设定的阈值时蜂鸣器将发出警报，此时二极管将闪烁，提醒驾驶员已达到安全距离范围，及时采取制动措施。
完成该篇论文的撰写，且实物实现以上功能，需要做的工作如下：
1、查阅文献资料，确定整体设计方案；
2、硬件选型，经过对比确定合适的硬件型号；
3、系统硬件的设计，绘制电路图；
4、系统软件的设计，确定程序流程和程序编写；
5、实物的制作与软硬件的调试；
6、论文的撰写和完善。
2.倒车雷达总体设计方案
本文选用两个单片机分别控制主机和从机，从机负责超声波测距和数据处理，然后将无线传输模块发送到主机上。
倒车雷达系统结构框图如图2-1所示：
图2-1倒车雷达系统结构框图
3.倒车雷达硬件设计
3.1硬件选型和介绍
3.1.1单片机：
STC89C52
本设计选用STC89C52单片机，该单片机功耗低、性能高、可编程的存储器有8K。
其8位CPU和在线可编程闪存使其为许多更为高效的解决方案。
STC89C52微控制器的标准功能如下：
8K字节Flash；
256字节RAM；
看门狗定时器；
全双工串行口；
32位I/O口线；
1个6向量2级中断结构；
2个数据指针；
3个16位定时器/计数器；
片内晶振；
时钟电路。
此外，STC89C52单片机包含一个40千赫的RC振荡器，工厂调谐8MHz的RC振荡器，以校准的32kHz的RTC振荡器，以及提供CPU时钟的PLL。
它存在待机，睡眠和关机三种不同的模式。
这三种模式可以保证芯片较低的功率损耗。
此外，STC89C52还具有三个12位模数转换器，电压的变换范围是0至3.6V，具有三倍采样性能和保持功能。
MCU具备51个多功能的5V兼容I/O端口。
一切I/O端口都可以通过16个外部来进行中断。
同时，MCU还具有11个不同功能定时器，其中4个是16位的普通定时器，2个16位6通道高级控制定时器，2个看门狗定时器，1个系统定时器和2个16位基本定时器。
下面介绍其引脚的功能
①电路的电源管脚
VCC引脚主要用来提供电源；
GND是为了防止短路的接地引脚。
②复用管脚
RST：
在工作过程中起到对输入进行重置的作用，其原理利用的是两个机器周期内的高电平完成的。
：
当系统需要对外部程序器进行访问或者是进行访问数据存储器时，的作用是将地址的低8位脉冲字节索存。
因为通常情况下，的输出时间是固定的，是时钟振荡频率的1/6，利用这一特性可以用它来实现计时的功能。
但是如果要进行外部数据存储的访问时，系统会自动越过脉冲。
系统编程产生的闪存时，引脚还起到输入输入的作用。
在可能的情况下，禁止ALE操作可以通过在SFR区域的0号位置安装8EH来实现。
因为在0号位置之后只有一个固定的指令才能实现ALE的激活。
此外，引脚会稍微升高，不执行内部程序时，需要让禁止位无效。
PSEN：
PSEN从外部选取的信号来提供给程序存储器使用。
单片机在外部获取指令时，PSEN只能产生两次有效的循环，换而言之有两个脉冲输出。
这时候访问外部数据存储器，系统会自动越过两个PSEN信号。
EA/VP：
访问外部的程序内存只能够通过CPU来进行。
EA此时的状态应该是处于接地状态。
特别的是，此时编程已经加密了的LB1，则在重置期间，EA状态将在内部锁定。
③外界晶体引脚
XTAL1（19脚）：
衔接外部晶体的一端，用于内部时钟工作电路的输入端口；
XTAL2（18脚）：
衔接外部晶体一端，反向振荡放大器的输出端。
3.1.2无线模块：
nRF24L01
无线传输模块使用nRF24L01芯片，这是挪威公司生产的单芯片RF收发器芯片。
该芯片功耗较低，功率和工作电流小，还可以进行掉电模式和空闲模式的选择，特别方便。
nRF24L01性能如下：
自动应答和再发射；
在芯片上自动生成标头和CRC代码；
SPI速率0~10Mb/s；
GFSK调制，硬件集成OSI链路层；
数据传输率1或2Mb/s；
QFN20引脚4mm*4mm封装；
125个频道与其他系列射频器件兼容；
供电电压1.9~3.6v。
3.1.2.1引脚功能及描述
的封装及引脚排列、功能如下图所示。
图3-1引脚排列和功能
CE：
使能发射或接收；
引脚端，配置
；
中断标志位；
电源输入；
电源地；
晶体振荡器引脚；
为功率放大器供电；
天线接口；
参考电流输入；
3.1.2.2工作模式
的工作模式具体如表3-1所示。
表3-1
工作模式
在待机模式1下系统耗能较小，在该模式下系统所有配置字节将保留。
在掉电模式下，系统的电流消耗最小，此时
不起作用，但会将所有配置寄存器的值予以保存。
3.1.2.3工作原理
在进行数据发送时，首先自动将
配置为发送模式，此时接收节点地址TX_ADDR以及有效数据将通过时钟模块写入缓冲器之中，当端口CSN为持续的低电平信号时，TX_PLD将实现连续写入，发送时写入TX_ADDR。
在接收数据信息时，
在其配置模式下实现数据信息的接受，在接收信息时会经过一段时间延迟，在延时结束后将等待数据达到并最终接受传输的数据信息，当接受模式下检测到有效地址后，系统自动将其进行储存，此时中断标志位为高电平。
当IRQ端口输出低电平信号时将输出中断，此时时序模块会自动产生中断，并将信号传输到微处理器进行处理，若此时无接通应当，则信号接收模块将输入传输状态反应信号，当完成数据的最后一次成功接收之后，端口变为CE将输出低电平信号，此时则
进入空闲模式1。
将保持待机直到所有数据均写入寄存器之中。
有25个配置寄存器。
如下表所示。
表3-2常用配置寄存器
3.2硬件系统总体设计
系统负责超声波测距和数据处理，然后将无线传输模块发送到主机上。
当测量距离小于设定的阈值时蜂鸣器将发出警报，此时二极管将闪烁。
用户可通过按键模块来对报警距离进行设置。
3.3单片机最小系统
简而言之，单片机最小系统就是以最少的元器件组成能让单片机工作起来的系统，接下来介绍51单片机最小系统必备的器件及其作用。
首先电源这对于一个电子产品的话是必不可少，它提供能源给系统运作，在本设计中由于51单片机的工作电压在4.5~5.5V之间都可以正常工作所以我们采用了USB电源线连接手机充电器插头或者5V的移动电源给系统进行供电。
其次晶振电路，
单片机其内部含有一个方向放大器，其在该系统中构成内部振荡器，其中
为其输入端，
是输出端，在振动器外部连接陶瓷振荡器及补偿电容
、
，并由
相互并联，组成谐振电路。
在在外接振荡器时，电容
要选择
外界陶瓷振荡器时电容
要选择范围在
之间。
该系统的晶振频率通常位于
范围之内。
外接电容会对晶振频率、稳定性以及起振时间造成一定的影响。
因而要将振荡器的外接电容置于单片机旁边才能有效减少其对系统产生的影响，从而保证振荡器的工作稳定性。
3.4时钟电路和复位电路
图3-2时钟电路图3-3复位电路
复位电路是在芯片工作状态出现问题的时候，可以保证回到最原始的状态的电路。
首先，复位信号在单片机通电的时候就产生了;
然后，该信号进行传输，复位电路开始启动;
最后，芯片被还原为最开始的工作状态。
当芯片正在运行和工作的过程中，假如在外界因素的干扰下出现出错情况或者执行的程序出现故障的时候，人工按下复位按钮，这个时候，单片机就会自己重新开始执行自原始的程序。
在时钟结束工作以后，2个周期的高电平信号就会从RESET端输出，在这个时候复位成功。
一般来说，复位模式有两种，第一种是通电即可自动复位模式，第二种是可以通过一个按键来人工复位。
人工按键复位电路是本此的设计使用的，所以在电路板上存在一个专门用来复位的按键。
时钟电路是通过22PF的陶瓷片电容以及晶体振荡器所构成的，两者结合完成启动电路，为微控制器传递定时指令，控制器进行工作。
按照生成方式的差异，又能够分类成内部和外部这两种。
在芯片的外部，振荡器以及微调电容连接在XTAL1和XTAL2之间，形成一个比较平稳的自激振荡器，在引脚上输出3V的正弦波。
3.5液晶显示模块
采用LCD1602液晶显示屏。
LCD1602与单片机P0口连接，同时外接上拉电阻，通过上下两行来显示蔬菜大棚温度的设定阈值以及实测值，两者可同时限制，单片机P2.3、P2.4、P2.5分别与液晶显示模块的复位、读写和使能端口相连，数据显示参考主程序其他时序。
LCD1602液晶显示器中的每一个字符都是由5*7的点阵组成。
该显示方式具有控制简单等优势，同其他液晶控制原理相似。
显示模块电路图如图3-4所示：
图3-4显示模块电路图
3.6电源模块
由于该系统使用nRF24L01无线传输模块来实现信号在系统之间的无线传输，由于不同设备的额定电压不同，因此在电源模块中需要设置稳压器，本系统采用ASM1117-3.3V稳压器，为无线传输模块提供3.3V电源。
电源接口电路如下图所示。
图3-5电源模块电路图
3.7按键模块
按键电路十分简单明了，使用三个按键（一个是增加键，一个是减少键，最后一个是设置键）这三个键位分别与单片机芯片的PB13，PB14，PB15口相连接，从而控制数值的变化与调节。
图3-6按键模块电路
3.8声光报警模块
声光报警电路由NPN型S8550三极管驱动。
晶体管的发射极结被正偏置，集电极结被反向偏置，并且两个以上的饱和度被打开。
此时，发光二极管将会闪烁，同时蜂鸣器发出警报。
当单片机的P2~3端口输出高电平此时三极管截止，声音和灯关闭，不发出警报。
声光报警模块电路图如下所示：
图3-7声光报警电路
3.9无线传输模块
本系统中无线传输模块采用nRF24L01，共设置有两个无线传输模块分别实现无线信号的收发。
如图3-8所示：
图3-8无线传输模块电路图
4.倒车雷达软件设计
4.1主程序流程说明
在本文所设计的倒车雷达系统中最核心的模块为单片机，该系统实现测距的原理时当超声波模块发出超声波并被接收后将信息传输到单片机之中，单片机对数据进行处理和分析即可得到当前汽车与障碍物之间的距离，最后将数据传输到主机之中。
通过无线模块发出和接收超声波的时间即可计算出当前汽车与障碍物之间的距离。
该系统主程序流程图如下所示。
图4-1发射部分流程图
在无线接收模块中首先需要完成nRF24L01的初始化，随后进入大循环之中确定寄存器是否可实现中断信号的接收，若寄存器接收到终端信号，则FIFO_buffer中完成二进制数据的读取，随后将读取的信息内容在显示模块中予以显示。
显示模块程序流程图如下所示。
图4-2接收部分流程图
4.2无线传输模块设计
4.2.1无线发射模块软件设计
在进行数据发送时，首先自动将配置为发送模式，此时接收节点地址TX_ADDR以及有效数据将通过时钟模块写入缓冲器之中，当端口CSN为持续的低电平信号时，TX_PLD将实现连续写入，发送时写入TX_ADDR。
发送模块程序流程图如下图所示：
图4-3无线发射模块软件流程图
4.2.2无线接收模块软件设计
要产生导致IRQ引脚变为低电平的中断，需要将状态寄存器的中断标志位RX-DR置为高电平。
通知MCU以获取数据。
无线接收模块流程图如图4-4所示：
图4-4无线接收模块软件流程图
4.3超声波测距程序设计
使用函数功能编写超声波测距模块程序，距离为返回值。
首先给超声波模块接入电源和地，然后给脉冲触发引脚输入一个高电平方波，关闭定时器。
输入方波后，模块会自动发射出声波，回波引脚端的电平会由0变为1，当超声波发挥接收模块，引脚变为低电平，系统自动计算无线信号发送到接受的时间，并基于此来实现距离的计算。
测距模块流程图如图4-5所示：
图4-5超声波测距模块软件流程图
5.系统调试
完成系统的硬件和软件部分的工作后，生成和测试物理对象。
具体步骤如下：
步骤1：
焊接硬件电路
步骤2：
液晶显示程序被烧入接收端。
步骤3：
在单片机中写入仪表计数程序，完成显示模块和按键模块的功能测试。
步骤4：
分别将nRF24L01连接到STC89C52，写入程序后对无线传输模块的功能进行测量。
步骤5：
将不同模块进行连接，并将检测效果在显示模块中予以显示。
实物测试情况欧式如下图：
首先，整个电路通电，从机和主机的电源模块可以正常工作。
然后对显示模块和按键模块进行测试，可以
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