基于单片机的超声波倒车雷达设计

1、超声波倒车雷达的硬件设计摘 要超声波倒车雷达采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，将汽车的挡位推到倒车挡，便启动倒车雷达，在控制器控制下，由装置在车尾保险扛上的探头发出超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，然后计算出车体与障碍物之间的距离，判断出障碍物的位置，再由led显示器显示数据和蜂鸣器声发出警示信号，从而使驾驶者倒车时不至于撞到障碍物。整个过程，驾驶员无须回头便可知车后的情况，使停车和倒车更容易，更安全。本文在查阅、分析国内外倒车雷达系统有关技术的基础上，结合最新研究成果，对基于超声波测距的倒车雷达预警系统的研制进行了深入的探讨和研究。该系统分为测距

2、模块、系统控制模块和显示报警模块，并分别对其进行方案分析，构建了倒车雷达预警系统的系统构架和设计方案；在硬件电路中，详细阐述了运用单片机技术实现的可视倒车雷达预警系统的测距实现原理，分析了stc89c52单片机为主控单元的系统硬件设计，并通过系统仿真研究，验证了系统的可靠性和可行性。关键字：超声波,倒车雷达,传感器,stc89c52单片机the hardware design of automobile reversing radar system based on ultrasound distance measurementabstractthe ultrasonic distance p

3、rinciple, drivers in reverse, the gears to push the car back and start against reverse gear radar, under the control of the controller, the device to carry on the rear insurance send ultrasonic probe, obstacle, sensor, echo signal after receiving echo signal controller, which calculated data process

4、ing, the distance between the body and the obstacles and obstacles, then led by a warning signal and noise, thus make the drivers reverse not mask obstacles. the whole process, without turning and car drivers that after, parking and reverse easier, more safety.based on the analysis of domestic consu

5、lting, reverse radar system on the basis of relevant technology, combining the latest research results of the based onultrasonic ranging back-draft radar warning system is discussed and studied. this system is divided into rangefinder module, the system control module and display alarming module, an

6、d carries on the analysis, to construct the backing of the early-warning radar system architecture and design scheme, in the hardware circuit, this paper expounds the application of visualization technology realization of location back-draft radar warning system, and analyzes the realization princip

7、le for the control unit of stc89c52 system hardware and software design, and through the system simulation verified the feasibility and reliability of the system.key words: ultrasonic sensors, radar, reversing stc89c52目 录摘 要1第一章 绪论51.1安装倒车雷达的意义51.2倒车雷达的发展过程61.3 课题研究内容与设计目标81.4小结：9第二章 课题设计原理与思路92.1 超

8、声波测距原理92.2 影响精度的因素分析112.2.1 发射接收时间对测量精度的影响分析11 2.2.2 当地声速对测量精度的影响分析122.2.3影响超声波探测的其他因素142.3显示报警系统方案设计162.4串口通信模块方案设计162.5小结：17第三章 系统硬件电路介绍173.1 系统总体结构设计173.2主控芯片的介绍183.2.1 stc89c52引脚具体介绍183.2.2 stc89c52主要功能如表3-1所示193.2.3 时钟电路203.3 最小系统213.3.1复位电路213.3.2震荡电路213.4 超声波测距电路223.4 显示器lcd1602253.4.1 液晶显示器的

9、优点253.4.2 液晶显示器的原理263.4.3 lcd1602主要参数以及引脚功能283.5 数字温度计ds18b20313.5.1双ds18b20温度测量设计313.5.2 ds18b20的介绍313.6 稳压电源电路323.7 预警电路333.8小结：34第四章 硬件与软件的调试344.1初始界面344.2万年历显示354.3温度显示364.4距离测量显示364.5小结：37第五章 结 论37致 谢38参考文献39附录1 英文原文40附录2 中文翻译46附录3 程序源代码51第一章 绪论改革开放以来，私家车慢慢的去带来了自行车，国家信息中心信息资源部主任徐长明预计，2006年中国乘用车

10、总量将达到420万辆。在国际市场上，中国汽车消费量占全球总消费量的比例也由2001年的4.3上升至2006年的11。到2006年年底，国内汽车需求量将达700万辆，超过汽车消费大国日本，成为仅次于美国的世界第二大汽车消费国。2009年轿车将大量进入家庭，从定性角度看，轿车市场发展至少还将有20年的快速增长。如果国内gdp2020年比2000年翻两番的话，2020年前后中国将超过美国，汽车需求量将达到2000万辆，成为世界第一大汽车市场。现在的汽车越来越多，车位也越来越多，泊位却越来越小。新司机越来越多，女司机也越来越多，刮蹭、倒车事故等越来越多，因倒车事故引发的纠纷也越来越多。以上的事实及数字

11、读起来索然无味，但却实实在在地告诉我们一种新的消费趋势正在形成，一片近乎空白的市场已凸现眼前。现在汽车出厂大多都不配备倒车雷达，有安装倒车雷达的车也是和倒车雷达厂家合作生产。基于此，便自主设计开发一种主要用于售后市场的、结构简单、制作方便、成本低廉的倒车雷达。1.1安装倒车雷达的意义也许你还没有买车，也许你已经是好多辆车的车主了，但你一定见过或遇到过倒车不当造成的刮蹭和倒车事故。“倒，倒，再倒，好，停。”相信一般的车主在停车场泊位时，都会遇到车辆保管员的“热情招呼”。即使驾驶技术娴熟的驾车老手在倒车时难免会因从后视镜判断距离失误而发生意外，何况越来越多的新手司机在技术生疏，方向感差的情况下倒车

12、，发生事故的概率大大增加了。鉴于此，汽车高科技产品家族里，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”便应运而生了。而且，越来越先进的产品便投放到市场中，已广为人知。倒车雷达是汽车泊车的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示和告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车和起动车辆对前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。1.2倒车雷达的发展过程 经过五年的发展，倒车雷达系统已经过了六代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这六代产品都各有特点，使用较多的是数码显示、荧屏显示、防炫目、和魔幻镜倒车雷达这四种。(1)倒车喇叭提醒“倒车请注意”！想必不

13、少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有小部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。(点评：汽车在倒车状态，语音提示路人小心，但价格便宜，100元左右就能买到，基本属于淘汰产品。)(2)蜂鸣器提示这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8米1.5米处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。(点评：没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。价格在200400元之间。)(3)数码波段显示比第二代进步很多，可以

14、显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有0.8米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有0.60.8米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到0.6米的距离，你必须停止倒车。(点评：第三代产品把数码和波段组合在一起，但比较实用，但安装在车内不太美观，价格在4001000元左右。)(4)液晶荧屏显示这一代产品有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案

15、以及车辆周围障碍物的距离。 (点评：动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便，价格在8001500元之间。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。)(5)魔幻镜倒车雷达结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。 (点评：因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒

16、视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配，不过价格稍高，在10002000元之间。)(6) 无线倒车雷达全新无线液晶倒车雷达，融无线连接、 倒车雷达、彩色液晶显示、bp警示音、于一体。由于普通倒车雷达安装时，从车后雷达主机到车前仪表台上显示器要布一条线，这样要拆装车内的装饰板、胶条等，非常不方便。现在最新推出的第六代无线液晶倒车雷达，一举解决此问题，车后主机和显示器之间无线连接，方便快捷。更可在大巴、卡车等车身长的车上使用，使安装更容易。 (点评：第六代无线倒车雷达特点： 1.雷达测距,数码显示。2.无线连接-主机和显示器之间无线连接，省去拆卸车内装饰麻烦，安装更容易。3.

17、彩屏显示-彩屏显示，高贵典雅。4.bibibi三级心跳报警音。5.动感车模-真实车模，车后探头方位闪动，智辨左右。6.全天侯设计，可以适应不同的环境。)小结：据此，本课题以经济、方便、实用、能跟上时代为主，选择类似第五代的以stc89c52为核心的超声波倒车雷达为研究和设计对象。1.3 课题研究内容与设计目标本系统主要为八个大模块，它们分别是：stc89c52最小系统模块、超声波发射模块、超声波接收模块、双温度测量模块、lcd显示模块、声音报警模块、串口通信模块、万年历模块。其中串口通信模块和万年历模块是附加模块，附加模块是为了资源利用最大化。 系统采用单片机stc89c52最小系统作为主控制

18、器,系统采用+5v电压供电。以单片机为核心，主要可以实现以下基本功能：通过采样获取到超声波的传播时间，用软件来计算出距离，并且可以采集环境温度进行测距补偿。在此基础上添加了两个附加功能：万年历显示和串口通信。本论文前半部分主要介绍模块的功能、元器件的参数与选取以及选取的理由，后半部分是加载程序后的各功能的调试，与调试结果。计划实现的目标：首先实现主要功能：测量并显示具体距离，范围在5cm至2.5m；其次实现双温度显示语音报警功能；然后后实现附加功能：万年历显示与串口通信；最后是对设计的总结。内容如图1-1所示：超声波发射模块stc89c52最小系统lcd显示模块串口通信模块（附加）声音报警模块

19、超声波接收模块图1-1双温度测量模块万年历模块（附加）1.4小结： 第一章主要论述了汽车安装倒车雷达的意义、倒车雷达的发展过程以及课题研究的内容与设计目标。第二章 课题设计原理与思路2.1 超声波测距原理超声波测距是通过不断的检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射与接收回波的时间差t,然后求出来距离，式中的c为超声波的波速。由于超声波也是一种声波，其速度c与温度有关，不同温度下的声速会有所不同。在使用时，如果温度变化不太大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求非常高，则必须通过温度补偿的方法加以校正。声速确定已后，只要测得超声波往返的时间，即可求得其间的距离。这就是超声波测

20、距的机理。超声波发射器向某一方向发射超声波，会在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就会立即返回来，超声波接收器收到发射返回波就立即停止计时。假设超声波在空气中的传播速度为，根据计时器的记录时间，发射点与碍物之间的距离，如图2-1所示 图2-1 超声波测距的基本原理图2-1中的被测距离为h，两探头的中心距离的一半用m表示，超声波单程传播的距离用表示，由图可得： (2.1) (2.2)将式（2.2）带入式（2.1）得： (2.3)在整个传播过程中，超声波所传播的距离为： (2.4)式中：为超声波传播的速度，为传播的时间，即为超声波从发射到接收所用的时间。将式（2.4）带入式（2

21、.3）可得： (2.5)当被测的距离h远远大于m时，式（2.5）变为： (2.6)以上就是所谓的时间差测距法。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所需的时间，再乘以超声波的速度就得到了二倍的声源与障碍物之间的距离。由于是利用超声波来测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的功率与合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够回波功率的必要条件，必须得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界的干扰信号的干扰。经分析和大量实验研究表明，频率为40左右的超声波在空气中传播的效果为最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成了具有一定间隔的调制脉冲波信号。图2-2为倒车雷达的

22、基本工作原理框图。 超声波接收 单片机控制器超声波发送led显示扫描驱动声光报警 图2-2 倒车雷达基本原理框图2.2 影响精度的因素分析 本节主要分析影响超声波测距精度的几个重要因素：发射接收时间对测量精度的影响分析 、当地声速对测量精度的影响分析、影响超声波探测的其他因素。2.2.1 发射接收时间对测量精度的影响分析 采用hc-sr04超声波传感器，脉冲的发射由单片机控制，发射频率为40khz ，忽略脉冲电路硬件产生的延时，可知由软件生成的起始时间对于一般要求的精度是可行的。对于接收到的回波，超声波在以空气为介质的传播过程中会有很大的衰减，其衰减遵循指数规律。设测量设备基准面距被测物的距离

23、为h，则在空气中传播的超声波波动方程为： （2.7）由以上公式可知，超声波在空气传播过程中存在衰减，且超声波频率越高，衰减就越快，但只有频率的增高才有利于提高超声波的指向性。声波与速度的关系，如表2-3所示。表2-3 声波与速度的关系温度速度m/s温度速度m/s温度速度m/s0331.417341.8343521332.118342.435352.62332.61934336353.23332.820343.637353.8433421344.238354.45334.622344.8393556335.223345.440355.67335.82434641356.28336.425346.

24、642356.8933726347.243357.410337.627347.84435811338.228348.445358.612338.82934946359.213339.430349.647359.81434031350.248360.415340.632350.84936116341.233351.450361.6通过以上分析，超声波回波的幅值在传播的过程中衰减很大，收到的回波信号可能会十分微弱，要想判断所捕获到的第一个回波来确定准确的接受时间，就必须对收到的信号进行足够的放大，否则不正确所判断的回波时间，会对超声波测量精度产生一定的影响。 2.2.2 当地声速对测量精度的影响分

25、析 当地声速对超声波测距测量精度的影响远远要比收发时间的影响要严重。超声波在大气中传播的速度受介质气体的温度、密度以及气体分子成分的影响，即：（2.8）由上式可知，在空气中，当地声速只取决于气体的温度，因此获得准确的当地当时的气温可以有效的提高超声波测距时的测量精度。工程上的常用的由气温估算当地声速的公式如下： （2.9）式中c0=331.4m/s；t为绝对温度，单位k。 式（2。9）一般能为声速的计算提供较为准确的结果。在实际情况下，温度每上升或者下降 1 , 声速将与之对应的增加或者减少0.607m/s ，这个影响对于较高精度的测量是非常严重的。因此提高超声波测量精度的决定因素就是获得准确

26、的当地声速。对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点的准确性确定，为了能够有效的提高计时点选择的准确性，在这里提出了对发射信号和加收信号通过校正的方式来实现准确的计时。此外，当要求测距的误差小于1mm时，假定超声波速度为c=344m/s(20室温)，忽略声速的传播误差，则测距误差st<0.000 002 907s，即2.907ms。根据以上参数计算可知，在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间的差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距的误差小于1mm。使用的12 mhz晶体作时钟基准的stc89c52单片机定时器能方便的计数到1s的精度，因此系统采用stc89c52的定时器能保

27、证时间误差在1mm的测量范围内。2.2.3影响超声波探测的其他因素图2-4 超声波差距示意图在图2-4中，虽然只用了一个超声波传感器来发射超声波，但同时它又可以接收到回波。一般情况下使用的超声波频率为40khz。根据以上原理，所算出的障碍物的距离都是指障碍物到传感器的距离。传感器可检查到的角度：传感器发射超声波是有一定的角度范围，如图2-4所示，图2-6为常用传感器的探测角度:图2-5 超声波水平探测角度图2-6 超声波垂直探测角度以上所示的1菱形区域是发射超声波的覆盖区域，而覆盖区内的障碍物是否能被探测到，则与以下因素有关(见图2-7示): （1）从物理方面的反射原理可知:超声波的反射规律为

28、反射角等于入射角，因此，反射波是否能被传感器捕捉，一定与反射面的角度有关。 （2）其反射面的大小不同，也会影响反射波的强度。 （3）另外，障碍物会吸收掉一部分的超声波，反射回去的只是其中的一部分，而吸收了多少，反射又是多少，则与障碍物的材质和表面平滑程度相关。疏松、多孔的表面会很容易吸收音波而导致反射效率较低，使之不易被侦测。 （4）超声波在空气中的传输时也会衰减，所以同一个反射面，同样的角度，距离越远，发射和反射的超声波衰减就越大，就越不易被测到。 （5）以上几点总结来说，就是:角度、大小、表面材质和距离。这些因素综合起来，决定障碍物是否会被探测到。图2-7 超声波探测障碍物根据以上原理及实

29、践经验可知，在下列环境下，易造成超声波无法侦测及侦测不良的情况！（a）铁丝网，绳索类的细小物体。（b）草地行车或崎岖不平的路面。（c）棉质的表面易吸收声波一类的物质。（d）传感器表面附着异物。（e）同频率(40 khz)的超声波杂音加金属声，高压气体的排放声，有汽车喇叭正对传感器鸣叫时。（f）障碍物为锐角反射体，锥状物体等。2.3显示报警系统方案设计显示器应用极为广泛，是一种输出设备，综合课题的实际要求、成本以及考虑单片机的接口资源，本设计使用lcd1602作为显示器，由于倒车时距离障碍物的距离本来就比较近，大概在3米以内，所以一个双行的带背光led显示器就可以达到要求。报警装置在这里采用的是

30、有源蜂呜器，根据距离远近进行报警，以提示驾驶员。2.4串口通信模块方案设计 通行串口采用通用串行9孔插头，利用标准串口设计的单电源电平转换芯片max232为驱动器进行数据传输。 其与单片机连接电路图如下：图2-8 max232电路与单片机通信电路 max232芯片是美信公司专门为电脑的rs-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。其内部结构基本可分三个部分：供电、电荷泵电路、数据转换通道。2.5小结：本章主要讲的是课题设计的原理与思路，其中包括超声波测距原理以及其测量精度的主要影响因素、显示报警系统的设计方案、附加模块通信串口的设计方案。第三章 系统硬件电路介绍3.1 系统总体结构

31、设计汽车防撞报警电路系统由单片机及外围电路、超声波发射部分、超声波接收部分、数据显示部分构成，加报警电路以此构成倒车雷达。系统总体框架设计如图3-1所示。障碍物超声波接收器显示器单片机报警电路超声波发射器图3-1 系统总体框架设计3.2主控芯片的介绍stc89c52是一种带8k字节闪烁的可编程可檫除只读存储器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低电压，高性能的comos8微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，且与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。这种单片机共有40个引

32、脚，其中32个是外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外部中断口，2个16位可编程的定时计数器,2个全双工串行通信口， stc89c52可以按照常规的方法进行编程，也可以进行在线编程。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器可以有效地降低开发的成本。3.2.1 stc89c52引脚具体介绍 主电源引脚（2根）vcc(pin40)：电源输入，接5v电源gnd(pin20)：接地线 外接晶振引脚（2根）xtal1(pin19)：片内振荡电路的输入端xtal2(pin20)：片内振荡电路的输出端 控制引脚（4根）rst/vpp(pin9)：复位引脚，

33、引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ale/prog(pin30)：地址锁存允许信号psen(pin29)：外部存储器读选通信号ea/vpp(pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入/输出引脚（32根）stc89c52单片机有4组8位的可编程i/o口，分别位p0、p1、p2、p3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。po口（pin39pin32）：8位双向i/o口线，名称为p0.0p0.7p1口（pin1pin8）：8位准双向i/o口线，名称为p1.0p1.7 p2口（pin21pin28）：8位准双向

34、i/o口线，名称为p2.0p2.7 p3口（pin10pin17）：8位准双向i/o口线，名称为p3.0p3.73.2.2 stc89c52主要功能如表3-1所示表3-1 stc89c52主要功能主要功能特性兼容mcs51指令系统8k可反复擦写flash rom32个双向i/o口256x8bit内部ram3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24mhz2个串行中断可编程uart串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能3.2.3 时钟电路stc89c52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚rxd和txd分别是此放大器

35、的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图32(a) 所示，在rxd和txd引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212mhz之间选择，电容值在530pf之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图32（b）所示，rxd接地，txd接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12mhz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟p1和p2，供单片机使用。示，rxd接地，txd接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要

36、求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12mhz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟p1和p2，供单片机使用。rxd接地，txd接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12mhz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟p1和p2，供单片机使用。（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图3-2 时钟电路本设计采用外部方式时钟电路，以方便手动复位。3.3 最小系统3.3.1复位电路为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5v&

37、#177;5%，即 4.755.25v。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当vcc超过4.75v低于5.25v以及晶体振荡器 稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 图3-3 复位电路3.3.2震荡电路晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低 的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它会组成并联谐振电路 。这个并联

38、谐振电路加到一个负反馈电路中就波振荡电路，由于晶振等效为电感频率范围很窄所以即使其它参数元件很大，这个震荡器的频率也不会有很大变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般ic的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。 图3-4 晶振电路3.4 超声波测距电路超声波测距模块hc-sr04可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高

39、到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理以及工作步骤：(1)采用io口trig触发测距，给至少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。超声波测距模块hc-sr04实物如图3-5所示，实物规格如图3.4所示，电气参数见表3.2所示，超声波模块原理如图3-7所示。图3-5超声波测距模块hc-sr04实物图 图3-6超声波测距模块hc-sr04规格图表3-2超声波模块hc-sr04的电

40、气参数 电气参数hc-sr04超声波模块工作电压dc 5 v工作电流15ma工作频率40hz最远射程4m最近射程2cm测量角度15 度输入触发信号10us 的 ttl 脉冲输出回响信号输出 ttl 电平信号，与射程成比例规格尺寸45*20*15mm图3-7 超声波模块hc-sr04原理图3.4 显示器lcd16023.4.1 液晶显示器的优点本系统的显示器选择液晶显示器lcd1602，在单片机系统中应用lcd1602晶液显示器作为输出器件有以下几个优点： 其显示质量高 由于液晶显示器的每一个点在收到信号后就一直保持特有的色彩和亮度，恒定发光，而其不像阴极射线管显示器（crt）那样需要不断地刷新

41、新亮点。因此，液晶显示器的画质高且不会闪烁。 数字式的接口 此液晶显示器的接口都是数字式的，和单片机系统的接口连接更加简单可靠，操作更加方便。 其体积小、重量轻 此液晶显示器是通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 功耗较低 相对而言，此液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动ic上，因而耗电量比其它显示器要少得多。3.4.2 液晶显示器的原理液晶显示器的显示原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有了电就有了显示，这样即可以显示出图形也可以显示文字。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路可直接驱动、容易实现全彩

42、色显示的特点，其目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、pda移动通信工具等众多领域。液晶显示器的分类方法有很多种，通常可按它的显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示。如果根据驱动方式来分，则可以分为静态驱动（static）、单纯矩阵驱动（simple matrix）和主动矩阵驱动（active matrix）三种。点阵图形式液晶由m×n个显示单元组成，假设lcd显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示ram区1024字节相对

43、应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由ram区的000h00fh的16字节的内容决定，当（000h）=ffh时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3ffh）=ffh时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000h）=ffh，（001h）=00h，（002h）=00h，（00eh）=00h，（00fh）=00h时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是lcd显示的基本原理。用lcd显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示ram区的8字节，还要使每字节

44、的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在lcd上开始显示的行列号及每行的列数找出显示ram对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32b，分左右两半，各占16b，左边为1、3、5右边为2、4、6根据在lcd上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示ram对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送

45、第三个字节直到32b显示完就可以lcd上得到一个完整汉字。 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式lcd，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图3-8所示。图3-8 1602字符型液晶显示器实物图 lcd1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为hd44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图3-9所示。图3-9 1602lcd尺寸图3.4.3 lcd1602主要参数以及引脚功能11602 lcd主要参数：显示容量:16&#

46、215;2个字符芯片工作电压:4.55.5v工作电流:2.0ma(5.0v)模块最佳工作电压:5.0v字符尺寸:2.95×4.35(w×h)mm2lcd1602引脚功能说明lcd1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-3所示。表3-3 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2数据2vdd电源正极10d3数据3vl液晶显示偏压11d4数据4rs数据/命令选择12d5数据5r/w读/写选择13d6数据6e使能信号14d7数据7d0数据15bla背光源正极8d1数据16blk背光源负极第1脚：vss为地电源。第2脚

47、：vdd接5v正电源。第3脚：vl为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度。第4脚：rs为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：r/w为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs和r/w共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当rs为低电平r/w为高电平时可以读忙信号，当rs为高电平r/w为低电平时可以写入数据。第6脚：e端为使能端，当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：d0d7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光

48、源负极。3 lcd1602内部的控制器共有11条控制指令，如表3-4所示。表3-4 控制命令表序号指令rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001i/ds4显示开/关控制0000001dcb5光标或字符移位000001s/cr/l*6置功能00001dlnf*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01bf计数器地址10写数到cgram或ddram）10要写的数据内容11从cgram或ddram读数11读出的数据内容3.5 数字温度计ds18b2

49、03.5.1双ds18b20温度测量设计 本设计采用的是双温度数据采集系统，温度芯片1是收集当地当时的温度，即车外温度，其采集的数据是为了矫正温度对超声波速度的影响而造成的误差。温度芯片2是附加设计，其主要功能是测量车内的温度，让驾驶员更好地了解车内的温度状况。3.5.2 ds18b20的介绍数字温度计ds18b20提供 9 位温度读数,指示器件的温度信息经过单线接口送入 ds18b20 或从 ds18b20 送出，因此从中央处理器到 ds18b20 仅需连接一条线和地读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供且不需要外部电源，其拥有以下等特性：独特的单线接口，只需1个接口引脚即可通信

50、多点（multidrug）能力使分布式温度检测应用得以简化不需要外部元件可用数据线供电不需备份电源 测量范围从-55至+125，增量值为 0.5等效的华氏温度范围是-67f至257f，增量值为0.9f 以 9 位数字值方式读出温度 在 1 秒（典型值）内把温度变换为数字 用户可定义的，非易失性的温度告警设置 告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度告警情况） 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计或任何热敏系统引脚说明如图3-10所示：引脚说明gnd地dq数字输入输出vdd可选的 vddnc空引脚dnc不连接 图3-10 ds18b20温度温度计3.6 稳压电源电路在

51、各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一的能量来源，稳压电源的主要任务是将50hz 的电网电压转换成稳定的直流电压和电流，从而满足负载的需要，直流稳压电源一般由整流、滤波、稳压等环节组成。其电路图如图3-11所示。其中，变压器将交流电源（220v/50hz）变换为符合整流电路所需要的交流电压。交流电压变换部分主要由整流电路、滤波电路和稳压电路三部分组成。整流电路是具有但方向导电性能的整流器件，将交流电压整流成单方向脉动的直流电压；滤波电路滤去单向脉动直流电压中的交流部分，保留直流成分，尽可能供给负载平滑的直流电压；稳压电路是一种自动调节电路，在交流电源电压波动或负载变

52、化时，通过此电路使直流输出电压稳定。220v交流电通过电源变压器变换成低压交流电源，再经过桥式整流电路和滤波电容的整理和滤波，在固定式三端稳压器lm7805的vin和gnd两端形成一个并不十分稳定的直流电压。此直流电压经过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、稳定度好的直接输出电压。如3-11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，滤波电容c6、c7，防止自激电容c5、c8和一只固定式三端稳压器lm7805组成。图3-11 稳压电路3.7 预警电路报警信号由单片机p1.2口输出，提供声响报警信号，电路由电阻r19、三极管

53、q7、蜂鸣器组成，当测量值低于事先设定的报警值时，蜂鸣器发出“滴、滴、滴.”报警声响信号，测量值高于设定的报警值时，停止发出报警声响。本次设计的设定参数是当其测量距离小于1米时，蜂鸣器发出报警声。其电路图如3-12所示：3-12报警电路设计3.8小结： 本章主要介绍了硬件部分各大模块的组成及硬件的规格与参数。在这里详细的说明了每个模块的功能，并附有电路图与实物图。在制作过程中先将主要模块先焊接好，包括单片机最小系统模块、lcd显示模块、超声波测距模块、温度测量模块。将剩余的模块位置预留好，等软件的初步调试结束后再把串口通信模块与万年历模块焊接上做最后的调试。第四章 硬件与软件的调试硬件与软件的调试是最后一步也是最重要的一步，应为本次设计的硬件和软