超声波倒车雷达论文答辩

1、基于凌阳基于凌阳SPCE061A单片机的超声波倒单片机的超声波倒车雷达系统设计车雷达系统设计班 级：电子本0709班姓 名： 马 乐学 号：0732080909指导老师： 张 志 恒2011年6月11日论文概述论文概述 倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。 本文描述了一个以凌阳SPCE061A为核心，由三个超声波测距模块构成的，提供语音报警功能和液晶显示功能的超声波倒车雷达系统。系统硬件框图系统硬件框图系统硬件框图：SPCE

2、061A 转转 接接 板板语音报警语音报警LED闪烁报警闪烁报警LCD显示模块显示模块超声波测距模块超声波测距模块 超声波测距模块超声波测距模块超声波测距模块超声波测距模块系统硬件设计系统硬件设计l系统硬件主要有以下几个部分： 1. SPCE061A精简开发板： .SPCE061A最小系统 .电源模块 .放音模块 2. 超声波测距模块电路： .超声波谐振频率调理电路 .超声波回波信号处理电路 .模组电源接口选择电路 .超声波测距模式选择电路 3. 转接板电路的设计 .CD4052简介 . 转接板电路原理 4. 显示电路的设计： .二极管闪烁报警电路 . LCD显示报警电路 5. 各模块接口分配

3、 SPCE061A精简开发板精简开发板1.SPCE061A最小系统 SPCE061A最小系统包括SPCE061A芯片及其外围基本模块，外围基本模块有：晶振输入模块（OSC）、锁相环外围电路（PLL）、复位电路（RESET）、指示灯（LED）等。有关SPCE061A单片机最小系统的各个模块都做在61板中。 SPCE061A的内核供电电压为3.3V,而I/O端口可接3.3V也可接5V，考虑到超声波测距模块需要供电电压在4.5V以上时才能正常工作，故使用精简开发板上提供的5V电源。电源模块的电路原理图如下图所示。超声波测距模块超声波测距模块 超声波测距模组是为方便学生进行单片机接口方面的学习专门设计

4、的模块，超声波测距模组可以方便地和61板连接。下图为超声波测距模组的结构框图： 本电路工作所需要的40KHz方波由SPCE061A提供，该信号经CD4049进行频率调理，以使超声波传感器发生谐振。从电路图可以看出CD4049是由6个非门构成的六反相缓冲器/变换器。由于超声波的传播距离与它的振幅成正比，使用CD4049能使由单片机发出的振荡信号的幅度增大一倍使超声波传播距离明显的增长，测距的范围得到扩大。 超声波回波信号处理电路原理图如下图所示： 由于超声波在空气中传播时，其能量的衰减程度与传播距离成正比，其接收到的回波信号的幅值的单位通常在毫伏级甚至更小，所以超声波回波信号处理电路的前级就需要

5、提供很高的放大信号，使单片机能够正常工作。本体统采用NE5532搭配外围电路构成10000倍放大器来对接收到的信号进行放大处理。经过处理的信号输入至LM311的正端与3脚提供的基准电压相比较然后输出，若输出为低电平，则说明无回波信号或信号太小，若输出为高电平，则会被SPCE061A所接收然后做数据处理。 超声波测距模式选择电路的作用是为回波信号处理电路中LM331提供电压比较的基准电压，其电路原理图如下图所示： 由电路图可知，该电路可为LM311提供3组不同的电压，分别对应短距离测距，中距离测距和可调测距三种不同的测距模式。 转接板电路的设计转接板电路的设计 本方案设计，会涉及到多路传感器选通

6、控制，所以为了可靠地实现硬件的连接，需要制作一个利用模拟开关设计的转接板。超声波测距模组在使用时，只需要两个端口就可完成测距，一个控制超声波的发射，一个是检测超声波信号的接收信号；而在超声波测距模组中，这两个信号都为数字信号，对模拟开关的要求并不严格，所以选用CD4052作为模拟开关器件。 显示电路的设计显示电路的设计 本系统的显示电路部分分为发光二极管闪烁报警x显示和LCD液晶屏显示。 二极管闪烁报警电路结构比较简单，二极管直接与SPCE061A的I/O口相连，串联一个限流电阻即可完成设计要求，该部分电路如下所示。 LCM1062A液晶显示模块能够同时显示16x02即32个字符。由于使用的L

7、CM1602A液晶模块已经模块化，外围电路较为简单，不再给出。现给出液晶屏各引脚的接线图如下所示：其中RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器； R/W读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。E(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。 各模块接口分配各模块接口分配 本系统是以SPCE061A为控制器，故以其为中心进行接口分配。SPCE061A共有两个I/O口，共32位。其中IOB8，IOB9两口具有PWM脉宽调制输出的特殊功能，IOB2，IOB3具有外部中断源输入的特殊功能，故设计B口的IOB2，IOB9作为超声波测距模块外部中断输

8、入和PWM信号输出接口。同时IOA1，IOA2，IOA3分别与LCD显示模块的三根控制线RS，R/W，E连接。IOB1，IOB2两口与转接板CD4052的A0，A1相连，用于传感器测量通道的选通。A口的高8位作为LCD显示模块的数据口，IOB12，IOB13，IOB14三口与二极管闪烁报警模块的接口相连。系统软件设计系统软件设计 本系统的软件部分拟包含以下几个模块来实现设计所需要的功能。 主程序：主程序主要负责控制整个系统的工作流程，完成各函数的正常调用。功能上，该部分仅有超声波传感器通道选通功能，这样主程序较为简洁，便于阅读与调试。 系统程序：主要包括system.c文件。其完成的功能有：系

9、统端口初始化、测量结果处理、二极管闪烁刷新及LCD输出显示。 中断程序：主要包括IRQ.c和isr.asm文件，前者包括超声波测距所需要的外部中断服务代码，显示刷新服务代码等。后者包括语音播放程序中断服务代码。 超声波测距程序：该部分程序主要包括ultrsonic_App.c和IRQ.c的部分文件。该部分主要完成超声波测距的控制，输出结果处理等功能。 语音播放程序：主要包括Speech.c文件。该部分主要用于实现对外的语音播放功能。 LCD初始化及驱动程序：主要包括1062LCD.asm和LCD1602_User.h文件。该部分实现LCD初始化和LCD读写命令等功能。 1. 主程序设计 如右图

10、所示为主程序流程图。由于系统的各功能基本由各模块完成，所以主程序的流程并不复杂。图中，延时部分由系统提供的IRQ4的1KHz中断来提供，通道选择即由IOB1、IOB2两个I/O端口的输出状态选通CD4052的通道，以决定当前将进行哪个模块的测距工作，三个超声波测距模块将不断地交替探测障碍物的存在与否。 系统初始化通道选择（ch）完成一次测距测距数据处理延时20msch2?通道清零(ch=0)NY开始YN 2. 超声波测距程序的设计 测距参数设定TimerB产生PWM波延时设置TimerB用计时延时开EXT1外部中断测距是否完成？Exit_flag=1?是否接收到回波信号？Exit_IRQ_fl

11、ag=1?测距是否超时？开始测距结果处理Exit_flag=0进行一次远距离测距Exit_flag=0结束YNNYYNNYYNNY 当调用测距函数进行测距时，IOB9口将输出由TimerB产生的40KHz的PWM信号，对于短距离测距，该信号将持续0.5毫秒左右，发出20个以上40KHz的脉冲信号。此时关闭系统中断，将TimerB设置为计数模式，用于计量超声波信号从发射到接收的间隔时间；将TimerA设置为计时模式，提供避开余波开扰的延时，该部分的延时时间将由测试距离和PWM信号发射信号的持续时间来决定，对与短距离测距，本系统的延时时间在0.3毫秒左右。经过延时，打开EXT1外部中断，Timer

12、B开始对回波信号的脉冲数进行计数。当EXT1检测到回波信号的脉冲时，会在中断服务程序中读取TimerB的计数值。该计数值经过处理换算即可得到相对于障碍物距离。若EXT1没有接收到回波信号会重新设置参数，再进行一次较远距离的测试，其工作流程与短距离测距完全一致。若两次测试EXT1都没有接收到回波信号则表明系统工作范围内无障碍物。 3. 语音播放程序的设计 开始是否超过3秒开语音中断中断初始化语音播放初始化停止播放播放服务程序结束当前播放结束？NNYYNYYN 从流程图上可以看出，为了避免多次语音播放重复和播放过于频繁，在语音播放之间添加了基于IRQ5的2Hz中断来进行延时。只有当距离上次语音播放

13、的时间间隔超过3秒时，下一次的语音播放才会被系统允许。 4. 二极管闪烁程序的设计 开始初值是否为0？计数器开始计数输出状态取反结束是否溢出？YYNN 二极管闪烁报警模块的三个发光二极管是直接与SPCE061A的IOB12、IOB13、IOB14三个口相连的。为了实现设计所要求的当探测到障碍物时，二极管以一定频率闪烁，且距离越近闪烁频率越高的这一功能，该部分设置了用于保存对应超声波测距模块频率设置初值的三个变量及三个用于控制输出反转的计数器。当输入的频率初值不为零时，该计数器就会不断地计数，当计数器中的计数值溢出时，对输出的状态取反，重新送初值，如此周而复始即可满足该部分的设计要求。该部分的程序流程图如右图所示。YNNY 5. LCD初始化及驱动程序的设计 开始显示模式选择延时1.53ms结束延时显示开刷屏延时延时 LCM1602A液晶显示模块共有3根控制线，LCD初始化及驱动程序的设计便是在参考该部分时序图的基础上，对这3根控制线进行操作来完成的。LCD初始化流程图如右图所示。结结 论论 本文设计的超声波倒车雷达系统是在SPCE061A最小精简开发板上的一个应用。设计的各项功能都能够实现。通过以上论述可以发现