【基于單片機的汽車倒車雷達系統(tǒng)設計7800字（論文）】

基于單片機的汽車倒車雷達系統(tǒng)設計摘要當代，越來越多的人有汽車，在停車場、車庫、馬路邊停車時，駕駛人員在倒車過程中會遇到各種各樣的問題，最大的問題就是不知道車后有沒有東西，距離障礙物的距離不知道。這些種種問題可能會導致倒車事故的發(fā)生。雖然現(xiàn)在汽車有后視鏡可以看到車后的大概情況，但是不能夠直觀具體的告訴駕駛人員具體的情況。因此研究車后探測障礙物并顯示其具體的距離和報警的雷達是熱門的研究課題。本文提出了一種基于單片機的超聲波測距雷達技術，以減少汽車倒車碰撞的可能性，并描述了一種避免反向碰撞的系統(tǒng)設計。從駕駛的角度來看，本文基于超聲波測距原理。AT89C51單片機是采集各種傳感器信號、分析和實現(xiàn)各種超聲波帶寬功能的控制核心。該系統(tǒng)允許駕駛員在通過車載系統(tǒng)倒車時設置最大安全距離。倒車時，系統(tǒng)可以使用傳感器監(jiān)控車輛，倒車時，它可以檢查里程并提醒駕駛員安全參數(shù)和距離設置的差異。關鍵詞：AT89C51；超聲波測距；倒車雷達目錄TOC\o"1-2"\h\u31985第一章緒論 II第一章緒論第一節(jié)設計背景自從數(shù)字計算機在上世紀中葉誕生以來，電子信息技術的發(fā)展歷經了很多次的重大變革，人類社會隨著工業(yè)化及電子信息化技術的高速發(fā)展而邁入了新知識經濟時代，數(shù)字計算機技術和英特網技術的廣泛應用，進一步推動了辦公自動化技術的繁榮發(fā)展。進入21實際以后，自動化技術逐漸的邁向人工智能的技術方向，人工智能技術已經已經在日常生活的方方面面中被廣泛應用，特別是在汽車領域，人們對汽車智能化的需求會不斷，汽車工業(yè)為了實現(xiàn)智能化而使用了嵌入式的系統(tǒng)嵌入式的特點就是它能與整個系統(tǒng)相互呼應在一起，而不是單獨存在的，這就是它與計算機的不同之處，它被應用的地方非常廣泛，比如系統(tǒng)和設備里面，它與它們共同構成一個有機的組成部分。最近這些年以來，我們國家各個城市之間的交通通行壓力日益嚴重。而導致的交通事故逐漸遞增，這樣成為了人們日常出現(xiàn)所要面對的重要問題，在車輛的日常使用當中，不可避免會出現(xiàn)各類事故情況，其中事故概率發(fā)生最高的是在車輛進行倒車操作的時候。在倒車時，由于倒車鏡存在視線死角，因為各種不同的因素引起的實現(xiàn)模糊等，都是引起在駕駛員倒車過程中出現(xiàn)事故的主要原因。為了解決這種問題，避免在倒車中發(fā)出碰撞的交通事故，設計了一款基于微型處理器的倒車報警系統(tǒng)。微處理器倒車報警系統(tǒng)，即為日常所說的倒車雷達，其作用是通過聲音或者顯示屏等方式輔助駕駛員進行倒車操作，幫助駕駛員避開車輛后方及停車地點附近的障礙物。倒車雷達算是汽車一直輔助的安全設備，它可以解決我們在駕駛汽車中的一大痛點，就是倒車的問題，以往駕駛員都是通過探頭的方式觀察后方的情況，特別是在惡劣天氣的情況下是及其的不方便，并且容易發(fā)生危險，有了倒車雷達，這些問題都可以解決，及時汽車行業(yè)的進步也為司機提高了方便安全的駕駛體驗。第二節(jié)設計意義本次設計是結合市場前景與市場需求和相關的技術，進行設計價格不貴，使用方便的倒車雷達。它在整個倒車過程中充分發(fā)揮著它的價值，它可以非常準確的檢測和非常完美的呈現(xiàn)出來具體的數(shù)值，同時，在倒車時低于設定的安全距離會發(fā)出語音報警，提醒駕駛人員及時剎車。本設計投入實際應用后對于各類公共汽車、載貨運輸汽車等視野存在嚴重盲區(qū)的大型汽車具有非常好的輔助駕駛功能，減少其因為不良的駕駛視野所可能發(fā)生的駕駛事故。第三節(jié)倒車雷達發(fā)展現(xiàn)狀在我國，汽車在超聲波倒車雷達上的研究起步是比較晚，這也使的我國擁有超聲波倒車雷達的汽車幾乎都是一些外資車，像寶馬，奔馳這些車。但是隨著我國的研究發(fā)展，現(xiàn)在幾乎每輛車上都擁有了超聲波倒車雷達。通過這么多年的發(fā)展，目前已有六代倒車雷達系統(tǒng)，他們各有其的優(yōu)點。以下乃各代倒車雷達系統(tǒng)的介紹：一代：第一代是通過喇叭來進行傳遞信息，駕駛人員在倒車時，會有喇叭會發(fā)出聲音，例如“倒車請注意！”這樣的提示來提示周圍的人這里正在倒車，請他們小心。但實際效果并不好，對駕駛人員的幫助不大。雖然他現(xiàn)在很便宜，主要幾十塊錢，但他基本是淘汰產品，汽車是看不見他了，只有一些三輪車上還有。二代：第二代是以蜂鳴器來提醒，大概的原理是在倒車的時候，車位距離物體有一定的距離時，蜂鳴器就會工作響起來，會發(fā)出“滴滴”的聲音，發(fā)出聲音的頻率也會隨著車后到障礙物的距離的接近而變得急促。第二代雖然比第一代好，有一個大概的距離感，但還是不夠具體，并不能夠知曉車位距離障礙物真正的距離。三代：第三代是數(shù)碼波段顯示，他能夠顯示距離了。比前兩代好的不止一點。他有兩種顯示方法，一種是他用顏色來顯示測量與物體之間的距離。綠色顯示的安全距離，物體距離車輛比較遠。黃色顯示的是警戒距離，物體距離車輛比較近，要求駕駛人員倒車的時候要注意。紅色顯示的是危險距離，提示駕駛人員不能再倒車了，物體已經很接近車尾了，必須停車。另一種是在LED上顯示與目標物體的距離有多近，但是不那么精準，而且不美觀，難看。四代：第四代倒車雷達能夠在液晶熒屏上顯示，這一代相當于前幾代來說是質的飛躍。因為在液晶熒屏上能動態(tài)顯示出車輛與物體間具體的距離。在發(fā)動汽車后，就能顯示汽車周圍的具體情況，而且圖形清晰，安裝也很方便，外觀也好看。但他有一個缺點，不怎么能夠抗干擾，經常性誤報。五代：第五代是魔幻境倒車雷達，他有著前幾代的所有優(yōu)點，也有自己的優(yōu)點。他可以精準的探測出2米之內的物體，并且用清晰的圖形以及不同的聲音提醒告訴駕駛人員。雖然他很好用但他的價格就比較昂貴了。六代：第六代是無線倒車雷達，傳統(tǒng)的倒車雷達安裝比較麻煩，第六代通過無線連接，很好的解決了，倒車雷達安裝繁瑣的問題。第四節(jié)主要設計內容本課題主要進行的是基于單片機的倒車雷達系統(tǒng)的設計，在對倒車雷達系統(tǒng)進行了全面的了解在掌握它實現(xiàn)原理的基礎上完成硬件和軟件的設計，以AT89C51單片機作為最主要的控制器，運用超聲波傳感器功能模塊對障礙物進行檢驗和采集數(shù)據(jù)，AT89C51單片機處理后的數(shù)據(jù)通過液晶顯示屏實時顯示距離，當小于安全距離語音報警。具體內容如下：（1）通過查閱倒車雷達系統(tǒng)的相關資料，確定系統(tǒng)方案；（2）進行具體的AT89C51單片機控制電路的設計，實現(xiàn)所要求的功能；（3）進行超聲波模塊電路的設計，實現(xiàn)距離的測量；（4）進行軟件程序的設計。第二章系統(tǒng)總體方案設計第一節(jié)系統(tǒng)硬件選擇（一）單片機的選擇單片機的選擇方面上我選用的是AT89C51。理由如下：AT89C5151單片機具有的功能很多，他的抗干擾能力也很強，成本也低，所需要的能耗也低。而且能夠滿足單片機開發(fā)的要求，使用者能夠根據(jù)自身的需求選擇多種常用的性能，來完成實驗的目的或者教學的目的。這是他的種種優(yōu)點，再根據(jù)自己所學習的知識，因而我選用的是AT89C51。（二）語音報警器的選擇語音報警器我選用的是蜂鳴器。因為在設計中只需要有簡單的報警聲音就可以，所以直接用簡單的蜂鳴器就可以實現(xiàn)。（三）顯示模塊的選擇顯示模塊我選擇的是LCD數(shù)碼管。理由如下：LCD數(shù)碼管可以直接和51單片機相連，電路連接簡單，而且該模塊的顯示效果也很好。第二節(jié)總體方案設計本系統(tǒng)的設計主要由AT89C51單片機、LCD數(shù)碼管、聲音報警模塊、按鍵模塊組成。AT89C51單片機是這個系統(tǒng)的控制中心，起到的作用是負責整個系統(tǒng)的信號處理，還有超聲波模塊的驅動，還有LED數(shù)碼管的驅動和報警模塊的驅動；超聲波模塊負責的是在車后發(fā)出超聲波信號來探測障礙物，然后把反彈回來的超聲波信號進行接受，之后把信號傳遞個控制中心。這個模塊是實現(xiàn)倒車雷達的核心部件；LCD數(shù)碼管為顯示模塊，他主要用來顯示車輛與障礙物之間的間隔，實時告訴駕駛人員車尾和物體之間的距離；聲音報警模塊是用來提示駕駛人員的，當車尾與障礙物距離小于自己所設置的安全距離時，會發(fā)出“滴滴滴”的報警信號，以此來提示駕駛人員要注意安全，車尾距離障礙物已經很近了；按鍵模塊是用來設置安全距離的，他是由四個按鍵組成，分別是S1鍵,S2鍵,S3鍵和S4鍵。S1是復位鍵,S2按鍵距離設定鍵，S3鍵是設置距離增加1cm的按鍵，S4鍵是設置距離減1CM的按鍵。下圖2.1是倒車雷達的總體硬件電路基本設計框圖?；镜倪\行流程為：給整個系統(tǒng)接上電源后，AT89C51單片機驅動超聲波測速模塊，它就會發(fā)射超聲波信號，過段時間接收到物體反彈的超聲波信號，經過信息處理再傳回單片機，之后單片機只需要經過簡單的計算就可以得到超聲波發(fā)射位置距離障礙物的具體距離，然后驅動LCD數(shù)碼管顯示距離。當所得到的距離，小于所設定的間隔時，蜂鳴器就會工作，提醒駕駛人員不能再倒車了。安全距離是提前通過按鍵模塊來設置的。AT89C51AT89C51超聲波測速模塊LED數(shù)碼管顯示蜂鳴器按鍵驅動電源圖2.1電路基本框圖第三章系統(tǒng)硬件電路設計基于單片機的測距報警器是一種單片機系統(tǒng)，它的數(shù)字顯示屏可讓在運行過程中通過車速表電路了解汽車當前的退出距離。當達到自調節(jié)倒車極限時，駕駛員將通過離開報警電路知道車輛當前處于倒車危險中。司機看到警報后，會及時做出反應，做出調整，確保人身安全。單片機將微機的默認值與實際值進行比較。如果超過系統(tǒng)輸入設定的最大值，則可以估計汽車的安全倒車距離并發(fā)出報警信號。第一節(jié)單片機系統(tǒng)電路（一）單片機最小系統(tǒng)電路對于低壓處理器，AT89C51單片機始終是一些大型控制電路的首選。單片機存儲256字節(jié)的RAM。該設備使用高密度和不穩(wěn)定的內存技術。它還具有一個4K字節(jié)CMOS單片機和一個高性能16位計數(shù)器，可以從程序中讀取數(shù)據(jù)。如果單片機將進入復位循環(huán)模式，則復位電路必須設置為高電平。復位單片機時，程序將從第一條指令重新開始。圖3.1單片機最小系統(tǒng)（二）時鐘模塊硬件電路DS1302上的數(shù)據(jù)從最低有效位0開始。執(zhí)行8位控制命令后，在脈沖的下一個邊沿讀取數(shù)據(jù)值。S1302是一款低功耗、高性能的實時芯片。只需要三根線就可以連接到單片機。它采用三線SPI接口同時連接CPU，傳輸多個字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)或時序信號。本系統(tǒng)的定時電路常用于芯片最小的微機系統(tǒng)中，因此所設計的電路是非?？尚泻头€(wěn)定的。圖3.2模塊電路時鐘硬件圖（三）復位電路復位信號高電平有效。單片機可以通過在9腳上加2us以上的電平來實現(xiàn)復位功能。當在RST引腳產生準確的脈沖時，可以有效地執(zhí)行手動復位和自動調諧。來自T89C51的返回信號應通過RST引腳用于單片機IC上的施密特觸發(fā)器。電容器兩端的電壓逐漸升高，RST引腳兩端的電壓下降。當電平下降時，單片機恢復正常。這稱為上電復位。在12MHz時，C7通常接受22F，R2可以處理1kΩ，執(zhí)行復位功能需要2μs以上。圖3.3晶振電路與復位電路（四）振蕩電路XTAL2端子是放大器輸出。如果外接晶振接在兩個電容上，XTAL1和XTAL2必須經過它。周期機械信號由系統(tǒng)時鐘信號中的變頻電路脈沖產生，ALE信號由前兩個頻率中的三個頻率產生。下面的圖3.4顯示了振蕩電路。圖3.4振蕩電路第二節(jié)外接采集節(jié)點模塊電路根據(jù)電路圖，系統(tǒng)可分為鍵盤、屏幕和聲音四部分。所有組件協(xié)同工作，實現(xiàn)倒車報警控制功能。（一）顯示電路設計LCD1602采用液晶顯示，控制系統(tǒng)無需電腦即可正常運行。顯示電路主要是手動調整小車的運行和當前參數(shù)。圖3.5LCD顯示原理圖與具有相同圖形網絡的晶體單元相比，液晶單元的結構遠小于硬件或顯示電路的結構，單位成本略低于圖形單元，與液晶單元相同網絡，該系統(tǒng)允許通過鍵盤設置和良好的人機交互來交換信息。（二）蜂鳴報警器傳聲器的聲音檢測模塊作為探測器的內部阻力大幅下降電話筒的方向流過水平轉換電路改變晶體管實現(xiàn)聲音的目的來確定是否健康。三極管采用8050NPN型晶體管它的基礎連接到端口P2.6。如圖3.6所示，當它是高的三極管是開的，當它是低的三極管是關的，如果速度讀數(shù)太高，提示蜂鳴器報警。圖3.6蜂鳴器與單片機的接口電路圖報警電路如圖3.6所示。P2MCU、端口P2.3到P2.6和四個LED端口控制P2和信令。（三）WSB接口電路用于從系統(tǒng)拍照的相機有USB接口，所以相機必須有USB接口。3C2440A有兩個USB主機控制器和一個USB設備控制器。需要一個USB接口來連接外部USB攝像頭。因此，必須使用USB主機控制器。USB接口有四個DATA+和DATA信號通道，VCC和GND電源線，兩條電源線和兩個信號通道。數(shù)據(jù)傳輸方式為串行傳輸。最新的高速USB和USB2.0轉480Mbps接口可以滿足不同行業(yè)和人群的需求。USB輸出電壓和電流：+5V，500mA。事實上是有區(qū)別的。最大值不應超過+/-0.2V或4.8至5.2V。請勿使用USB接口，而是上下移動。USB設備或主機芯片在使用時會燒壞。USB接口需要保護電路，以防止USB接口因過流、過壓ESD對USB接口瞬變而損壞。第三節(jié)超聲波測速模塊（一）超聲波發(fā)射模塊該軟件生成系統(tǒng)中使用的測量單位的超聲波信號。因此，超聲波換能器在將超聲波電信號轉換為機械波之前，通過將超聲波電信號轉換成合適的驅動電路來產生超聲波換能器。圖3.7顯示了此過程的超聲波換能器配置。圖3.7超聲波發(fā)射電路（二）高頻變壓器的設計變壓器是改變線電壓的裝置，當交流電施加到主繞組時，磁芯產生交流電，次級繞組可以產生感應電壓。磁通量的密度由磁芯的材料決定。對于此模型中使用的變壓器，磁通密度理論上可以為正值或負值。圖3.8升壓發(fā)射電路圖（三）超聲波接收電路處理模塊1.精密放大電路接收電路接收到超聲波信號后，對其進行處理，產生包含流量信息的模擬信號，饋入數(shù)字信號處理電路進行進一步處理。為此，接收器必須通過二極管上的二路限流連接器安裝在一個盒子中，然后才能準確地放大信號放大器的輸入電壓，以保護下一個放大電路。如圖3.9所示：圖3.9前置放大電路2.帶通濾波電路如圖3.10所示，在帶寬濾波器中使用內置的實用放大器來構建受控次級電壓傳輸濾波器電路。圖3.10帶通濾波電路第四節(jié)系統(tǒng)總電路圖圖3.11系統(tǒng)總電路圖第四章系統(tǒng)軟件設計第一節(jié)單片機編程語言的選擇51系列單片機支持BASIC、PL/M、匯編和C語言。C語言是一種典型的UNIX操作系統(tǒng)語言，C語言被稱為結構語言。與語法語言相比，C語言具有以下優(yōu)點：首先，C語言不需要理解MCU的指令集，這是對MCU的基本理解。該存儲結構為C語言編程提供了豐富的數(shù)據(jù)和操作庫，不僅可以加快計算速度，而且可以提供更高的轉換效率和直接控制。其次，C語言被稱為結構化編程語言。自頂向下的C語言編程技術是一種模塊化結構。用戶可以使用模塊化編程技術開發(fā)C語言軟件。系統(tǒng)開發(fā)通常非常有用。它可以顯著地優(yōu)化程序，縮短、優(yōu)化和延長嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)周期，深入理解MCU的接口結構。本部分將選擇用C語言制作51系列微機，使程序員能夠設計更復雜的應用軟件，而不必在分配內存、浪費時間等這些低級任務上花費大量精力。那么非常大在某些方面軟件開發(fā)的速度更快。因此，本文本系統(tǒng)采用C51語言開發(fā)系統(tǒng)軟件。具有匯編語言功能，靈活易讀，更適合移植芯片微機軟件。第二節(jié)主流程圖設計下圖4.1中的軟件包括兩個主程序和一個終端維護程序。主程序檢查超聲接收/發(fā)射序列，完成開機，中斷編輯程序，讀取時間值。當執(zhí)行操作并在三個方向上發(fā)射超聲波信號以計算距離時，在程序結束的點上，發(fā)射被計時器中斷。圖4.1超聲波防撞系統(tǒng)的軟件設計實際測量距離的結果以十進制代碼的形式傳輸?shù)絃ED顯示屏，持續(xù)約0.5秒，之后用超聲波脈沖重復前面的測量步驟。主程序采用C語言編寫，簡化了距離計算和程序結構。第三節(jié)倒車雷達報警器子程序設計（一）數(shù)據(jù)采集處理子程序圖4.2A/D轉換子程序流程輸出多路復用器通過單片機接收多路復用器的位移日志地址。上述擴展過程可以將數(shù)據(jù)從模擬轉換為數(shù)字。數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)值過濾、十進制轉換和表格搜索。對數(shù)據(jù)進行過濾、十進制轉換等處理后，找到表格數(shù)據(jù)顯示字體大小。程序方案如圖4.2所示。（二）中繼子程序圖4.3安全距離的中繼子流程圖系統(tǒng)顯示例程必須顯示測量數(shù)據(jù)以確定速度測量數(shù)據(jù)是否正確。此型號專為50厘米以下的安全測量而設計，并在屏幕上顯示兩位小數(shù)。也就是說，它使用3位數(shù)字顯示。使用軟件消除和控制振動，這稱為延遲子程序。這允許芯片更好地處理振動問題。這是因為在模數(shù)轉換單元的幫助下，芯片的微數(shù)據(jù)可以以十六進制格式存儲，LED顯示要求可以轉換為BCD碼，如圖4.4所示。圖4.4LED顯示子程序流程圖（三）報警子程序程序設計蜂鳴器的兩個保險絲內有一個3～15V的恒定電壓，產生大約3kHz的噪音和聲音振動，之后就可以使用晶體管驅動器了。報警處理時序如圖4.5所示。圖4.5報警程序流程圖第四節(jié)超聲波測距軟件設計超聲波測距儀測量車輛后方到車輛后方障礙物的距離，并根據(jù)預定義的串行通信協(xié)議將數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送到中央ARM系統(tǒng)。超聲機的主控微控制器是搭載AT89C51芯片的微控制器，程序模塊模型為MCU程序。超聲掃描儀使用TZAT89C51的內部時鐘通過P1.0引腳向超聲發(fā)射器電路發(fā)送40KHz方波。引腳P3.3(INT1)AT89C51用作接收器輸入引腳，當接收到回波時停止接收器。超聲波測量程序如圖4.6所示。圖4.6超聲波測距軟件設計流程圖在超聲波的傳播過程中，由于超聲波的全身、環(huán)境和性質，不可能只發(fā)射一種超聲波。要獲得準確的超聲波，通常需要發(fā)送多個超聲波，超聲波組由8-10個超聲波組成?；夭ㄏ到y(tǒng)具有死區(qū)測量功能。在此期間，系統(tǒng)無法檢測到回聲。250μs的延遲用于發(fā)射10個超聲波形成超聲矩陣，1ms的延遲用于防止盲點檢測?；夭y試用于確定超聲波是否已停止，是否未檢測到障礙物，或者時間是否在距障礙物一定距離處停止。有信號1時，干擾為回波干擾，有信號2時，干擾為40毫秒。該系統(tǒng)通過串行接口將距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)街饕幕ヂ?lián)網系統(tǒng)，測量旅行時間并計算距離。系統(tǒng)初始化和初始化各個協(xié)議的值，設置定時器功能，輸入定時器初始值，激活串行接口速度設置。該系統(tǒng)使用T2微控制器生成包含超聲波信號和T1定時器的40kHz方波。串口定時器T0用于記錄超聲波的傳輸時間，返回超聲后，行程時間由以下公式計算。介數(shù)是將11.0592MHz芯片的12個主脈沖分成多個芯片的時鐘測量值。以下公式用于計算以厘米為單位的精確距離，其中V是超聲波速度。第五章結論由于超聲波的方向性強，消耗能量少，平均傳輸距離更長。超聲波被廣泛用于定位物體。它也被廣泛使用，因為它在超聲波定位過程中相對容易計算。