基于超声波测距的倒车雷达.doc

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滨州学院本科毕业设计（论文）

·

毕业设计（论文）

题目

基于超声波测距的倒车雷达

系（院）

光电工程系

专业

电子信息科学与技术

班级

2011级1班

学生姓名

***

学号

**********

指导教师

**

职称

讲师

二〇一五年五月十八日

I

独创声明

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律后果由本人承担。

作者签名:

二〇一二年六月十八日

 毕业设计（论文）使用授权声明

本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。

本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。

（保密论文在解密后遵守此规定）

作者签名:

二〇一二年六月十八日

基于超声波测距的倒车雷达设计

摘要

本文设计了一个基于超声波测距的倒车雷达系统，他可以帮助驾驶员获得小距离的视野盲区的障碍物信息，实现障碍物的距离实时传送，并在距离过近时给与警报。

本设计采用AT89S52单片机作为该系统的主控芯片，超声波的发射与接收，距离显示以及报警都在单片机的指挥下统一协调工作。

另外，为了保证测距的准确性，还加入了声速修正，使得测距更加精确。

本设计使用C语言为编程语言，使用keil软件为编译器，再将编译好的hex文件放入Proteus仿真的单片机中，配合外围电路完成仿真。

关键词：

超声波，倒车雷达，单片机

Reversingradardesignbasedonultrasonicranging

Abstract

Tohelpthedrivergettheobstacleinformationofthesmalldistancevisualfield,obstaclestoachievereal-timetransmissiondistance,andandgivethealarmwhenthedistanceisclose.thedesignusesAT89S52microcontrollerasthemainchipofthesystem,thetransmissionandreceptionofultrasonic,distanceandalarmareunifiedandcoordinatedunderthecommandofSCM. Inordertoensuretheaccuracyoftheranging,thespeedofsoundisadded,whichmakesthedistancemeasurementmoreaccurate.. ThisdesignusesClanguageforprogramminglanguage,usingkeilsoftwareasthecompiler,andthencompiledthehexfileintotheProteussimulationmicrocontroller,withtheperipheralcircuitsimulation.

Keywords:

ultrasound;automobile-reversingrader;MCU

I

目录

摘要 I

引言 1

第一章系统设计方案 2

1.1超声波测距原理 2

1.2系统总设计 3

第二章系统硬件设计 4

2.1超声波发射模块 4

2.2超声波接收模块 5

2.3单片机模块 6

2.4报警模块 7

2.5显示模块 8

2.6声速修正 10

第三章系统软件设计 11

3.1系统主程序 11

3.2超声波发送及接收中断程序 12

第四章软件仿真 14

4.1软件仿真 14

结束语 17

参考文献 18

致谢 19

附录 20

引言

随着当今社会的不断发展，汽车已成为了人们出行的首要交通工具，据统计每年全国各地的汽车使用量都在大幅度增长，这很大程度上方便了人们的出行，促进了汽车行业的发展。

但汽车数量的增加，也使得各种各样的汽车碰撞事故的增加。

特别是汽车倒车时由于其后视性不足造成的生命财产损失更为严重。

倒车雷达，简单的说就是汽车在停车或倒车时能够提供帮助的一种装置。

它能以声音或高级一些能够以图像直观的显示告知汽车驾驶员倒车过程中车的正后方、侧面的障碍物情况，使驾驶员更好的了解汽车周围障碍物情况，减少了因视觉盲点带来的不必要的损失及伤害。

倒车雷达的工作原理：

当驾驶员挂入倒挡时，倒车雷达装置启动，装置内的超声波发射模块发出超声波，超声波遇到障碍物反射回来，接收模块接收到超声波，单片机根据超声波传输的时间，计算出车与障碍物之间的距离，并将距离报告给驾驶员，驾驶员根据实际情况做出相应操作。

0

第一章系统设计方案

1.1超声波测距原理

超声波是一种频率较高的声波，一般来说频率高于20kHZ，它的方向性强，获得的声能比较集中。

超声波测距原理：

超声波发射模块在单片机方波信号激励下产生并发射超声波，在超声波发射的同时给与计时，超声波在传播过程中遇到障碍物就会反射回来，接收模块收到反射回来的超声波计时停止。

设s为测量距离，t为超声波发射到接受所需要的时间，超声波的传播速度为v，则可知s=vt/2。

在超声波测距的过程中，会有很多因素影响测距的准确性，其中最主要的就是余波信号，这个问题我会在软件设计中介绍并解决。

1.2系统总设计

本系统采用模块化设计，根据功能及作用的不同，可以分为六大模块，即超声波发射模块、接收模块、声速修正模块、单片机模块、显示模块和报警模块。

各模块都与单片机模块相连，在单片机的指挥下统一协调工作。

图1.1倒车雷达系统框图

以单片机P1.0端口作为输出口，产生40KH的间断方波信号，方波信号进入超声波发射模块，经换能器处理发出超声波，同时单片机启动定时器开始计时，超声波遇障碍物后反射，由超声波接收模块接收，并转换为单片机可处理的信号，与此同时停止计时，单片机内的计时器计算从发射超声波到接收到超声波之间的时间差t，通过声速修正得到超声波此时的传播速度v，得出超声波的传输距离，即汽车与障碍物之间的距离s=vt/2.显示模块实时显示车与障碍物之间的距离，当s小于设定值时，报警模块进行报警。

第二章系统硬件设计

2.1超声波发射模块

AT89S52通过外部引脚P1.0输出脉冲频率为40kHz的脉冲通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波换能器从而发射出超声波。

图2.1超声波发射电路

由单片机提供的40kHZ脉冲，在超声波发射模分成两路，一路经过一个反相器进入超声波换能器的一个引脚，另一路通过两个反相器进入超声波换能器的另外一个引脚。

用这种推挽的方式将单片机提供的脉冲分别加到超声波换能器的两个引脚能够增强超声波的发射强度。

本设计采用的是压电式超声波换能器，它能进行声电转换，超声波换能器内部有两个压电晶片和一个共振板，压电晶片在电脉冲的激励下就会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这称为逆压电效应。

在没有电压的情况下，共振板接收到超声波时，产生共振，压电晶片就会被迫振动，将机械能转化为电信号，这称为正压电效应，正压电效应一般用于超声波的接收。

2.2超声波接收模块

由于超声波经障碍物反射回来之后，强度大大的衰减，并且存在很多干扰信号，所以必须对接收到的超声波信号进行放大，检波，除噪等处理，在转换为单片机能可以处理的信号。

考虑到以上各种情况，可以使用CX20106A集成电路，CX20106A是索尼公司的一款芯片，这是一款红外信号接收芯片，内部包括检波、除噪、放大电路。

另外在电路中使用集成电路可以减少与其他电路之间的相互干扰。

图2.2CX20106内部结构框图

图2.3超声波接收电路

由接收电路图所示，CX20106芯片总共有8个引脚，引脚1用于超声波的输入，引脚4接地，引脚8接电源，引脚2外接了一个电阻R2与电容C7并接地，构成了RC串联网络，改变R2和C7可以改变放大器的增益。

引脚3与地之间加了一个电容C8，可用于电路检波。

引脚5通过一个电阻R3与电源相连，可以用来设置滤波器中心频率。

引脚6结构与引脚3相似，而引脚6中的电容可以改变探测距离。

引脚7外加一个上拉电阻到电源，而且输出信号到单片机引脚。

2.3单片机模块

本设计在选用处理器方面选用的经典的5l系列单片机的AT89S52单片机。

AT89S52单片机不仅功耗低而且性能还很高。

AT89S52具有以下性能：

8k字节闪存，256字节随机存储，32个可编程I/O接口，双数据指针，三个16位定时器/计数器，8个中断源，掉电标识符，掉电后中断可唤醒。

单片机最小系统：

任何一个控制器完成其基本的功能都不可缺少其工作的最小系统。

如图2.4

图2.4单片机最小系统

电源、时钟电路、复位电路组成了该系统的最小系统。

电源：

对于一个电子设计来讲，电源是整个系统首先要解决的问题，稳定可靠的电源是系统平稳运行的基础和前提。

最小系统的供电可以选择计算机的USB供给也可以选择稳定的5V电源供给。

电源电路中接入了发光二极管，当电源接通后就会发亮，用于电源指示。

时钟电路：

由图可以看出本系统采用的是内部时钟方式，通过在引脚XTAL1和XTAL2两端跨界晶体或陶瓷谐振器，再与芯片内部的振荡电路相结合，就构成了自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。

另外，晶体和电容与单片机芯片靠近安装会减少寄生电容，有利于振荡器更好的工作。

复位电路：

复位是单片机的初始化操作，为了使CPU或系统中其他部件都回到初始状态，所以在单片机在启动时，都要先复位，并从初始状态开始工作。

单片机的复位只需要RST引脚端持续2个机器周期以上的高电平。

本系统采用的是按键复位，即在复位电容旁边并联一个开关，当按下开关时RST连接到高电平，此时电容充电，会保持一段时间的高电平使单片机复位。

2.4报警模块

在众多的报警电路中，选用了最为广泛的蜂鸣器，因为蜂鸣器价格比较便宜，而且接线方便。

有源蜂鸣器和无源蜂鸣器是蜂鸣器的两种类型。

其中有源蜂鸣器内部带有震荡源，只需一通电就会发出声音，无源蜂鸣器则与有源蜂鸣器相反内部没有震荡源，如果采用直流信号不能使它发出声音，必须用2khz到5khz的