汽车倒车雷达系统设计

陪同着我国汽车行业的高速成长,特别是近几年来,开端进入私人车时期,汽车的数量正在慢慢增长,造成交通越来越拥挤.驾驶员开端越来越放心行车安然,个中倒车最为典范.同时汽车驾驶员中非职业汽车驾驶员的比例也在逐年增长.在公路.街道.泊车场.车库等拥挤狭小的地方倒车时,驾驶员既要前瞻,又要后顾,稍微不当心就会产生追尾事宜.据相干统计查询拜访标明：七分之一的汽车碰撞变乱是因汽车倒车时汽车的后视才能缺少造成的.本文设计的倒车雷达体系就是针对汽车倒车时人无法目测车尾与障碍物的距离而设计的距离显示体系.

本体系是将微盘算机技巧与超声波的测距技巧.传感器技巧.单片机技巧等相联合,可以检测到汽车倒车时障碍物与车尾的距离,经由过程液晶显示屏显示距离,并依据现实距离发出报警等级.驾驶员只要在驾驶室里就能做到心中稀有,极大的进步了泊车和倒车时的安然和效力.

本设计重要由超声波发射.吸收电路.单片机处理模块.LED数码显示以及声光报警等部分构成,在论文中重要介绍了体系的硬件设计部分,其次就是对超声波测距的道理及办法也做了较为具体的介绍.论文起首描写本设计的整体思绪,然后介绍各个部分设计中的细节问题.最终实现了可以或许探测车后的请求.

症结词：超声波倒车雷达 距离显示 单片机

目 录

1 绪论1

1.1 倒车雷达的产生布景1 1.2 设计的意义及请求1 1.3 倒车雷达的成长史2 1.4 论文的构造构成3 2 倒车雷达的总体设计计划4

2.2 超声波传感器6

3硬件设计8

3.1 超声波发射电路8

0

3.2 超声波显示及掌握部分电路10

3.2.1 对ATC51的描写及其功效特征10 1 2 2 3

3.2.6 温度测量电路14

4软件设计16

4.1 软件设计的请求17 4.2 超声波测距的算法设计17 4.3 主程序18 9

4.5 显示子程序和报警子程序20

4.6 报警刷新程序21 总结23 申谢24 参考文献25

附录1：体系总电路26 附

录

2

：

部

分

程

序

27

1绪论

跟着现代社会的飞速成长,汽车这一交通对象正在为越来越多的人所运用,但是随之而来的问题也显而易见,那就是跟着车辆的增多,交通变乱的频仍产生,由此导致的人员伤亡和财宝损掉数量惊人.

对于公路交通变乱的剖析标明,八成以上的车祸事因为驾驶员反响不及所引起的,超出六成的车辆相撞属于追尾相撞,其余则属于正面相撞.奔驰汽车公司对各类交通变乱的研讨标明：若驾驶员可以或许提早一秒意识到有变乱安全并采纳响应的精确措施,则绝大多半的交通变乱都可以防止.

是以,大力研讨开辟如汽车防撞装配等主动式汽车帮助平装配置,削减驾驶员的累赘和断定错误,对于进步交通安然将起到重要的感化.显然,此类产品的研讨开辟具有极大的实现意义和辽阔的运用远景.

1.1 倒车雷达的产生布景

倒车雷达又称泊车帮助体系,是汽车泊车安然帮助装配,能以声音或者更为直不雅的显示告诉驾驶员四周障碍物的情形,解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后阁下探视所引起的困扰,并帮忙驾驶员清除了视野逝世角和视线隐约的缺点,进步了安然性.

超声波测距因为其可以或许进行非接触测量和相对较高的测量精度,越来越被人们所看重.就今朝形势来看,汽车市场的快速成长将带动倒车雷达市场的繁华.国内倒车雷达主流市场已经开端有进口高级汽车向中低档汽车成长.技巧上向着单芯片功效成敏锐度更高.可视化成长,装备趋于小型化.人道化.智能化等偏向成长.由此可见,超声波汽车倒车雷达体系将会在人类往后的生涯中扮演越来越重的脚色,为人类的成长作出重要进献.

1.2 设计的意义及请求

跟着汽车的敏捷增长,泊车难已经是不争的事实,狭小的泊车场地经常令有车一族无所适从,稍掉慎,则闯祸,很不便利.固然每辆车都有后视镜,但不成防止的都消失一个后视盲区.倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安然帮助装配,能以声音或者更为直不雅的显示告诉驾驶员驾驶车辆四周障碍物的情形,解除了驾驶员倒车时前后阁下探视所引起的困扰,并帮忙驾驶员清除了运用逝世角和视线隐约的缺点,进步驾驶的安然性.倒车雷达的普遍运用是迫在眉睫的,是当今汽车必不成少的装备.

1.3 倒车雷达的成长史

平日,倒车雷达由超声波传感器(俗称探头).掌握器和显示器(或蜂鸣器)等部分构成.倒车雷达一般采取超声波测距道理,在掌握器的掌握下,由传感器发射超声波旌旗灯号,当碰到障碍物时,产生回波旌旗灯号,传感器吸收到回波旌旗灯号后经掌握器进行数据处理.断定出障碍物的地位,由显示器显示距离并发出其他警示旌旗灯号,得到实时警示,从而使驾驶者倒车时做到心中稀有,使倒车变得更轻松.在几年的时光里,跟着技巧成长和用户需求的变更,倒车雷达经由了大致六代的成长. 第一代：倒车时经由过程喇叭提示 .“倒车请留意”！想必很多人还记得这种声音,这就是倒车雷达的第一代产品,如今只有小部分商用车还在运用.只要司机挂上倒档,它就会响起,提示四周的人留意.从某种意义上说,它对司机并没有直接的帮忙,不是真正的倒车雷达. 价钱便宜,根本属于镌汰产品. 第二代：采取蜂鸣器不合声音提示驾驶员.这是倒车雷达体系的真正开端.倒车时,假如车后1.8米-1.5米处有障碍物,蜂鸣器就会开端工作.蜂鸣声越急,暗示车辆离障碍物越近.但没有语音提示,也没有距离显示,固然司机知道有障碍物,但不克不及肯定障碍物离车有多远,对驾驶员帮忙不大. 第三代：数码波段显示具体距离或者距离规模.这代产品比第二代进步很多,可以显示车后障碍物离车体的距离.假如是物体,在1.8米开端显示;假如是人,在0.9米阁下的距分开端显示.这一代产品有两种显示方法,数码显示产品显示距离数字,而波段显示产品由三种色彩来差别：绿色代表安然距离,;黄色代表警告距离,;红色代表安全距离,必须停滞倒车. 第三代产品把数码和波段组合在一路,但比较适用,但装配在车内不太美不雅. ：液晶荧屏动态显示.这一代产品有一个质的飞跃,特别是屏幕显示开端消失动态显示体系.不必挂倒档,只要动员汽车,显示器上就会消失汽车图案以及车辆四周障碍物的距离,色彩清楚英俊,外表美不雅,可以直接粘贴在内心盘上,装配很便利.不过液晶显示器外不雅虽精细,但敏锐度较高,抗干扰才能不强,所以误报也较多. 第五代：魔幻镜倒车雷达.联合了前几代产品的长处,采取了最新仿生超声雷达技巧,配以高速电脑掌握,可全天候精确地测知2米以内的障碍物,并以不合等级的声音提示和直不雅的显示提示驾驶员.魔幻镜倒车雷达可以把后视镜.倒车雷达.免提德律风.温度显示和车内空气污染显示等多项功效整合在一路,并设 计了语音功效.因为其外形就是一块倒车镜,所以可以不占用车内空间,直接装配在车内后视镜的地位.并且色彩格式多样,可以按照小我需乞降车内装潢选配. 第六代：整合影音体系.它在第五代产品的基本上新增了很多功效,属于第六代产品,是专门为高级轿车临盆的.从外不雅上来看,这套体系比第五代产品更为精细典雅;从功效上来看,它除了具备第五代产品的所有功效之外,还整合了高

级轿车具备的影音体系,可以在显示器上不雅看DVD影像. 今朝市场上倒车雷达品牌多达二十几种,价钱从上百元到一两千元不等,选购倒车雷达可以从如下方面斟酌：功效.机能.外不雅.质量.装配.价钱等.

1.4 论文的构造构成

该论文重要包含倒车雷达体系设计产生的布景.总体计划.硬件设计和软件设计四个大部分.

第一部分对倒车雷达的产生布景,设计的意义和其成长史做了简略论述. 第二部分重要介绍了超声波测距的道理和超声波传感器.

第三部分也是该设计的焦点部分,对硬件体系中的每一部分都做了较为具体的介绍.

第四部分则为软件设计环节,重要说清楚明了产品内部的一些运用程序.

2倒车雷达的总体设计计划

LED数码显示管 单 比较电压 放大 超声波吸收

图2-1 倒车雷达总图 片 机如上图2-1所示为超声波为超声波倒车雷达的总体设计计划,当超声波吸收电路超 声 波 发 射 吸收到距离旌旗灯号时,又经由运算放大器转化为直流电压旌旗灯号与设定的基准电压进行比较,当旌旗灯号电压大于基准电压时,比较器输出正脉冲,传给单片机,将距离数字显示在LED数码显示管上,电压旌旗灯号再转化为声音旌旗灯号经由过程超声波发射电路以声音的情势发射,提示驾驶员.

2.1.1超声波测距道理

经由过程超声波发射装配发出超声波,依据吸收器接到超声波时的时光差就可以知道距离了.这与雷达测距道理类似. 超声波发射器向某一偏向发射超声波,在发射时刻的同时开端计时,超声波在空气中传播,途中碰着障碍物就连忙返回来,超声波吸收器收到反射波就连忙停滞计时.（超声波在空气中的传播速度为340m/s,依据计时器记载的时光t,就可以盘算动身射点距障碍物的距离(s),即：s=340t/2）.图2-2即为超声波测距的具体流程图.

图2-2 超声波测距流程图

2.1.2 测量与掌握办法

声波在其传播介质中被界说为纵波.当声波受到尺寸大于其波长的目的物体阻拦时就会产生反射;反射波称为反响.假如声波在介质中传播的速度是已知的,并且声波从声源到达目的然后返反响源的时光可以测量得到,从声波到目的的距离就可以精确地盘算出来.这就是本体系的测量道理.

因为此超声波测距仪可以实现双向测距,所以需进行测距选择,而这个测距选择就以主动选择功效来实现.

理论盘算

T 1 T 2 图2-3 测距的道理

如图2-3所示为反射时光,是运用检测声波发出到吸收到被测物反射回波的时光来测量距离其道理如图所示,对于距离较短和请求不高的场合我们可以为空气中的声速为常数,我们经由过程测量回波时光T运用公式：

TSC2

个中,S为被测距离.V为空气中声速.T为回波时光

TT1T2

可以盘算出旅程,这种办法不受声波强度的影响,直接耦合旌旗灯号的影响也可以经由过程设置“时光门”来加以战胜.如许可以求出距离：

CT1T2S2

555时基电路振荡产生40Hz的超声波旌旗灯号.其振荡频率盘算公式如下： 1.43fR92R10C5 2.1.4测量盲区

在以传感器脉冲反射方法工作的情形下,电压很高的发射电脉冲在鼓励传感器的同时也进入吸收部分.此时,在短时光内放大器的放大倍数会下降,甚至没有放大感化,这种现象称为壅塞.不合的检测仪壅塞程度不一样.依据壅塞区内的缺点回波高度对缺点进行定量评价会使成果偏低,有时甚至不克不及发明障碍物,这时须要留意的.因为发射声脉冲自身有必定的宽带,加上放大器有壅塞问题,在接近发射脉冲一段时光规模内,所请求发明的缺点往往不克不及被发明,这段距离,称为盲区,具体剖析如下：

当发射超声波时,发射旌旗灯号固然只保持一个极短的时光,但停滞施加发

.是以,在一段较长的射旌旗灯号后,探头上还消失必定余振（因为机械惯性感化）

时光内,加在吸收放大器输入端的发射旌旗灯号幅值仍具有必定的幅值高度,可以达到限幅电路的限幅电平VM;另一方面,吸收探头上吸收到的各类反射旌旗灯号却远比发射旌旗灯号小,即使是离探头较近的概况反射回来的旌旗灯号,也达不到限幅电路的限幅电平,当反射面离探头愈来愈远,吸收和发射旌旗灯号相隔时光愈来愈长,其幅值也愈来愈小.在超声波检测中,吸收旌旗灯号幅值需达到划定的阀值Vm,亦即吸收旌旗灯号的幅值必须大于这一阀值才干使吸收旌旗灯号放大器有输入旌旗灯号.

2.2 超声波传感器

2.2.1超声波传感器道理及构造

超声波传感器是运用超声波的特征研制而成的传感器.超声波是一种振动频率高于声波的机械波,由换能晶片在电压的鼓励下产生振动产生的,它具有频率高.波长短.绕射现象小,特别是偏向性好.可以或许成为射线而定向传播等特色.

超声波传感器重要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类.电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等.压电晶体构成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它吸收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或吸收器.超声波传感器包含三个部分：超声换能器.处理单元和输出级.

起首处理单元对超声换能器加以电压鼓励,其受激后以脉冲情势发出超声波,接着超声换能器转入接收状况（相当于一个麦克风）,处理单元对吸收到的超声波脉冲进行剖析,断定收到的旌旗灯号是不是所发出的超声波的反响.假如是,就测量超声波的行程时光,依据测量的时光换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离.

把超声波传感器装配在适合的地位,瞄准被测物变更偏向发射超声波,就可测量物体概况与传感器的距离.

超声波传感器的内部构造由压电陶瓷晶片.锥形辐射喇叭.底座.引线.金属壳及金属网构成,个中,压电陶瓷晶片是传感器的焦点,锥形辐射喇叭使发射和吸收超声波能量分散,并使传感器有必定的指向角,金属壳可防止外界力气对压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的破坏.金属网也是起呵护感化的,但不影响发射与吸收超声波

2.2.2超声波传感器的运用

超声波传感器是运用超声波的特征研制而成的传感器.超声波是一种振动频率高于声波的机械波,由换能晶片在电压的鼓励下产生振动产生的,它具有频率高.波长短.绕射现象小,特别是偏向性好.可以或许成为射线而定向传播等特色.超声波对液体.固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中,它可穿透几十米的深度.超声波碰着杂质或分界面会产生明显反射形成反射成回波,碰着运动物体能产生多普勒效应.是以超声波检测普遍运用在工业.国防.生物医

学

等

方

面

.

3硬件设计

超声波倒车雷达体系设计有超声波发射电路.超声波吸收电路.电源电路.温度抵偿电路.声报警电路.单片机硬件接口电路及显示报警电路构成,该体系的焦点部分为机能较好的ATC51单片机.

3.1 超声波发射电路

本设计是运用超声波专业产生电路或通用产生电路产生超声波旌旗灯号,并直接驱动换能器产生超声波.这种办法的长处是无需驱动电路,但缺点是灵巧性低.40KHz的超声波是运用LC震动电路振荡产生的,其振荡频率盘算公式如下：

电路图如图3-1所示.发射电路重要由SN74LS00的两个与非门A.B与电阻.电容构成的多谐振荡器,调节RC选频收集的电位器RP1可调节谐振频率.单片机的P2.4端口掌握多谐振荡器的起振,当P2.4输出高电日常平凡,电路振荡,发射由震动电路产生的40kHz超声波,同时单片机的准时器/计数器开端计时;当P2.4输出低电日常平凡,电路停滞发射超声波旌旗灯号.

P2.4A&R71KB&超声波发射R61.5KRP11K图3-1 超声波发射电路

C10.01uF

3.1.1超声波吸收电路

图3-2所示为超声波的吸收电路.电路由LM324的三个运算放大器A.B.C构成旌旗灯号放大电路.电感L1和电容C9构成选频电路,滤除40kHz以外的干扰旌旗灯号.二极管VD2和电容C12构成旌旗灯号半波整流滤波电路,将吸收到40kHz反射波交换旌旗灯号转化为近似的直流电压旌旗灯号.

运算放大器D为电压比较器,40kHz反射波交换旌旗灯号转化的近似直流电压旌旗灯号与设定的基准电压比较,当旌旗灯号电压大于基准电压时,比较器输出正

脉

冲

,

三

极管VT1导通,单片机并行口P1.0吸收负脉冲旌旗灯号,同时准时器.计数器产生准时中止,记载发射旌旗灯号与吸收旌旗灯号的时光距离,并转换为距离.

图3-2 超声波检测吸收电路图

超声波报警电路

图3-3所示为超声波报警电路,封装为SN74LS00的两个与非门C.D构成的多谐振荡器,输出谐振频率约为800Hz的旌旗灯号,经集成功率放大器LM386放大

+5后,驱动扬声器发出嘟声作为报警R18.P2.5R19掌握多谐振荡器振荡,高电日常平凡起振,L1低电日常平凡停振.单片机依据距离远近掌握P2.5输出方波的频率,即掌握嘟声R17. 的间隙时光,发出不合的报警音.距离越近,报警音越急P1.0VT1C41KR15C__DR200.01uFDP2.5C30.01uFVD2C11+31C6+LS++C&&8+++0.01uF2NPN7LM324LM3244C12C5R16R8R90.01uF发嘟声1.5K1.5KLM386C20.01uF图3-3 超声波声光报警电路

RC9C10+BR13C10R12A+C7+_P1.2P1.4R14_R10+LM324+LM324R11P1.6 3.2 超声波显示及掌握部分电路

3.2.1 对ATC51的描写及其功效特征

ATC51是一个低电压,高机能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复 擦写的程序存储器（PENROM）.和128字节的存取数据存储器（RAM）,这种 器件采取ATMEL公司的高密度.不轻易丧掉存储技巧临盆,并且可以或许与MCS-51系列的单片机兼容.片内含有8位中心处理器和闪耀存储单元,有较强的功效的ATC51单片机可以或许被运用到掌握范畴中.

ATC51供给以下的功效尺度：4K字节闪耀存储器,128字节随机存取数据存储器,32个I/O口,2个16位准时/计数器,1个5向量两级中止构造,1个串行通讯口,片内震动器和时钟电路.别的,ATC51还可以进行0HZ的静态逻辑操纵,并支撑两种软件的节电模式.闲散方法停滞中心处理器的工作,可以或许许可随机存取数据存储器.准时/计数器.串行通讯口及中止体系持续工作.掉落电方法保管随机存取数据存储器中的内容,但震动器停滞工作并制止其它所有部件的工作直到下一个复位.

3.2.2ATC51 单片机的道理及工作特色

5l系列单片机中典范芯片(ATC51)采取40引脚双列直插封装(DIP)情势,内部由CPU,4kB的ROM,256 B的RAM,2个16b的准时／计数器T0和T1,4个8b的I/O端I：IP0,P1,P2,P3,一个全双功串行通讯口等构成.特别是该系列单片机片内的Flash 可编程.可擦除只读存储器(E~PROM),使其在现实中有着十分普遍的用处,在便携式.省电及特别信息保管的仪器和体系中更为有效.该系列单片机引脚与封装如图3-4 所示.

1ATC5140P1.0VCC239P1.1P0.0/(AD0)3图3-4 ATC51单片机构造及引脚图 38P1.2P0.1/(AD1)437P1.3P0.2/(AD2)536P1.4P0.3/(AD3)5l系列单片机供给以下功效：4 kB存储器;256 BRAM;32条I/O线;2个16b635P1.5P0.4/(AD4)734P1.6P0.5/(AD5)准时／计数器;5个2级中止源;1个全双向的串行口以实时钟电路. 833P1.7P0.6/(AD6)932RSTP0.7/(AD7)余暇方法：CPU停滞工作,而让RAM.准时／计数器.串行口和中止体系持续1031P3.0(RXD)EA/VPP1130P3.1(TXD)ALE/PROG工作. 1229P3.2(INT0)PSEN1328P3.3(INT1)P2.7/(A15)掉落电方法：保管RAM14的内容,振荡器停振,制止芯片所有的其他功效直到27P3.4(T0)P2.6/(A14)1526P3.5(T1)P2.5/(A13)下一次硬件复位. 1625P3.6(WR)P2.4/(A12)1724P3.7(RD)P2.3/(A11)5l系列单片机为很多掌握供给了高度灵巧和低成本的解决办法.充分运用他1823XTAL2P2.2/(A10)1922XTAL1P2.1/(A9)2021的片内资本,即可在较少外围电路的情形下构成功效完美的超声波测距体系. GNDP2.0/(A8)

单片机实现测距道理

单片机发出超声波测距是经由过程不竭检测超声波发射后碰到障碍物所反射的回波,从而测动身射和吸收回波的时光差tr,然后求出距离S＝Ct/2,式中的C为超声波波速.该体系的最大可测距离消失4个身分：超声波的幅度.反射的质地.反射和入射声波之间的夹角以及吸收换能器的敏锐度.吸收换能器对声波脉冲的直接吸收才能将决议最小的可测距离.为了增长所测量的笼罩规模.减小测量误差,可采取多个超声波换能器分离作为多路超声波发射/吸收的设计办法.因为超声波属于声波规模,其波速C与温度有关. 稳压电源电路

在各类电子装备中,直流稳压电源是必不成少的构成部分,它是电子装备独一的能量起源,稳压电源的重要义务是将50Hz 的电网电压转换成稳固的直流电压和电流,从而知足负载的须要,直流稳压电源一般由整流.滤波.稳压等环节构成.其电路图如图3-5所示.

个中,变压器将交换电源（220V/50Hz）变换位符 合整流电路所须要的交换电压;整流电路是具有但偏领导电机能的整流器件,将交换电压整流成单偏向脉动

的直流电压;滤波电路滤去单向脉动直流电压中的交换部分,保存直流成分,尽可能供应负载腻滑的直流电压;稳压电路是一种主动调节电路,在交换电源电压摇动或负载变更时,经由过程此电路使直流输出电压稳固.

20V交换电经由过程电源变压器变换成交换低压电源,再经由桥式整流电路D1~D4和滤波电容的整顿和滤波,在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两头形成一个其实不十分稳固的直流电压.此直流电压经由LM7805的稳压和电容滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高.稳固度好的直接输出电压.如3-7所示的电路为输出电压为+5V.输出的电流1.5A的稳压电源.它由电源变压器,桥式整流电路D1~D4,滤波电容C7.C8,防止自激电容C15.C16和一只固定式三端稳压器（7805）构成.

3DVCC3U7VOLTREGJ3123POWERVin142GNDVout2062R301K电源电路D1C15++C16C7104fPOWER470uf/25vC8104f1000uf/25v1 图3-5 电源电路

显示电路道理

超声波测距仪显示模块电路如图3-6所示.经由过程单片机的25.26.27.28四个管脚的旌旗灯号掌握四个三极管的B极,运用三极管的开关特征,实现数码管的点亮,从而实现动态显示.采取LED 动态显示,数据经由PIC 芯片的盘算后传到LED上,显示精度是厘米.单片机ATC51采取12MHz高精度的晶振,以获得较稳固的时钟频率,削减测量误差.单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHz方波旌旗灯号,运用外中止0口检测超声波吸收电路输出的返回旌旗灯号.显示电路采取简略适用的3位共阳LED数码管用于显示车尾障碍物的距离,由单片机P0.0—P0.7接LED的a~dp八个笔段,经由过程软件以动态扫描方法显示.段码用74LS244驱动.

ATC511234567RXD 1011121314151617181920P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7XTALRESETGNDP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7VCCVPPPROGPSENP2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7403938373635343332313029282726252423222174IS2445K1234567101G1A11A21A31A42A12A22A32A4GNDVCC2G2Y42Y32Y22Y11Y41Y31Y21Y1VCC201918171615141312111K12345678DS1DPYaabcfbgdeecdfdpgdp12345678DS2DPYaabcfbgdeecdfdpgdp12345678DS3DPYaabcfbgdeecdfdpgdp2KPNPPNPPNPVCC 图3-6单片机及显示体系电路图

3.2.6 温度测量电路

因为超声波的传播速度V受到空气中的温度.湿度.压强等身分的影响,个中温度的影响最为凸起,温度每升高1℃,速度增长约0.6m/s.是以在测量精度请求很高的场合,应经由过程温度抵偿对超声波的传播速度进行校订,以进步测量精度,减小误差.

今朝,大多半温度测控体系在检测温度时,都采取温度传感器将温度转化为电量,经旌旗灯号放大电路放大到恰当的规模,再由A/D转换器转换成数字量来完成.这种电路构造庞杂,调试庞杂,精度易受元器件参数的影响.为此,运用一线性数字温度计即集成温度传感器DS18B20和单片机,构成一个高精度的数字温度检测体系.DS18B20数字式温度传感器与传统的热敏电阻温度传感器不合,可以或许直接读出被测温度值,并且可依据现实请求,经由过程简略的编程,实现9～12位的A/D转换.因而,运用DS18B20可使体系构造更简略,同时靠得住性更高.温度测量规模从-55～+125℃,在-10～+85℃检测误差不超出0.5℃,而在全部温度测量规模内具有±2℃的测量精度

至5.5V无需备用电源.它经由过程输出9位（二进制）数字来直接暗示所测量的温度值,温度值是经由过程DS18B20的数据总线直接输入CPU,无需A/D转换,并且读写指令,温度转换指令都是经由过程数据总线传入DS18B20.DS18B20数字温度传感器除了具有相当的测量规模和精度外,还具有温度测量精度和不受外界

干扰等的长处.其电路衔接如图3-7温度测量电路所示.

RXD1KVCC1223温度测量 图3-7温度测量电路

4软件设计

超声波倒车雷达体系的软件设计重要由主程序.超声波发射子程序.INT0超声波吸收中止程序.显示子程序.报警程序及报警刷新程序六个重要模块构成.软件设计的总体构造框图

如图4-1

（1） 体系初始化模块：即体系刚上电的时刻对体系的各个引脚的电等分派和对各存放器的初值赋值. 数码管显示模块 各（2） 数码管显示模块：经由过程该模块的设计可以或许让所测得的距离显示功 系统图4-1 体系模块框图 体系初始化程序 在数码管上. 能块发射吸收掌握模块 模（3） 发射吸收掌握模块：发射掌握模块是软件掌握超声波发射电路发射超声脉冲启动准时器工作,同时启动吸收电路工作,当吸收电路有旌旗灯号输入时,对输入旌旗灯号进行处理. 运算成果处理模块 （4） 运算成果处理模块：运算成果处理模块将多次所测得时光进行处理,进行软件取大值工作,依据公式盘算出距离,然后再对盘算得出的成果进行修改处理,数据处理后送至数码显示模块.

（5） 声光报警模块：当所测距离小于必定值时,经由过程声光报警来提示驾驶员.

我们知道C说话程序有利于实现较庞杂的算法,汇编说话程序则具有较高的效力且轻易精细盘算程序运行的时光,而超声波测距仪的程序既有较庞杂的盘算（盘算距离时）,又请求精细盘算程序运行时光（超声波测距时）,所以掌握程序可采取C说话和汇编说话混杂编程.

主程序除了完成准时器T0.中止源TNT0初始化外,重要实现超声波的巡回发射（挪用超声波发射程序）和距离的动态扫描显示;INT0中止办事程序盘算车尾距离障碍物的距离数据,该数据一方面交由主程序显示,另一方面与设定值（比方

声 光 报 警 模 块 1m）进行比较,如小于1.5m,接蜂鸣器报警,不然封闭报警;假如车尾距离障碍物的距离较远,超声波往返时光就会超出了准时器T一次性最长的准不时光,则T0产生溢出而中止,这时进行距离盘算,并显示“OFF”,以示车后无障碍物,可宁神倒车.

4.1 软件设计的请求

本体系的设计请求是运用超声波测距道理设计一个车用的倒车雷达.请求经由过程设计可以或许测出并显示车与障碍物的距离,并能在距离小于1m的时刻依据设定值进行声光报警.

4.2 超声波测距的算法设计

超声波测距的道理：经由过程超声波发射装配发出超声波,依据吸收器接到超声波时的时光差就可以知道距离了.这与雷达测距道理类似. 超声波发射器向某一偏向发射超声波,在发射时刻的同时开端计时,超声波在空气中传播,途中碰着障碍物就连忙返回来,超声波吸收器收到反射波就连忙停滞计时.（超声波在空气中的传播速度为340m/s,依据计时器记载的时光t,就可以盘算动身射点距障碍物的距离(s),即：s=340t/2）

在启动发射电路的同时启动单片机内部的准时器T0,运用准时器的计数功效记载超声波发射的时光和收到反射波的时光.当收到超声波反射波时,吸收电路输出端产生一个负跳变,在INT0或INT1端产生一个中止请求旌旗灯号,单片机响应外部中止请求,履行外部中止办事子程序,读取时光差,盘算距离.在运用时,假如温度变更不大,则可以以为声速是根本不变的.假如测距精度请求很高,则应经由过程温度抵偿的办法加以校订.其部分源程序如下：

RECEIVE0：PUSH PSW

PUSH ACC

CLR EX0 //关外部中止0 MOV R7, TH0 //读取时光值 MOV R6, TL0 CLR C MOV A, R6

SUBB A, #0BBH //盘算时光差 MOV 31H, A //存储成果 MOV A, R7 SUBB A, #3CH

MOV 30H, A

SETB EX0 //开外部中止0 POP ACC POP PSW RETI

4.3 主程序

主程序是单片机程序的主体,全部单片机端体系软件的功效的实现都是在个中完成的,在此进程中主程序挪用了子程序及中止办事程序.程序起首完成初始化进程,然后是一个反复的掌握发射旌旗灯号的进程,即挪用发射子程序几遍,并且每次发射周期停滞都很断定在发射旌旗灯号后延时等待的进程中是否产生了中止,等于否有回波产生来断定程序的流程.

工作时,微处理器ATC51先把p1.0置0,启动超声波传感器发射超声波,同时启动内部准时器T0开端计时.要检测返回旌旗灯号必须在启动发射旌旗灯号后1.4毫秒才可以检测,如许就可以克制输出的干扰.当超声波旌旗灯号碰着障碍物时旌旗灯号连忙返回,微处理器不断的扫描int0引脚,假如int0吸收的旌旗灯号有高电平变成低电平,此时标明旌旗灯号已经返回,微处理器进入中止封闭准时器.再把准时器中的数据经由换算就可以得出超声波传感器与障碍物之间的距离.然后再依据现场情形进行声光报警.下图4-2为主程序流程框图;

图4-2 主程序流程框图

超声波产生子程序的感化是经由过程P1.1端口发送2个阁下超声波脉冲旌旗灯号（频率约40kHz的方波）,脉冲宽度为12μs阁下,同时把计数器T0打开进行计时.主程序运用为中止0检测返回超声波旌旗灯号,一旦吸收到返回超声波旌旗灯号（INT0引脚消失低电平）,连忙进入中止程序.进入中止程序后就连忙封闭计时器T0停滞计时,并将测距成功标记字赋值1即X=1.假如当计时器溢出是还未检测到超声波返回旌旗灯号,则准时器T0溢出中止将外中止0封闭,并将测距成功标记字赋值2,及X=2以暗示此次测距掉败.超声波发射程序比较简略,重要包含T0中止办事程序和超声波吸收中止办事程序.

图4-3 T0中止子程序

图4-4 超声波吸收中止子程序

4.5 显示子程序和报警子程序

先辈行为态显示初始化将指针指向缓冲区首地址,然后去显示位指针,取要显示的数,再将数变成段码,然后将段码送段掌握器,位码送位掌握器,在延时,然后断定是否是最后一位,是否显示完毕,没有的话修改该缓冲区指针和位码,直到显示完毕.

显示及报警子程序框图：

外部中止入 初始化

开位选

Y

N 查表送段码 N 图4-6 报警子程序框图 Y

位选左移一位 返回 修改段码指针 报警子程序 取测量值 返回 报警 LED显示 图4-5显示子程序框图

显示完毕 4.6 报警刷新程序

在本设计中,运用单片机的三个端口掌握三个发光二极管作为显示,每一个LED对应一个超声波测距模组,当探测到0.35~1.5M的规模内没有障碍物时,对应的LED是长灭的;当探测到0.35~1.5M规模内有障碍物时,对应的LED则以必定频率闪耀,并且距离越近则闪耀的频率越高.

体系以1HZ中止对显示进行扫描,并设置有三个变量保管对应传感器模组的频率设置数据,即Show-Freq-Set(0).Show-Freq-Set(1).Show-Freq-Set(2).当频率设置数据为0时,体系则不合错误应的LED进行显示翻转,则对应的LED不会闪耀;此外,体系还界说有三个变量（Show-Counter-1HZ(x),x=0~2)作为1KHZ

的计数器,对应三个LED,而当频率设置数据不为0时,计数器会不竭地计数（以1KHZ）,当计数器的计数值累加到与频率设置数据一样时,则会使对应的LED显示状况进行输出翻转,并对计数器进行清零,周而复始.由此可知,当频率设置数据非零时,该数据越小,则对应的LED闪耀频率越高.

开端 Show-Freq-Set(0)=0？ Show-Counter-1HZ(0),x=0 Show-Counter- N 1HZ(x0) Show-Freq-Set(0)

Y

图4-7 报警刷新程序框图 总结 本文所设计的倒车雷达体系是包管汽车安然的帮助体系.经由过程超声波探对应端口状况翻转 Show-Counter-1HZ(0)=0 头反射超声波,运用高速单片机盘算测量车与障碍物之间的往返时光然后再盘算出车与障碍物的距离,并参加了软件抵偿,进步了距离盘算的精度,然后显示在LED

停滞 数码管上,当在探测的规模有障碍物时,蜂鸣器提示报警,距离越近蜂鸣器的报警频率也越大,当距离小于最小安然距离时,蜂鸣器不间断报警.现实测试证实该体系工作稳固,可以或许知足一般近距离测距请求,且成本低.有优胜的性价比.该体系中锁相环锁定须要必定的时光,测得的距离有误差,在汽车雷达运用中误差为1cm可疏忽不计,因为此电路具有设计简略,价钱便宜,测量精度比较高的长处.

超声波测距是一种非接触测距,在很多运用处合有其它方法不成比较的优胜性.本文在研讨超声波测距道理的基本上,设计了一套基于ATC51单片机的低成本.高精度超声波汽车倒车探测器.

本设计固然做了很多改良和创新,但是照样消失一些问题.比方很难清除良好气象及庞杂路况的影响.解决如许的问题就须要采取多传感器融会技巧.经由过程先生的帮忙和借鉴经验人士的思惟和电路以及本身的创新顺遂设计出可以或许知足设计请求的超声波汽车倒车探测器..软件设计中采取构造化程序设计办法,构造简练.较好的完成此次设计义务.

申谢

本论文的顺遂完成起首我要感激我的指点先生李想先生在毕业设计中对 我赐与的悉心指点和严厉请求.在我毕业论文写作时期,李先生给我供给了各种专业常识上的指点,没有李先生的帮忙,我不会这么顺遂的完成毕业设计,借此机遇,向您暗示由衷的感激！其次,我要感激和我一路做毕业设计的同窗们.在毕业设计的短短一个多月的时光里,你们给我提出很多珍贵的看法,给了我很多帮忙还有工作上的支撑,在此也真挚的感谢你们.同时,我还要感激我的卧室同窗和身边的同伙,恰是在如许一个联结友好,互相促进的情形中,在和他们的互相帮忙和启示中,才使我的毕业设计美满完成.

最后我要深深地 感激我的家 人,恰是他 们历尽艰辛 地把我养育 成人,在生涯和进修上赐与我无尽的爱.懂得和支撑,才使我时刻充满信念和勇气,战胜成 长路上的各种艰苦,顺遂的完成大学进修.

还有许很多多给 予我学业上 勉励和帮忙 的同伙,真挚的祝福他们.也祝福先生事业蒸蒸日上,母校的明天加倍美妙！

参考文献

[1] 孙惠芹,单片机项目设计教程,第三,

[2] 赵林惠,单片机运用技巧.科技出版社,2008.07.

[3] 李雅轩等,单片机实训教程.北京航空航天大学出版社,2006.08.

[4] 郭勇 董志刚,Protel 99 SE印制电路板设计教程.机械工业出版社,2009.07.

[5] 林毓梁,单片机道理及运用. 机械工业出版社,2009.02. [6]

附录1：体系总电路

+5RR17VT1R20+D-VD2+C11+C-R16R15+LM324NPNC12+LM324C10+B-R14R18R19L1C9R13+LM324C8+A-R11R12R10+LM324C7+LS超声波接收ATC511K1234567RXD 1011121314151617181920P1.0P0.0P1.1P0.1P1.2P0.2P1.3P0.3P1.4P0.4P1.5P0.5P1.6P0.6P1.7P0.7RSTVCCP3.0VPPP3.1PROGP3.2PSENP3.3P2.0P3.4P2.1P3.5P2.2P3.6P2.3P3.7P2.4XTALP2.5RESETP2.6GNDP2.774IS244405K393837363534333231302928272625242322211234567101GVCC1A12G1A22Y41A32Y31A42Y22A12Y12A21Y42A31Y32A41Y2GND1Y1VCC201918171615141312111K12345678DS1abcfdeefgdpDPYagdbcdp12345678DS2abcfdeefgdpDPYagdbcdp12345678DS3abcfdeefgdpDPYagdbcdp2K20pF12MHz20pF10uFVCCPNPPNPPNP10K1KVCCVCC1223A&R71KB&CD&R81.5K&R91.5K+C3C430.01uF1C6LS8+74C50.01uF发嘟声0.01uF温度测量R61.5K超声波发射0.01uF2RP11KC10.01uFDS18B20LM386C20.01uF附录2：部分程序 ORG 0000H

LJMP MAIN ;转主程序 ORG 0003H

LJMP INTO ;转外部中止0 ORG 001BH

LJMP IT1 ;转准时器1中止 ORG 1000H

MAIN： MOV SP,#60H ;客栈指针 MOV P1,#00H ;停滞显示 CLR P2.4 ;不发射超声波 SETB P2.6 ;指导灯亮 SETB P2.5 ;发嘟声

MOV 40H,#20H ;显示符号“---”进入显示单元 MOV 41H,#02H MOV 42H,#02H

MOV 32H,#160 ;置显示轮回数 LCALL DIR ;挪用显示子程序

MOV IP,#00000001B ;置INT0为高优先级中止

MOV OSCICN,#06H ;选用内部晶振8MHz MOV TMOD,#00010001B ;置T0.T1准时器方法1

MOV TH1,#0B1H ;置T1计时常数为30ms,用于掌握嘟声方波脉宽 MOV TL1,#0D2H

SETB TR1 ;启动T1

MOV IE,#10001001B ;T1.INT0开中止

MOV 22H,#01H ;11H~13H俏丽地位初值

MOV 45H,#04H ;置闪耀间隙时光4*30ms=120ms MOV R2,#04H ;置旌旗灯号计数器初值 MOV R3,#04H ;置持续无回波计数器初值 TLOOP: MOV TH0,#00H ;T0清零 MOV TL0,#00H

SETB P2.4 ;开端发射40KHz超声波

SETB TR0 ;发射后,连忙启动T0开端计时 LCALL DELAY ;延时1ms CLR P2.4 ;停滞发射超声波 MOV 32H,#20 ;置显示轮回数

LCALL DIR ;调显示距离子程序,显示20*3ms LCALL WORK ;调旌旗灯号处理子程序 SJMP TLOOP ;返回轮回