汽车倒车测距仪的设计.docx

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汽车倒车测距仪的设计

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设计（论文）题目：

汽车倒车测距仪的设计

摘要

随着我国经济的飞速发展，汽车的需求量急剧增加，现在家家户户拥有汽车已经成为现实。

但是随着汽车数量的增加，其引发的事故也不断的在增加。

倒车引发的汽车事故也占不小的比重，而倒车时车尾存在的盲区是其主导因素，因此解决倒车盲区是安全驾驶必须要解决的问题。

本设计采用以STC89C52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仪的硬件电路和软件设计方法。

整个电路采用模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。

各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能。

在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。

相关部分附有硬件电路图、程序流程图。

该设计通过模块的组合和软件的控制，实现了设计要求的功能，本设计在使用上面方便，成本较低，可设置最小距离，不但完成了这些功能，还达到了汽车倒车的安全指标。

【关键词】STC89C52超声波测距仪蜂鸣器LCD

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofoureconomy, thedemandforcars hasincreaseddramatically, andnoweachandeveryfamily hasacar hasbecomeareality.Butwiththeincreasingnumberofcars, theaccidents areincreasing.Reversingrearblindspotisthedominantfactorandfinallysolvedreversedeadzonesbesafedrivinghavetoresolvethisproblem.

AtthecoreofthedesignusingSTC89C52low-cost,highaccuracy,Microfiguresshowthattheultrasonicrangefinderhardwareandsoftwaredesignmethods.Modulardesignofthewholecircuitfromthemainprogram,presubroutinefiredsubroutinereceivesubroutine.Displaysubroutinemodulesform.SCMcomprehensiveanalysisoftheprobesignalprocessing,andtheultrasonicrangefinderfunction.The overallsystemdesign,hardwareandsoftware are presented.

The designof the control modules andsoftware, achievethedesignrequirementsof function.Thedesigniseasytouse,lowcostandfeasibletosettheminimumdistance.Thesefeaturesarenotonlyfinished,alsoreachedtheAutoreversesafetyindicators.

【Keywords】STC89C52UltrasonicrangefinderBuzzerLCD

前言

一、研究背景

随着我国经济的建设、社会的进步、人们生活水平的提高，汽车已经与老百姓的生活密不可分，已不再是奢侈品。

但是伴随着汽车数量的增加，其引发的事故也不断在增加。

在汽车事故中，由倒车引发的比重所占较大，而倒车时由于汽车后视镜有死角，驾驶员目测距离的误差，视线模糊等原因使汽车倒车存在极大的安全隐患，因此解决倒车盲区是关乎安全驾驶的首要问题。

通过倒车事故发生的频率远大于汽车前进时发生事故的概率。

在倒车中所发生的事故不仅会对自己造成极大的伤害，还会对家人和他人造成不堪设想的后果。

因此汽车产品家族中“倒车测距仪”应需而生。

通过调查，我们发现很多汽车驾驶员都希望自己的车能有发现汽车尾部障碍物的设备。

倒车测距仪的产生不仅满足了广大驾驶员的需求，同时也大大降低了倒车时事故发生的概率。

通过生活中长期的实际应用，证实倒车测距仪的必要性和在保证驾车安全方面所发挥的强大的功能。

二、研究现状

倒车测距仪也就是倒车雷达，在国际和国内上都有很多，超声波倒车测距系统是其中的一种比较简单实惠的倒车测距仪。

测距仪的开启是在驾驶员将汽车挂入倒车档的那一时刻开启，由超声波探头、控制分析中心、显示报警构成。

经过多年的发展，倒车测距仪已经经过了好几代的技术改造，其改造不只是外观结构上的变动改造，甚至是性能上也有很大的改变。

但是每一代都有其各自的特点。

到目前为了降低成本，用的较多的主要有数码管显示、魔幻倒车雷达和荧屏显示。

1、第一代倒车雷达

在很久以前我们看到一些货车倒车的时候会有“倒车请注意”的提示语音，但是这算不上是倒车雷达，更不要说是第一代倒车雷达。

在现在还是有少许的汽车人在使用该种提示。

因此最初的倒车雷达用的是蜂鸣器报警，它的出现也就意味着倒车雷达步入了其第一个阶段，第一代倒车雷达也在此时产生了。

蜂鸣器的倒车雷达是在倒车时开始工作的，当在车尾距离障碍物还有1.5-1.8m的时候就会触发蜂鸣器，开始发出滴滴的声音提醒驾驶员注意后方障碍物，随着距离的靠近其发出滴滴声的频率也会发生变化，距离越小则频率也就会越高。

这就是第一代倒车雷达。

其优点是简单容易，缺点是没有语音提示且没有显示具体离障碍物的距离。

因此这些便是后面改进的内容。

2、第二代倒车雷达

为了解决第一代没有显示离障碍物的具体距离，第二代倒车雷达则采用了数码波段显示，能够显示出障碍物距车尾的具体距离。

如果后方是障碍物，则在1.8m开始显示距离，而人的话则是在0.9m时开始显示。

在这一代的倒车雷达中显示有两种方式，一个是数码显示产品直接显示后方的距离数字用于驾驶员参考；而另外一个则是用波段显示，波段显示是用三种颜色来区分：

绿色则是代表后方是安全距离，及障碍物离车体大于安全值；黄色则代表警告驾驶员注意倒车，车体离后方距离已经不远需要谨慎倒车；红色则代表的是危险警报，此时的距离已达到停车的距离，驾驶员必须马上停车。

有的第二代产品是将两者相结合来提示驾驶员安全倒车，其缺点是在驾驶室不美观需要驾驶员时不时的去观察显示器，会分散驾驶员精神，出现安全隐患。

3、第三代倒车雷达

这一代倒车雷达与前面两代很不一样，在倒车雷达发展史上是质的飞跃。

这一代使用的是液晶屏模块进行显示，在屏幕上进行动态显示汽车离周围障碍物的距离，不再是以前那样只显示距离汽车尾部障碍物的数据。

这一代也并不是只有在倒车时才触发，而是汽车一发动就会显示周围的情况。

在显示屏上显示的是汽车的图案和周围情况的组合体。

其优点是安装方便，显示的东西更多更加精确，可却由于液晶显示抗干扰不强所以容易出现误报的情况。

4、第四代倒车雷达

第四代倒车雷达称之为魔幻镜倒车雷达，这一代综合了前面的几个优点，采用的是最新仿生超声雷达技术，再配上了高速微机控制，可以随时准确的测知汽车周围2m以内的所有障碍物，并以不同的声音和显示来提醒驾驶员。

这一代倒车雷达魔幻镜把倒车雷达、后视镜、温度显示、免提电话、语音功能等多项功能都整合到一起。

但是这一代倒车雷达的成本比较高价格昂贵。

5、第五代倒车雷达

第五代倒车雷达是一个影音系统，该款倒车雷达是专门为高档轿车生产的。

其在第四代的基础上增加了很多的功能，可以在显示器上观看DVD影像等娱乐功能。

三、研究方法

对于本课题的主要研究方法为查阅文献、资料、书籍、做设计等。

在研究过程中通过阅读书籍和网络资源以及向他人请教来解决遇到的问题。

其中查阅资料和文献最后再加上自己的创新为主要研究线路。

四、本研究的主要内容与论文组织结构

1、研究的主要内容和需要解决的问题

设计一个拥有微控制系统的倒车测距仪，该测距仪在汽车尾部一定距离范围内能够对汽车尾部距离尾部障碍物的距离做出显示和提醒，用LCD显示屏显示距离和不同频率的蜂鸣器进行报警。

因此研究的基本内容如下：

1选择合适的测距方法是该设备实现其功能；

2合理的选择传感器使设备达到其功能；

3控制系统单片机的合理选择，使该设备既达到功能又最简化和成本最低化；

4硬件电路设计；

5单片机系统编程的设计以及优化；

6对设计进行调试以及实际检验。

要解决的主要问题是：

1测距方式的选择。

如超声波测距的原理和使用环境对该结果的影响，以及该方式的实用性安装方法。

2单片机的选择。

由于当今的单片机种类很多，每种不同类型的单片机均有不同的侧重点，因此需要根据所需来选择一种比较有优势的控制中心，使该测距仪更加完善。

3报警系统的设计。

由于报警系统需要实时性的要求，因此在控制系统设计时必须保证报警系统的快速响应。

4传感器的硬件。

一切都应该建立在传感器采集到信号的基础上，所以必须保证传感器在快速反应同时能达到信号的准确性。

这些要求能通过硬件电路的设计来实现，因此这部分硬件关系到整个系统的优劣。

2、论文的组织结构

该论文的组织构造主要由以下部分组成：

前言。

在这一章中讲述了该课题研究的背景，研究现状以及该论文所用的研究方法和该研究的意义。

第一章为主要原器件的介绍。

这一章中介绍了本课题所用到的所有原器件的功能用法以及在整个系统中的作用。

如单片机、显示器、蜂鸣器等的介绍。

第二章为倒车设计的系统方案设计。

这一章中对整个倒车系统进行设计，其中包括超声波测距模块、LCD显示模块、蜂鸣器报警模块等组成系统的模块。

第三章为整个系统的硬件设计。

这一章中介绍了本设计的整体电路、所选用的单片最小系统、显示模块的具体电路、超声波收发模块等构成整个电路的各个模块以及各个模块在使用中需要注意的事项和选择要求。

第四章为倒车系统的软件设计。

这一章包括了软件系统的整体设计和介绍，同时也包括了各个模块的软件设计，如：

超声波收发程序，距离与时间的关系等的设计。

第五章为整个系统的调试。

在这一章中介绍了各个模块的调试，在调试的时候应该注意的问题，比如调试的顺序，如何对调试结果进行分析总结最后再做出修改。

五、本设计研究的意义

理论意义：

倒车测距仪涉及到的是单片机的控制领域和超声波测距相关领域。

在完成该课题时，必须在单片机控制方面做大量的研究，包括了单片机的内部软件设计和单片机的外围电路设计。

实际意义：

能使倒车测距仪广泛投入生活使用。

通过汽车倒车仪的距离提示和蜂鸣器产生不同频率的声音警示来提醒驾驶员进行安全倒车，为驾驶员提供倒车的安全性和降低驾驶员倒车的难度，从而减少汽车倒车事故的发生，保护广大驾驶员的生命财产安全和减少汽车安全事故带来的损失。

第一章主要原器件介绍

本章将对倒车测距整个系统中所用到的硬件进行介绍。

倒车测距仪的工作原理是通过单片机对所有模块进行控制，由STC89C52对超声波发射端发射超声波，再由超声波发射模块发射超声波等待期反射信号的到来，并且有接受端进行接受所测得的型号再传回处理控制中心，有控制中心的处理程序进行处理得到测距的结果。

再由控制中心对报警模块进行控制从而达到人机交换的目的。

在这一系列的控制中，使用的原件主要包括所用单片机、数码管、两位数码管、LED蜂鸣器等元器件。

对其工作原理和使用方法进行一定的介绍。

第一节STC89C52单片机

在整个这一章节中将对单片机进行介绍，并将详细的介绍本设计所用的单片机也就是STC89C52单片的内部结构和功能的介绍。

一、单片机

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器、只读存储器、随机存储器、多种端口和中断系统、定时/计数器等功能一起集成到一块硅片上，从而构成一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域应用广泛。

现在的速度已经比当时提高了很多倍。

1、单片机发展历史

在1971年单片机问世，发展至今经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，在早期的单片机及SCM都是4位或者8位的。

8051是其中最成功的单片机之一。

但随着工业的扩展，16位单片机也开始出现，但早期因为价格昂贵使用较少。

到了90年代的时候电子产品飞速发展，单片机技术迅速发展，32位的出现很快代替了16位。

当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。

而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

2、单片机的基本结构

单片机是由运算器、主要寄存器和控制器这几个部件组成。

其中运算器主要用于运算，寄存器用来存放数据和指令，控制器则是用来对所有的操作进行命令的下达。

（1）、运算器

运算器由算术逻辑单元（Arithmetic&LogicalUnit，简称ALU）、累加器以及寄存器等组成。

ALU是用来把传来的数据进行算术或逻辑运算，输入的是两个8位数据，分别来自累加器和数据寄存器。

ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。

运算器有两个功能：

1执行各种算术运算。

2执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试。

运算器所执行全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，并且一个算术操作产生一个运算结果，一个逻辑操作产生一个判决。

（2）、控制器

控制器有程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等，其主要功能有：

1从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。

2对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，用于执行规定的动作。

3指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。

微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联，并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口电路联接。

外部总线分为数据总线、地址总线和控制总线。

通过输入输出端口实现与各种外围设备连接。

（3）、主要寄存器

1累加器

累加器是微处理器中使用最频繁的寄存器。

在算术和逻辑运算时它有双功能：

运算前，用于保存一个操作数；运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。

2数据寄存器

数据寄存器通过数据总线向存储器和外部设备写或读数据的暂存单元。

它可以保存一条正在译码的指令，也可以保存正在送往存储器中存储的一个数据字节。

3指令寄存器和指令译码器

指令包括操作码和操作数。

指令寄存器是用来保存当前正在执行的一条指令。

当执行一条指令时，先把它从内存中取到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器。

当系统执行给定的指令时，必须对操作码进行译码，以确定所要求的操作。

其中，指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。

4程序计数器

程序计数器用于确定下一条指令的地址，以保证程序能够不间断地执行。

在程序开始执行前必须将程序的第一条指令的地址送给PC，才能保证PC指向的总是下一条即将执行指令在内存中的地址。

5地址寄存器

地址寄存器用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。

显然，当CPU向存储器存数据、CPU从内存取数据和CPU从内存读出指令时，都要用到地址寄存器和数据寄存器。

同样当CPU和外围设备交换信息时，也需要用到地址寄存器和数据寄存器。

还有很多比如单片机的应用分类以及其发展前景等等在此处不多做介绍。

可以参考有关的资料书籍。

二、单片机STC89C52

STC89C52是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。

它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位STC89C52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，STC89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

STC89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义。

单片机引脚定义图如图1.1所示。

图1.1单片机引脚图

主要性能参数：

1与MCS-51产品指令系统完全兼容

28k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器

31000次擦写周期

44.0－5.5V的工作电压范围

5全静态工作模式：

0Hz－33MHz

6三级程序加密锁

7128×8字节内部RAM

832个可编程I／O口线

92个16位定时／计数器

106个中断源

11全双工串行UART通道

12低功耗空闲和掉电模式

13中断可从空闲模唤醒系统

14看门狗（WDT）及双数据指针

15掉电标识和快速编程特性

16灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）

除此以外STC89C52还提供一个5向量两级中断结构，片内振荡器及时钟电路。

同时，STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时／计数器、串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

第二节HY-SRF05超声波模块

六、产品特点

HY-SRF05超声波测距模块可提供2cm到450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可高达3mm。

模块包括：

超声波发射器、接收器和控制电路。

基本工作原理：

1采用IO口TRIG触发测距，给一个至少10us的高电平信号；

2模块自动发送8个40kHz的方波，自动检测是否有信号返回；

3有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

测试距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2。

其主要的技术参数如下：

1使用电压：

DC5V

2静态电流：

小于2mA

3电平输出：

高5V

4电平输出：

低0V

5感应角度：

不大于15度

6探测距离：

2cm-450cm

7最高精度可达：

0.2cm

8接线方式：

VCC电源正

9接线方式：

Trig控制端

10接线方式：

Echo接收端

11接线方式：

GND电源地

12接线方式：

OUT开关量输出

七、

实物图

实物图如图1.2所示，VCC供5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出。

图1.2实物图

八、电气参数

HY-SRF05的电气规格参数如表1.1所示。

表1.1HY-SRF05的电气参数表

电气参数

HY-SRF05

工作电压

DC5V

工作电流

15mA

工作频率

40HZ

最远距离

450CM