超声波倒车雷达系统设计说明

1、目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979865 摘要：3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979866 Abstract4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979867 第一章绪论5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979868 1.1引言5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979869 1.2超声波测距原理以与理论分析5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979870 第二章系统概述6 HYP

2、ERLINK l _RefHeading_Toc417979871 2.1方案选择6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979872 2.1.1方案一6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979873 2.1.2方案二7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979874 2.2系统设计原理7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979875 2.3系统组成8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979876 2.3.1主控制器8 HYPERLINK l _RefHeadi

3、ng_Toc417979877 2.3.2显示电路8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979878 2.3.3 HC-SR04超声波模块8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979879 第3章系统硬件设计9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979880 3.1主控芯片STC89C519 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979881 3.1.1单片机特点：9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979882 3.1.2部结构9 HYPERLINK l _RefH

4、eading_Toc417979883 3.1.3引脚图以与部分引脚功能9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979884 3.2液晶显示模块10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979885 3.2.1模块简介：10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979886 3.2.2引脚功能说明：11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979887 3.2.3系统显示模块电路11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979888 3.3超声波测距模块11 HYPERLIN

5、K l _RefHeading_Toc417979889 3.3.1模块简介11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979890 3.3.2模块工作原理：12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979891 3.3.3模块电气参数12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979892 3.3.4系统超声波模块电路12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979893 3.4报警电路模块12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979894 3.4.1蜂蜜器简介12 HYP

6、ERLINK l _RefHeading_Toc417979895 3.4.2系统报警电路模块12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979896 第四章系统软件设计13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979897 4.1主程序设计13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979898 4.1.1主程序简介13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979899 4.1.2程序代码13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979900 4.2 LCD显示模块程序设计15

7、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979901 4.2.1模块简介15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979902 4.2.2程序代码15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979903 4.3超声波测距模块程序设计18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979904 4.3.1模块简介18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979905 4.3.2模块代码18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979906 4.4报警模块程序设计2

8、0 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979907 4.4.1模块简介20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979908 4.4.2模块代码20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979909 4.5辅助代码20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979910 结论24超声波倒车雷达系统的设计文摘:在了解超声波测距原理和51单片机基本原理的基础上，提出并实现了基于超声波测距的汽车倒车雷达系统。系统工作时，超声波传感器在单片机的控制下发出脉冲信号，超声波在传播过程中遇到障碍物后被反射。反射波

9、由超声波接收器接收，然后送入51单片机进行处理，从而实现对汽车倒车过程中障碍物的实时监测，并通过显示屏和报警器向驾驶员报警。该系统由以STC89C51单片机为主控模块的硬件系统、由超声波发射和接收模块组成的传感器模块、液晶显示模块、蜂鸣器报警模块和软件程序设计组成。关键词:单片机；超声波测距；液晶显示器；报警；设计第一章:绪论1.1简介近年来，随着科技推动汽车工业的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国汽车保有量逐年增加。同时，对于一个司机来说，倒车是必须掌握的技能。与前进相比，倒车需要更加谨慎。在街道、车库、停车场等地倒车时，往往是因为驾驶员没有时间同时顾及车的前方、后方和外围，尾部盲区导致

10、的交通事故不在少数。在这些事故中，轻者造成自己的车和他人财产受损，重者可能危及人的生命。如今，后视镜已经不能满足人们安全倒车的需求。据初步调查统计，15%的汽车事故是由于倒车后视野不好造成的。因此，人们对车辆倒车操作的便利性提出了更高的要求，增加车辆的后视能力，开发用于检测车辆后方障碍物的倒车雷达成为近年来的热点之一。然而，安全避障的前提是快速准确地测量障碍物与车辆之间的距离。超声波在传播中不受电磁场、颜色和护理的影响。同时，超声波传感器具有信息处理简单、硬件实现容易、价格低廉等优点，因此作为一种测距传感器被广泛使用。基于STC89C51单片机和HC-SRF04超声波测距模块，设计并实现了一种

11、超声波测距倒车雷达。1.2超声波测距原理及理论分析声波是物体的机械振动状态(或能量)的传播形式。一般来说，频率在20Hz到20000 Hz之间的机械波可以被人耳感知为声波，频率在20Hz以下的机械波为次声波，频率在20000Hz以上的机械波称为超声波。高于100MHz的机械波称为超超声波。因为超声波方向性好，穿透能力强，很容易获得更集中的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/813391.htm t _blank 声能特征通常用于测距。超声波测距是根据声波在空气介质中从发射到接收的传播时间来测量声波的传播距离。本文所用的

12、超声模块是由超声脉冲回波渡越时间法实现的。设从超声波脉冲发出到传感器接收到的时间为T，超声波在空气中的传播速度为C，则传感器到目标物体的距离D可由下式得到D = ct /2第2章:系统概述2.1方案选择选项1超声波测距模块使用SRF08测距模块检测障碍物的位置。为了保证车身的准确定位，系统设计采用三个模块同时检测后方和左右。当探测到的障碍物距离车身小于1米时，系统红灯闪烁，蜂鸣器报警。测量过程中，液晶屏实时显示车身后部与左右障碍物的距离。由于SRF08超声波模块的接口采用I2C总线接口设计，可以与PIC等舵机处理器配合使用，因此模块使用方便。SRF08是一种高性能的双探头超声波，探测距离为3c

13、m-6m。独特的触发指令可以使SRF08工作在连续检测模式，即完成一次距离检测后可以自动进行第二次检测，相当于连接了一个微处理器。同时，SRF08超声波测距模块包含36个寄存器，在测距模式下需要操作相应的寄存器。在测距模式下，每次将命令写入命令寄存器时，将开始测距，并且在开始测距的同时，回声记录缓冲器的数据将被清除。根据测量顺序，测量的距离将以2B为单位记录在村庄登记簿中。由于距离测量需要一定的等待时间，这个时间可以通过主控芯片修改SRF08测量寄存器中的数据来改变。等待片刻后，安装总线上的其他模块即可开始测距操作，使三个测距模块在短时间内工作，实现高效、实时、准确的测距定位。因为需要直观清晰

14、地显示三个位置的测距信息，同时考虑到显示的美观和显示效果，需要显示位宽更高的显示器。因此，本设计方案选用LCD 12864显示实时信息。系统的软件部分主要包括主功能部分、液晶显示部分，包括液晶显示的初始化、写命令、写数据等。SRF08的超声波测距部分包括I2C公交车的启动和停止、数据的读写、测距和判断等。此外还包括延时、报警等部分。系统框图如图2.1所示。图2.1 SRF 08超声波模块测距系统框图选项2超声波模块采用SRF04超声波模块检测障碍物，STC89C51单片机作为主控制器，LCD1602作为显示输出，蜂蜜装置报警。HC-SRF04超声波测距模块使用IO触发测距，IO口给出至少10u

15、s的高电平信号启动模块。当模块启动时，超声波接收器在接收到回波时会在输出引脚输出一个高电平。当主控芯片检测到输出信号时，可以启动定时器，当此端口变为低电平时，可以读取定时器的值。这个时候就是这个测距的时候了，然后就可以计算距离了。这种连续的周期性测量可以实现实时测距的功能。由于SRF04模块本身不含寄存器，测量时需要消耗单片机的硬件资源。因此，本方案采用尾部单传感器进行测量。如果用LCD12864作为显示输出，会浪费很多资源，所以选择LCD1602作为显示输出部分。通过主控芯片，将超声波模块测得的与车尾障碍物的距离与系统的报警阈值进行比较。如果超过阈值，报警器可以有效避免与障碍物碰撞。方案系统

16、的软件部分包括STC89C51单片机的时钟、中断的编写，LCD1902显示部分包括LCD的初始化、命令和数据的编写以及SRF04超声波测距模块的控制。从以上两种方案可以看出，第一种方案测量精度高，同时很多超声波模块可以很好的实现基本功能，但是硬件成本高，电路比较复杂，软件设计比较复杂。第二种方案电路设计简单，检测灵敏，软件设计简单，易于实现。因此，本文的设计基于方案二。2.2系统设计原则在该系统中，STC89C51单片机向SRF04超声波测距模块发送启动信号，并接收来自SRF 04模块的返回信号。单片机的时钟记录返回信号的持续时间，计算距离。测量的距离被发送到LCD1602进行显示，并与系统距

17、离阈值进行比较。如果低于阈值，蜂鸣器将发出警报。2.3系统组成本文设计了一种基于89S51单片机的超声波测距倒车雷达系统。系统总体框图主要由主控制器、超声波测距模块、单片机复位、时钟振荡、液晶显示和报警提示组成。系统框图如图2.2所示。图2.2系统的基本框图主控制器单片机STC89C51具有低压供电、体积小的特点，四个端口只需要两个端口就可以满足电路系统的设计需要。显示电路电路采用LCD1602液晶显示，从P0口输出数据。HC-SR04超声波模块发射器发出长度约为6mm、频率为40KHZ的超声波信号。该信号被物体反射并被接收头接收，接收头实质上是一个压电换能器。接收到信号后，产生mV级的微弱电

18、压信号，通过接收电路放大信号，得到回送信号。第三章系统硬件设计3.1主控芯片STC89C513.1.1单片机的特点:性价比极佳。高集成度、小尺寸和高可靠性。强大的控制功能单片机的系统扩展和系统配置具有典型性和规律性，容易形成各种规模的应用系统。零件结构MCS-51单片机将CPU、RAM、ROM定时器、计数器和多功能I/O口集成在一块芯片上。包括:一个8位的CPU4KB ROM或EPROM28字节RAM数据存储器4个8位并行I/O口，其中P0和P2为地址/数据线，可寻址64KB ROM和64KB RAM；可编程全双工串行端口；它有五个中断源、两个优先级和一个嵌套中断结构。两个16位定时器/计数器

19、；一种芯片振荡器和时钟电路。3.1.3引脚图和一些引脚功能图3.1 STC 89 c 51引脚图一些引脚功能:Vcc和Vss是电源引脚；XTAL2(18针):接外晶振和微调电容的一端；在89C51芯片中，它是振荡电路反相放大器的输出，振荡电路的频率是晶体的固有频率。xtal 1(19脚):连接外晶振和微调电容的另一端；在芯片中，它是振荡电路反相放大器的输入。使用外部时钟时，此引脚必须接地。RST/VPD(9脚):RST为复位信号输入，其高电平有效。ALE/PROG(30引脚):数据锁存允许信号端子。PSEN(29针):程序存储允许输出信号端子。EA/Vpp(31针):外部程序存储器地址许可输入

20、/固化编程电压输入。输入/输出端口P0/P1/P2/P33.2液晶显示模块3.2.1模块介绍:字符液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵液晶显示器。目前常用的有16*1、16*2、20*2、40*2线。1602LCD分为背光和背光两种。底座控制器大部分是HD44780，有背光的比没有背光的厚。背光与否对应用没有影响。实物如图3.1所示。图3.1 LCD液晶显示器实体图02液晶显示器的主要技术参数:显示容量:162字符；芯片工作电压:4.55.5V；工作电流:2.0毫安(5.0v)；模块的最佳工作电压:5.0V；字符尺寸:2.95 4.35(宽高)毫米；3.2.2引脚功能描述:引

21、脚1: VSS是地电源。针脚2: VDD接5V正电源。脚3: VL是LCD的对比度调节端子，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高。当对比度过高时，就会产生“鬼影”。使用时，可通过10K电位器调节对比度。脚4: RS是寄存器选择，高电平选择数据寄存器，低电平选择指令寄存器。引脚5: R/W是读写信号线，高电平可以读，低电平可以写。当RS和R/W都为低时，可以写指令或显示地址，当RS为低时，R/W为高时，可以读忙信号，当RS为高时，可以写数据。引脚6:E端子是使能端子。当E端子从高电平跳到低电平时，LCD模块执行命令。脚7 14: D0 D7为8位双向数据线。第15脚:背光阳极。第16脚:背光的

22、负极。系统显示模块电路3.3超声波测距模块模块介绍超声波测距由HC-SR04超声波传感器实现。该模块可提供2 cm-400 cm的非接触式测距功能，测距精度可达3 mm，模块包括超声波发射器、接收器和控制电路。模块图如图3.2所示。图3.2 HC-SR04超声波模块3.3.2模块的工作原理:1)利用IO触发测距，通过单片机给出至少10us的高电平信号；2)模块自动发送8个40khz的方波，并自动检测是否有信号返回；3)信号返回时，通过IO输出一个高电平，高电平的持续时间就是声波在介质中的传播时间。4)超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高层时间*声速(340m/S)/2；模块的电气参数引脚功

23、能:提供5V正电源，GND为电源地，TRIG触发控制信号输入和ECHO回声信号输出。3.3.4系统超声波模块电路3.4报警电路模块3.4.1蜂蜜装置简介蜂鸣器是一种集成结构的电子发声器。按DC电压可分为有源和无源。本文采用无源蜂鸣器。3.4.2系统报警电路模块第四章系统软件设计4.1主程序设计主程序介绍该系统的一般流程包括以下步骤:首先初始化LCDl602 LCD，然后唤醒单片机的时钟，初始化后启动超声波测距，打开时钟，接收回波信号。关闭时钟，计算距离，在LCD上显示，并与系统距离阈值进行比较。低于系统阈值的警报。同时，数据被送到液晶显示器显示。流程图如图4.1所示。图4.1系统流程图程序代码

24、无效总管(无效)无符号字符TempCyc无符号长巨力；int I；delay 400 ms()；/开始等待，等待LCM工作。LCM init()；/LCM初始化delay 5 ms()；/延迟片刻(不要)DisplayListChar(0，0，MCU studio)；DisplayListChar(0，1，email)；read datalcm()；for(temp cyc = 0；TempCyc 10TempCyc+)while(1)TMOD = 0 x 01；/设T0为模式1，gate = 1；TH0 = 0；TL0 = 0；ET0 = 1；/允许T0中断EA = 1；/打开总中断whil

25、e(1)StartModule()；/ DisplayOneChar(0，1，ASCII0)；而(！RX)；/当RX为零时等待TR0 = 1；/打开计数while(RX)；/当RX为1时计数并等待TR0 = 0；/关闭计数juli = Conut()；/计算如果(朱莉 0 x 19)/到达字符串末尾时退出。If (X =700)|flag=1) /超出测量范围显示“-”。flag = 0；DisplayOneChar(6，1，ASCII11)；DisplayOneChar(7，1，ASCII10)；/显示点DisplayOneChar(8，1，ASCII11)；DisplayOneChar(9

26、，1，ASCII11)；DisplayOneChar(10，1，ASCII12)；/显示m其他disbuff0= S % 1000/100；disbuff1= S % 1000% 100/10；disbuff2= S % 1000% 10% 10；DisplayOneChar(6，1，ASCIIdisbuff0)；DisplayOneChar(7，1，ASCII10)；/显示点DisplayOneChar(8，1，ASCIIdisbuff1)；DisplayOneChar(9，1，ASCIIdisbuff2)；DisplayOneChar(10，1，ASCII12)；/显示m4.4报警模块的编

27、程4.4.1模块介绍报警模块主要用来驱动蜂鸣器和液晶灯，以达到报警的效果。模块代码无效哔哔声()int I；SPK = 0；for(I = 0；i 50i+)dela Yus 2 x(100)；SPK =！SPK；SPK = 1；4.5辅助代码部分代码主要用于辅助整个代码框架，主要包括系统包含的函数接口的声明，从而与系统硬件的各个硬件接口声明定义，以及系统的一些常见的延时函数和标志函数。可以简化代码，减少整个代码的冗余，使程序在运行过程中简洁。用函数声明的系统硬件接口#include /设备配置文件#include #定义RX P2_3#定义TX P2_2#定义SPK P1_0 /霍恩定义#定

28、义LED P1_1#定义LCM_RW P2_5 /定义LCD引脚#定义LCM_RS P2_4#定义LCM_E P2_6#定义LCM_Data P0#定义Busy 0 x80 /用于检测LCM状态字中的Busy IDvoid LCM init(void)；void DisplayOneChar(无符号char X，无符号char Y，无符号char DData)；void DisplayListChar(无符号char X，无符号char Y，无符号char code * DData)；void delay 5 ms(void)；void Delay400Ms(无效)；无效解码(无符号字符扫描码

29、)；void WriteDataLCM(无符号字符wd LCM)；void writecommandcm(unsigned char wcl cm，BuysC)；无符号char read datalcm(void)；无符号char ReadStatusLCM(void)；无符号char代码mcustudio = 毕叶she Ji ；未签名字符代码email = 居里: ；无符号字符代码Cls= ；无符号字符代码ASCII15 = 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 ， 8 ， 9 ，-， M ；静态无符号字符DisNum = 0；/用于显示的指针无符号int time = 0；无符号长S = 0；位标志= 0；unsigned char disbuff4 = 0，0，0，0，；系统各级的延迟功能:/5毫秒延迟无效延迟5毫秒(无效)无符号int TempCyc = 5552while(TempCyc-)；/400毫秒延迟无效延迟400毫秒(无效)无符号