超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)論文答辯

論文概述

倒車(chē)?yán)走_(dá)全稱(chēng)叫“倒車(chē)防撞雷達(dá)”，是汽車(chē)泊車(chē)安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周?chē)系K物的情況，解除了駕駛員泊車(chē)和啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除視野的死角和視線模糊的缺陷。本文描述了一個(gè)以凌陽(yáng)SPCE061A為核心，由三個(gè)超聲波測(cè)距模塊構(gòu)成的，提供語(yǔ)音報(bào)警功能和液晶顯示功能的超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六系統(tǒng)硬件框圖系統(tǒng)硬件框圖：SPCE061A轉(zhuǎn)接板語(yǔ)音報(bào)警LED閃爍報(bào)警LCD顯示模塊超聲波測(cè)距模塊

超聲波測(cè)距模塊超聲波測(cè)距模塊現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件主要有以下幾個(gè)部分：1.SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板：

①.SPCE061A最小系統(tǒng)②.電源模塊③.放音模塊2.超聲波測(cè)距模塊電路：

①.超聲波諧振頻率調(diào)理電路②.超聲波回波信號(hào)處理電路③.模組電源接口選擇電路④.超聲波測(cè)距模式選擇電路3.轉(zhuǎn)接板電路的設(shè)計(jì)①.CD4052簡(jiǎn)介②.轉(zhuǎn)接板電路原理4.顯示電路的設(shè)計(jì)：①.二極管閃爍報(bào)警電路②.LCD顯示報(bào)警電路

5.各模塊接口分配

現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板SPCE061A最小系統(tǒng)

SPCE061A最小系統(tǒng)包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊，外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復(fù)位電路（RESET）、指示燈（LED）等。有關(guān)SPCE061A單片機(jī)最小系統(tǒng)的各個(gè)模塊都做在61板中?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六1.SPCEA061A最小系統(tǒng)：現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六2.61板電源模塊

SPCE061A的內(nèi)核供電電壓為3.3V,而I/O端口可接3.3V也可接5V，考慮到超聲波測(cè)距模塊需要供電電壓在4.5V以上時(shí)才能正常工作，故使用精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板上提供的5V電源。電源模塊的電路原理圖如下圖所示?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六3.放音模塊

本系統(tǒng)中的放音模塊是利用SPCE061A精簡(jiǎn)板內(nèi)置的2路10位精度的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC將聲音數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的音頻信號(hào)輸出。其電路原理圖如下圖所示?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六超聲波測(cè)距模塊

超聲波測(cè)距模組是為方便學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)接口方面的學(xué)習(xí)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的模塊，超聲波測(cè)距模組可以方便地和61板連接。下圖為超聲波測(cè)距模組的結(jié)構(gòu)框圖：

現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六1.超聲波諧振頻率調(diào)理電路

超聲波諧振頻率調(diào)理電路原理圖如下圖所示：

本電路工作所需要的40KHz方波由SPCE061A提供，該信號(hào)經(jīng)CD4049進(jìn)行頻率調(diào)理，以使超聲波傳感器發(fā)生諧振。從電路圖可以看出CD4049是由6個(gè)非門(mén)構(gòu)成的六反相緩沖器/變換器。由于超聲波的傳播距離與它的振幅成正比，使用CD4049能使由單片機(jī)發(fā)出的振蕩信號(hào)的幅度增大一倍使超聲波傳播距離明顯的增長(zhǎng)，測(cè)距的范圍得到擴(kuò)大。現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六2.超聲波回波信號(hào)處理電路超聲波回波信號(hào)處理電路原理圖如下圖所示：由于超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量的衰減程度與傳播距離成正比，其接收到的回波信號(hào)的幅值的單位通常在毫伏級(jí)甚至更小，所以超聲波回波信號(hào)處理電路的前級(jí)就需要提供很高的放大信號(hào)，使單片機(jī)能夠正常工作。本體統(tǒng)采用NE5532搭配外圍電路構(gòu)成10000倍放大器來(lái)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大處理。經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)輸入至LM311的正端與3腳提供的基準(zhǔn)電壓相比較然后輸出，若輸出為低電平，則說(shuō)明無(wú)回波信號(hào)或信號(hào)太小，若輸出為高電平，則會(huì)被SPCE061A所接收然后做數(shù)據(jù)處理。

現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六3.模組電源接口選擇電路電源接口選擇電路如下圖所示；J7為超聲波測(cè)距模組的外部電源接口，最高電壓不要超過(guò)12V，J9為電源選擇跳線，VCC_5即為由61板通過(guò)10PIN排線引入模組的電源；VCC即為模組的放大器、調(diào)理電路供電電源。當(dāng)用戶(hù)使用61板為其供電時(shí)，要把VCC與VCC_5V短接（本方案的用法）；而使用外部電源時(shí)要把VCC與VCC_IN短接。

現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六4.超聲波測(cè)距模式選擇電路超聲波測(cè)距模式選擇電路的作用是為回波信號(hào)處理電路中LM331提供電壓比較的基準(zhǔn)電壓，其電路原理圖如下圖所示：由電路圖可知，該電路可為L(zhǎng)M311提供3組不同的電壓，分別對(duì)應(yīng)短距離測(cè)距，中距離測(cè)距和可調(diào)測(cè)距三種不同的測(cè)距模式?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六轉(zhuǎn)接板電路的設(shè)計(jì)本方案設(shè)計(jì)，會(huì)涉及到多路傳感器選通控制，所以為了可靠地實(shí)現(xiàn)硬件的連接，需要制作一個(gè)利用模擬開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)接板。超聲波測(cè)距模組在使用時(shí)，只需要兩個(gè)端口就可完成測(cè)距，一個(gè)控制超聲波的發(fā)射，一個(gè)是檢測(cè)超聲波信號(hào)的接收信號(hào)；而在超聲波測(cè)距模組中，這兩個(gè)信號(hào)都為數(shù)字信號(hào)，對(duì)模擬開(kāi)關(guān)的要求并不嚴(yán)格，所以選用CD4052作為模擬開(kāi)關(guān)器件。

現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六1.CD4052簡(jiǎn)介CD4052是一個(gè)2通道4選1開(kāi)關(guān)，由于本系統(tǒng)中只有3路超聲波信號(hào)，故只需要其中的一個(gè)通道即可。開(kāi)關(guān)接通哪一通道，由輸入的2位地址碼A0、A1來(lái)決定。A1和A0的信號(hào)由單片機(jī)程序控制“/E”是禁止端，當(dāng)“/E”=1時(shí)，各通道均不接通。其引腳圖和真值表如下所示：現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六2.轉(zhuǎn)接板電路原理轉(zhuǎn)接板電路原理圖如下：現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六顯示電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的顯示電路部分分為發(fā)光二極管閃爍報(bào)警x顯示和LCD液晶屏顯示?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六1.二極管閃爍報(bào)警電路

二極管閃爍報(bào)警電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，二極管直接與SPCE061A的I/O口相連，串聯(lián)一個(gè)限流電阻即可完成設(shè)計(jì)要求，該部分電路如下所示。

現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六2.LCD顯示報(bào)警電路

LCM1062A液晶顯示模塊能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。由于使用的LCM1602A液晶模塊已經(jīng)模塊化，外圍電路較為簡(jiǎn)單，不再給出?，F(xiàn)給出液晶屏各引腳的接線圖如下所示：其中RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器；R/W讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六各模塊接口分配

本系統(tǒng)是以SPCE061A為控制器，故以其為中心進(jìn)行接口分配。SPCE061A共有兩個(gè)I/O口，共32位。其中IOB8，IOB9兩口具有PWM脈寬調(diào)制輸出的特殊功能，IOB2，IOB3具有外部中斷源輸入的特殊功能，故設(shè)計(jì)B口的IOB2，IOB9作為超聲波測(cè)距模塊外部中斷輸入和PWM信號(hào)輸出接口。同時(shí)IOA1，IOA2，IOA3分別與LCD顯示模塊的三根控制線RS，R/W，E連接。IOB1，IOB2兩口與轉(zhuǎn)接板CD4052的A0，A1相連，用于傳感器測(cè)量通道的選通。A口的高8位作為L(zhǎng)CD顯示模塊的數(shù)據(jù)口，IOB12，IOB13，IOB14三口與二極管閃爍報(bào)警模塊的接口相連?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件部分?jǐn)M包含以下幾個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需要的功能。主程序：主程序主要負(fù)責(zé)控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，完成各函數(shù)的正常調(diào)用。功能上，該部分僅有超聲波傳感器通道選通功能，這樣主程序較為簡(jiǎn)潔，便于閱讀與調(diào)試。系統(tǒng)程序：主要包括system.c文件。其完成的功能有：系統(tǒng)端口初始化、測(cè)量結(jié)果處理、二極管閃爍刷新及LCD輸出顯示。中斷程序：主要包括IRQ.c和isr.asm文件，前者包括超聲波測(cè)距所需要的外部中斷服務(wù)代碼，顯示刷新服務(wù)代碼等。后者包括語(yǔ)音播放程序中斷服務(wù)代碼。超聲波測(cè)距程序：該部分程序主要包括ultrsonic_App.c和IRQ.c的部分文件。該部分主要完成超聲波測(cè)距的控制，輸出結(jié)果處理等功能。語(yǔ)音播放程序：主要包括Speech.c文件。該部分主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)外的語(yǔ)音播放功能。LCD初始化及驅(qū)動(dòng)程序：主要包括1062LCD.asm和LCD1602_User.h文件。該部分實(shí)現(xiàn)LCD初始化和LCD讀寫(xiě)命令等功能?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六1.主程序設(shè)計(jì)如右圖所示為主程序流程圖。由于系統(tǒng)的各功能基本由各模塊完成，所以主程序的流程并不復(fù)雜。圖中，延時(shí)部分由系統(tǒng)提供的IRQ4的1KHz中斷來(lái)提供，通道選擇即由IOB1、IOB2兩個(gè)I/O端口的輸出狀態(tài)選通CD4052的通道，以決定當(dāng)前將進(jìn)行哪個(gè)模塊的測(cè)距工作，三個(gè)超聲波測(cè)距模塊將不斷地交替探測(cè)障礙物的存在與否。

系統(tǒng)初始化通道選擇（ch）完成一次測(cè)距測(cè)距數(shù)據(jù)處理延時(shí)20msch>2?通道清零(ch=0)NY開(kāi)始YN現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六2.超聲波測(cè)距程序的設(shè)計(jì)

測(cè)距參數(shù)設(shè)定TimerB產(chǎn)生PWM波延時(shí)設(shè)置TimerB用計(jì)時(shí)延時(shí)開(kāi)EXT1外部中斷測(cè)距是否完成？Exit_flag=1?是否接收到回波信號(hào)？Exit_IRQ_flag=1?測(cè)距是否超時(shí)？開(kāi)始測(cè)距結(jié)果處理Exit_flag=0進(jìn)行一次遠(yuǎn)距離測(cè)距Exit_flag=0結(jié)束YNNYYNNYYNNY

當(dāng)調(diào)用測(cè)距函數(shù)進(jìn)行測(cè)距時(shí)，IOB9口將輸出由TimerB產(chǎn)生的40KHz的PWM信號(hào)，對(duì)于短距離測(cè)距，該信號(hào)將持續(xù)0.5毫秒左右，發(fā)出20個(gè)以上40KHz的脈沖信號(hào)。此時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)中斷，將TimerB設(shè)置為計(jì)數(shù)模式，用于計(jì)量超聲波信號(hào)從發(fā)射到接收的間隔時(shí)間；將TimerA設(shè)置為計(jì)時(shí)模式，提供避開(kāi)余波開(kāi)擾的延時(shí)，該部分的延時(shí)時(shí)間將由測(cè)試距離和PWM信號(hào)發(fā)射信號(hào)的持續(xù)時(shí)間來(lái)決定，對(duì)與短距離測(cè)距，本系統(tǒng)的延時(shí)時(shí)間在0.3毫秒左右。經(jīng)過(guò)延時(shí)，打開(kāi)EXT1外部中斷，TimerB開(kāi)始對(duì)回波信號(hào)的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)EXT1檢測(cè)到回波信號(hào)的脈沖時(shí)，會(huì)在中斷服務(wù)程序中讀取TimerB的計(jì)數(shù)值。該計(jì)數(shù)值經(jīng)過(guò)處理?yè)Q算即可得到相對(duì)于障礙物距離。若EXT1沒(méi)有接收到回波信號(hào)會(huì)重新設(shè)置參數(shù)，再進(jìn)行一次較遠(yuǎn)距離的測(cè)試，其工作流程與短距離測(cè)距完全一致。若兩次測(cè)試EXT1都沒(méi)有接收到回波信號(hào)則表明系統(tǒng)工作范圍內(nèi)無(wú)障礙物。

現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六

3.語(yǔ)音播放程序的設(shè)計(jì)

開(kāi)始是否超過(guò)3秒開(kāi)語(yǔ)音中斷中斷初始化語(yǔ)音播放初始化停止播放播放服務(wù)程序結(jié)束當(dāng)前播放結(jié)束？NNYYNYYN從流程圖上可以看出，為了避免多次語(yǔ)音播放重復(fù)和播放過(guò)于頻繁，在語(yǔ)音播放之間添加了基于IRQ5的2Hz中斷來(lái)進(jìn)行延時(shí)。只有當(dāng)距離上次語(yǔ)音播放的時(shí)間間隔超過(guò)3秒時(shí)，下一次的語(yǔ)音播放才會(huì)被系統(tǒng)允許。

現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有24頁(yè)\編輯于星期六

4.二極管閃爍程序的設(shè)計(jì)開(kāi)始初值是否為0？計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)輸出狀態(tài)取反結(jié)束是否溢出？YYNN