汽車倒車雷達系統(tǒng)設計

明德學院單片機原理及接口技術課程設計院系：明德學院機電系年級：專業(yè)：班級：學號：姓名：題目：汽車倒車雷達課程設計（論文）任務及評語院（系）：明德學院機電系學號學生姓名安紅遠專業(yè)班級機自11151課程設計（論文）題目汽車倒車雷達課程設計（論文）任務課題完成的功能、設計任務及要求、技術參數(shù)實現(xiàn)功能倒車雷達又稱為泊車輔助系統(tǒng)，是車輛泊車時的安全輔助裝置。倒車雷達系統(tǒng)能夠在泊車時以聲音和指示圖形或視頻影像等方式向駕駛員反映車輛后方的環(huán)境狀況，解除視覺死角中的潛在威脅，提高車輛泊車的安全性。設計任務及要求1、分析系統(tǒng)功能，選擇單片機、傳感器和功能模塊；2、設計系統(tǒng)的硬件電路圖；3、編寫相應的軟件，完成控制系統(tǒng)的控制要求；4、上機調試、完善程序；5、按學校規(guī)定格式，撰寫、打印設計說明書一份；設計說明書應在4000字以上。技術參數(shù)：略進度計劃布置任務，查閱資料，確定系統(tǒng)的組成（1天）硬件設計（2天）按系統(tǒng)的控制要求，完成軟件設計（2天）上機調試、修改程序（2天）撰寫、打印設計說明書（2天）6、答辯（1天）指導教師評語及成績平時：論文質量：答辯：總成績：指導教師簽字：年月日注：成績：平時20%論文質量60%答辯20%以百分制計算緒論現(xiàn)如今隨著人們生活水平的提高，汽車已成為了人們出行的首選交通工具，據統(tǒng)計每年我國乃至全世界的汽車數(shù)量都在大幅增長，這很大程度上提高了人們的生活水平，促進了汽車產業(yè)的發(fā)展。但另一方面，由此引發(fā)的交通事故也越來越頻繁，特別是汽車倒車時由于其可視性不足造成的生命財產損失更嚴重。所以近年來研究汽車倒車雷達系統(tǒng)成為了一大熱門課題。倒車雷達又稱為泊車輔助系統(tǒng)，是車輛泊車時的安全輔助裝置。倒車雷達系統(tǒng)能夠在泊車時以聲音和指示圖形或視頻影像等方式向駕駛員反映車輛后方的環(huán)境狀況，解除視覺死角中的潛在威脅，提高車輛泊車的安全性。目前倒車雷達的應用十分廣泛，絕大多數(shù)車輛都已經將倒車雷達作為必不可少的標準配件。倒車雷達的運用可極大地減輕駕駛者的體力和腦力勞動強度，降低倒車難度，避免因駕駛員因方向感不強或判斷和操作失誤而引起的事故，同時它將對最終實現(xiàn)無人駕駛產生積極的意義。汽車倒車雷達是為了避免汽車倒車過程中發(fā)生碰撞，設計一種基于單片機AT89C51的倒車雷達系統(tǒng)，介紹了超聲波測距的基本原理，闡述了系統(tǒng)的結構組成、硬件電路設計及軟件設計。倒車距離用LED數(shù)碼管實時顯示，為倒車的安全性，設計了報警電路，當測出汽車尾部距離障礙物的距離小于一定值時，系統(tǒng)會報警，提示司機注意安全。經驗證，該系統(tǒng)在10—500CM時具有很高的精度，且該系統(tǒng)結構簡單，可靠性極高，實用性也很強等優(yōu)點。目前倒車雷達系統(tǒng)大多采用超聲波測距原理，通過超聲波測距裝置測取車輛后方的障礙物距離，以此為依據來判斷泊車環(huán)境。超聲波測距具有能量消耗緩慢和傳播距離遠的優(yōu)點，且不易受光線,煙霧和電磁等干擾的影響，可以再各類天氣下使用。并且利用超聲波測距原理簡單，易于實現(xiàn)，成本低廉，可靠性也好，因而廣泛應用于各類倒車雷達中。目錄一.設計內容及要求 5設計內容 6設計要求 6二.系統(tǒng)組成及工作原理分析 6系統(tǒng)組成 6圖2—1系統(tǒng)組成 6工作原理 6三.硬件電路方案設計及分析 8方案一 9方案二 10四.軟件電路方案設計及分析 13方案一 13方案二 14方案比較： 14五.實驗調試及測試結果分析 15六.實驗結論 15參考文獻 16附錄一 17附錄三 17設計內容及要求設計題目題目：汽車倒車雷達設計內容設計一汽車雷達系統(tǒng)實現(xiàn)以下三個功能：1.通過鍵盤控制系統(tǒng)的發(fā)射；2.顯示障礙物離汽車的距離；3.距離小于指定值時，系統(tǒng)報警。設計要求設計并制作簡易汽車雷達系統(tǒng)，其中需要通過鍵盤控制系統(tǒng)的進行發(fā)射，其次通過數(shù)碼管顯示障礙物離汽車的距離，再次根據顯示距離，系統(tǒng)進行自我檢測，若距離小于指定值時，系統(tǒng)自動報警，若距離大于指定值時，系統(tǒng)不報警，正常運轉。二.系統(tǒng)組成及工作原理分析系統(tǒng)組成汽車雷達系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)生器，超聲波接收器，單片機系統(tǒng)，數(shù)碼管顯示器和報警電路組成。其組成框圖如下：放大電路超聲波發(fā)射器2放大電路超聲波發(fā)射器定時器數(shù)碼管顯示單片機系統(tǒng)定時器數(shù)碼管顯示單片機系統(tǒng)檢波電路放大電路超聲波接收器檢波電路放大電路超聲波接收器圖2—1系統(tǒng)組成工作原理超聲波模塊分機械方式和電氣方式兩類，它實際上是一種，在發(fā)射端它把電能或機械能轉換成聲能，接收端則反之。本次設計超聲傳感器采用電氣方式中的壓電式超聲波換能器，它是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，產生超聲波。發(fā)射器發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播，在到達被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為t.由公式：測出的距離L（m）=常溫下的聲速340（m/s）×感應時間t（s）/2，算出被測物體的距離。通過單片機口控制超聲波的發(fā)射，同時打開定時器，定時器開始計時。超聲波接收器接收到信號經過放濾波后返回給單片機口，觸發(fā)單片機外部中斷0，通過程序取出此刻定時器的數(shù)值即為超聲波在空中的傳輸時間。其時序圖如下：圖2—2工作時序圖三.硬件電路方案設計及分析硬件電路的設計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波檢測接收電路三部分。單片機采用STC89C51或其兼容系列。采用12MHz高準確度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用端口輸出超聲波換能器所需的40kHz的方波信號，利用外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路：通過四位數(shù)碼管來顯示當前測出的距離，可以精確到毫米。為節(jié)省單片機寶貴的IO資源，顯示電路共用P0口，所以應用鎖存器來鎖存數(shù)碼管段選和位選數(shù)據，鎖存器選用74HC573,因單片機P0口驅動電流較小，所以還要利用上拉電阻來提高其驅動能力，顯示電路如下圖所示：圖3-1顯示電路復位電路：報警電路：圖3-2復位電路圖3-3報警電路方案一超聲波發(fā)射電路原理如下圖所示。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅動能力。上位電阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。圖3-3超聲波發(fā)射電路方案二超聲波發(fā)射電路：電路原理如下圖所示：其特點是40KHZ的方波要由單片機生成并且加入了發(fā)射電路的使能端，由控制使能，這樣可以有效降低干擾。圖3-4超聲波發(fā)射電路超聲波接收電路：其原理如下圖所示:由于接收到的超聲波信號十分微弱，且干擾很大，所以接收電路要求很大的放大倍數(shù)，且應有濾波電路。從圖可知超聲波由接收頭接收后先經過一級濾波，可以消除直流和低頻干擾。隨后經過多級放大，其中每級放大電路又通過電容耦合，進一步消除干擾。該電路還帶有指示燈，若接收到超聲波回波后LED會點亮。圖3-5超聲波接收電路四.軟件電路方案設計及分析系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計，主要包括主程序設計、T0中斷服務子程序、外部中斷服務子程序、距離計算子程序、數(shù)碼管顯示子程序設計等。其程序有以下兩種方案：方案一該方案通過單片機口控制超聲波的發(fā)射，利用外部中斷0來監(jiān)視回波信號，當接收到回波信號時，進入中斷程序并計算出車尾距障礙物的距離，再通過過數(shù)碼管顯示出來。其流程圖如下：圖4—1流程圖1方案二該方案有兩種測量模式可供選擇，即自動測量和手動測量模式。系統(tǒng)啟動后先進行模式選擇，長按進入自動測量，短按則進入手動測量。其流程圖如下：圖4—2流程圖2方案比較：上述兩種方案的最大區(qū)別是第二種方案增加了自動測量方式，而第一種方案只有手動測量，即通過鍵盤來控制超聲波的發(fā)射。所以第二種方案更具人性化，更方便操作，本次設計即采用第二種方案。五.實驗調試及測試結果分析在確定了電路、領好元器件之后，首先對電路進行了布局。采取的方法是分塊焊接電路，即將超聲波模塊分解為發(fā)射部分和接收部分。焊接完成后，下載程序至單片機進行調試，發(fā)現(xiàn)有如下問題：1、數(shù)碼管不顯示距離，經過調試后發(fā)現(xiàn)程序不能進入中斷程序；2、經修改后，數(shù)碼管可以顯示距離，但是只能精確到厘米。原因是程序結構有問題，即發(fā)射超聲波后未立即開啟定時器；3、程序增加手動和自動測量兩種測量模式后，通過按鍵選擇測量模式系統(tǒng)沒有給出提示，不方便操作。相應的解決方法如下：1、修改調試程序使程序能正常進入中斷；2、重新調整程序結構，使其更加精簡；3、硬件增加發(fā)光二極管，程序中加入相應的代碼，使用戶在選擇模式后系統(tǒng)能給出提示，更加人性化。六.實驗結論這是一次比較系統(tǒng)的電路設計，是一次將理論與實踐相結合的實踐。其中包括了電路的設計，資料的查找，分析問題解決問題的能力，甚至還是對焊接技術及審美觀念的一個考驗。如果不能以一種認真的態(tài)度去面對這次實踐，而只是簡簡單單的在書本之中尋找到一個電路圖，并將其簡單的焊接起來。那就失去了本次電子課設的意義了。已經選擇了電子信息工程這一個專業(yè)，那就沒有任何的理由不去提高自己的動手能力了。如今世界上的電子產品已不是單純的硬件組成了，大部分都是由軟硬件組成，軟件負責系統(tǒng)的運行，硬件則是構成電路的基礎。就如本次設計的汽車雷達系統(tǒng)，硬件電路要具備超聲波的收發(fā)，顯示，報警等功能，而軟件則將這些模塊聯(lián)系起來，從而組成一個完整的系統(tǒng)。所以我們要設計一個系統(tǒng)時，即使是個簡單系統(tǒng)，我們應該從整個設計出發(fā)，將其分解成各個功能模塊，最后再將這些功能模塊組合起來構成一個完整的系統(tǒng)，這樣可以簡化系統(tǒng)的設計。因為任何電路的設計都不是只存在一個電路。它是有各個小模塊組成的，因而在電路的設計中就必須注意將電路模塊化。這樣才能有針對性的將問題解決。如果我們不將電路模塊化，而只是一個勁的將電路焊接好來。只怕當我們焊接完檢查電路之時，我們自己都不知道從何處下手。同時，電路的焊接或多或少的存在一些問題，很少在焊接完成的時候，電路不存在任何的問題。在遇到問題時們要做的是去分析問題解決問題，而不是氣憤，埋怨。參考文獻【1】張友德.單片機微機原理.上海：復旦大學出版社，2006.【2】蔡美琴.MCS-51系列單片機系統(tǒng)及其運用.北京：高等教育出版社，2004.【3】王質樸.MC5-51單片機原理及應用技術.北京：北京理工大學出版社，2009.【4】李全利.單片機接口技術.北京：電子工業(yè)出本社，2005.【5】李群芳.單片微型計算機與接口技術.北京：高等教育出版社，2001.附錄一元件清單序號元件名稱元件型號數(shù)量單位備注1單片機AT89C511個2非門芯片CD40691個3放大器LM3241個4芯片插槽14腳插槽2個5紅外線發(fā)射探頭T1個6紅外線接受探頭R1個7發(fā)光二極管紅色LED1個8三極管S80501個9電容1只10電容1只11電容100nf1只12電容1nf1只13電阻100K3只14電阻10K2只15電阻1K3只16電阻1003只附錄三#include<>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definealarmdistance120inttime;ucharsucceed_flag;uchartimeL;uchartimeH;sbitTrig=P2^0;//輸出口sbitEcho=P3^2;//輸入口sbitdula=P2^6;//段選鎖存信號sbitwela=P2^7;//位選鎖存信號sbitdp=P0^7;//小數(shù)點sbitkey=P3^7;//按鍵選擇sbitbeer=P2^3; //蜂鳴器ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//數(shù)碼管0~9uintdistance;voiddelay(uintz) //延時程序{uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}voiddelay_20us() //維持發(fā)射端高電平20us{uchara;for(a=0;a<100;a++);}voidalarm()//報警程序{ beer=0; P1=0x0f; delay(100); beer=1; P1=0xf0; delay(100);}voiddisplay(uinty)//四位一體數(shù)碼管顯示程序{ P0=0xff; wela=1; P0=0xfe; wela=0; P0=0x00; dula=1; P0=table[y/1000]; dp=1; dula=0; delay(3); P0=0xff; wela=1; P0=0xfd; wela=0; P0=0x00; dula=1; P0=table[y%1000/100]; dula=0; delay(3); P0=0xff; wela=1; P0=0xfb; wela=0; P0=0x00; dula=1; P0=table[y%100/10]; dula=0; delay(3); P0=0xff; wela=1; P0=0xf7; wela=0; P0=0x00; dula=1; P0=table[y%10]; dula=0; delay(1); }voidinit() //測距程序的初始化{Trig=1;delay_20us();Trig=0;while(Echo==0);succeed_flag=0;EA=1;EX0=1;TH1=0;TL1=0;TF1=0;TR1=1; while(Echo==1);}voidautomes() //自動測量程序{while(1){ init();if(succeed_flag==1){time=(timeH*256+timeL)*;distance=time*;//毫米}if(succeed_flag==0){distance=0;}