倒车雷达课程设计

1、装订线长 春 大 学 课程设计纸 PAGE I目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc404232830 第1章 绪论 PAGEREF _Toc404232830 h 1 HYPERLINK l _Toc404232831 1.1倒车雷达的研究现状及发展趋势 PAGEREF _Toc404232831 h 1 HYPERLINK l _Toc404232832 1.2 设计主要内容 PAGEREF _Toc404232832 h 1 HYPERLINK l _Toc404232833 第2章 系统的总体设计方案及理论基础 PAGEREF _Toc404232833

2、 h 2 HYPERLINK l _Toc404232834 2.1 总体设计方案 PAGEREF _Toc404232834 h 2 HYPERLINK l _Toc404232835 2.2 超生波测距理论基础 PAGEREF _Toc404232835 h 2 HYPERLINK l _Toc404232836 第3章 系统硬件设计 PAGEREF _Toc404232836 h 3 HYPERLINK l _Toc404232837 3.1 单片机控制系统 PAGEREF _Toc404232837 h 3 HYPERLINK l _Toc404232838 3.1.1 单片机的选择

3、PAGEREF _Toc404232838 h 3 HYPERLINK l _Toc404232839 3.1.2 AT89C51单片机简介 PAGEREF _Toc404232839 h 4 HYPERLINK l _Toc404232840 3.2 超声波系统 PAGEREF _Toc404232840 h 6 HYPERLINK l _Toc404232841 3.2.1 超声波发射电路 PAGEREF _Toc404232841 h 6 HYPERLINK l _Toc404232842 3.2.2 超声波接收电路 PAGEREF _Toc404232842 h 6 HYPERLINK

4、 l _Toc404232843 3.3 显示以及声光报警电路 PAGEREF _Toc404232843 h 7 HYPERLINK l _Toc404232844 3.3.1 显示电路的设计 PAGEREF _Toc404232844 h 7 HYPERLINK l _Toc404232845 3.3.2 报警电路的设计 PAGEREF _Toc404232845 h 8 HYPERLINK l _Toc404232846 第4章 硬件测试 PAGEREF _Toc404232846 h 10 HYPERLINK l _Toc404232847 总结 PAGEREF _Toc4042328

5、47 h 11 HYPERLINK l _Toc404232848 参考文献 PAGEREF _Toc404232848 h 12装订线长 春 大 学 课程设计纸共 12 页 第 PAGE 12 页 第1章 绪论倒车，是每位驾驶员都必须掌握的技能，但是倒车会有盲区，使驾驶员看不到车后的具体情况。以至于发生很多不应该的惨剧，由此可以得到倒车时遇到障碍物的警示是非常必要的，由此，专为汽车倒车泊位设置的倒车雷达应运而生。本课程设计会将具体的设计方案以及细节做出说明。1.1倒车雷达的研究现状及发展趋势经过多年的发展，倒车雷达设计从开始的简单，到现在已经有了相当完善且复杂的应用。日本、美国和欧洲等国的大

6、汽车公司都投入了相当的人力、物力，采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级汽车上。据海外媒体报道，戴姆勒-克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车(尤指卡车)使用的电子刹车系统，它与其他刹车系统的区别在于，其在卡车车头设有雷达感应器，感应器在车前观察四周环境，并将所有收集的信息交由一控制器进行处理，形成一虚拟景象，再借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车。未来两三年内这种新型刹车系统即可量产上市，但价格昂贵，其过高的成本限制了它应用的普遍性。1.2 设计主要内容为避免汽车在倒车过程中发生事故，本文设计了一种基于AT89C51单片机的超声波

7、倒车雷达系统。介绍了超声波测距的基本原理，阐述了倒车雷达系统的结构组成、硬件电路设计。倒车距离通过LED数码管显示和声光报警电路对不同距离段做出不同的提示。该系统主要由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路、数码管显示电路以及报警电路等几部分组成。AT89C51单片机是整个系统的核心部件。单片机在超声波信号发射的同时开始计时，超声波信号在空气中传播，在遇到障碍物后发生反射，反射的回波信号经过处理后输入到单片机的外部中断口发生中断，单片机停止计时。通过单片机可得到超声波信号往返所需要的时间，再结合当地声速即可求得车体与障碍物之间的距离。在不同距离显示相应的报警提示。 第2章 系统的总体设

8、计方案及理论基础2.1 总体设计方案本设计的应用背景是基于AT89C51的超声信号检测的。因此初步计划在实验室内小范围的测试。超声波发射仪发出短暂的40KHz信号，反射后的超声波经超声波接收器作为系统的输入，单片机对此信号进行技术判断处理后，把相应的计算结果送到数码管显示电路显示，并进行声光报警报警。系统硬件部分主要由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路、数码管显示电路以及声光报警电路等几部分组成。系统的总体结构框图如图2-1所示：ATC89C51单片机物体数码管显示模块超声波发送模块报警模块超声波接收模块图2-1 系统总体结构框图2.2 超生波测距理论基础一般来说，频率在20Hz-

9、20KHz之间能为人耳所听到的机械波称为声波；频率低于20Hz的机械波称为次声波；高于20KHz的机械波称为超声波；而高于100MHz的机械波则称之为特超声波。超声波由于其为直线传播，反射能力强且在液体、固体中传播衰减很小，穿透力强等特性，使其在实际生活中得到广泛应用。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。超声波测距就是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出超声波传输的往返时间,然后求出声波传播距离。其关系式如公式（1）： S=ct/2 （1）式中：S为待测距离

10、；c为超声波在空气介质中的传播速度；t为往返时间。第3章 系统硬件设计按照系统所需功能，系统硬件结构可以划分为三大主要模块：控制系统、超声波系统以及显示和声光报警系统。 本系统的主要功能是：当车挂入倒档后，超声波发射电路开始连续不断的发出超声波，遇到障碍物后反射，超声波接收电路接收，控制电路通过相应的计算，可以计算出相应的距离，并送至显示电路进行显示。如果所测距离小于预先设置好的报警距离，那么，报警电路则会发光和声音进行报警提醒驾驶者。3.1 单片机控制系统3.1.1 单片机的选择一般在系统的设计当中，能否完成设计任务最重要的就在于系统的核心器件是否选择合适，而单片机更是是系统控制的核心，所以

11、对单片机的选择更是异常重要。如果选择了一个合适的单片机不仅可以最大地简化系统的操作，而且其功能可能是最好的，可靠性也比较高，对整个系统来说更方便。目前，市面上的单片机的种类繁多，并且他们在功能方面也是各自有各自的特点。在一般的情况下来讲，在选择单片机时要需要考虑的几个方面有：（1）单片机最基本性能参数指标。例如：执行一条指令的速度、程序存储器的容量，I/O口的引脚数量等。（2）单片机的某些增强的功能。（3）单片机的存储介质。例如：对于程序存储器来说，最好选用的是Flash的存储器。（4）单片机的封装形式。封装的形式多种多样，例如：双列直插封装、PLCC封装及表面贴附等。（5）单片机对工作的温度

12、范围的要求。例如：在进行设计户外的产品时，就必须要选用工业级的芯片，以达到温度范围的要求。（6）单片机的功耗。例如，如果信号线取电只能提供几mA的电流，所以为了能满足低功耗的要求这个时候选用STC的单片机是最合适的。（7）单片机在市面上的销售渠道是否畅通、其价格是否便宜。（8）单片机技术的支持网站如何，卖家提供的芯片资料是否足够完善，是否包含了用户手册，设计方案举例，相关范例程序等。（9）单片机的保密性是否很好，单片机的抗干扰的性能如何等。综合考虑以上因素，选择AT89C51作为本系统的控制部件。3.1.2 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FP

13、EROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机(AT89C51)引脚功能图如图3-1所示:图3-1 AT89C51引脚图2AT89C51引脚具体介绍如下： 主电源引脚（2根）VCC(40)：电源输入，接5V电源GND(20)：接地线 外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)和XTAL2(Pin18) 为了产生时钟信号，在AT89C51单片机的芯片内部已经设置了一个反相放大器，其中XT

14、AL1端口就是片内反相放大器的输入端，XTAL2端则是片内振荡器反相放大器的输出端 。单片机使用的工作方式是自激振荡的方式，XTAL1和XTAL2外接的是12MHz的石英晶振，使内部振荡器按照石英晶振的频率频率进行振荡，从而就可以产生时钟信号。它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率上。时钟信号电路如图3-2所示:图3-2 晶振电路 控制引脚（4根） RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。复位电路如图3-3:图3-3 复位电路 AL

15、E/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）AT89C51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。P0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I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pi

16、n10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.3.2 超声波系统3.2.1 超声波发射电路本系统超声波接收电路采用74LS04模块。74LS04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0.超声波发射电路图如图3-4所示：图3-4 超声波发射电路3.2.2 超声波接收电路本系统超声波接收电路采用CX20106测距模块。1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40k。2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R1或减小C1,将使负反馈量

17、增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C1的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7，C1=1F。3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3f。4脚：接地端。5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200k时，f042kHz，若取R=220k，则中心频率f038kHz。6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。7脚：遥

18、控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22k，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。8脚：电源正4.5V5.5V.超声波接收电路如图3-5所示：图3-5 超声波接收电路图3.3 显示以及声光报警电路显示报警单元是经过超声波发射接收电路及单片机STC89C51处理后把信号转化为人为可以看到的数字显示和报警响应，以让人们能够直观的觉察到测量的状况，进一步避免事故发生。显示报警电路由显示和报警两部分电路组成，主要实现在出现紧急情况下的显示报警功能，以此提醒驾驶员。3.3.1 显示电路的设计1.LED数码管是利用发光二极管的特性组合而成数

19、字显示器件，通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字。要使数码管正常显示就得有驱动电路驱动相应的段码，数码管的现实方式可分为静态显示和动态显示，静态显示方式只适合显示单个的数字，因此本设计应采用动态显示方式。由于动态显示方式利用的是人眼视觉暂留的特性，扫描的时间应不大于20毫秒，占用系统资源虽然大，但是在显示的个数和字型有限情况下可以充分利用其优良特性，且相对于整个系统来说，单片机的系统资源利用不多，所以可以应用数码管显示。2.LED数码管显示模块设计LED是发光二极管的缩写。LED数码管里面有8只发光二极管，分别记作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp为小数点，每一只发光二极管都有一根

20、电极引到外部引脚上，而另外一只引脚就连接在一起同样也引到外部引脚上，记作公共端（COM），其中引脚的排列因不同的厂商而有所不同。动态扫描显示方式在数码管应用系统中应用得最为广泛，这也是我在本设计中的显示方法。共阳极与共阴极这两种方法难度差不多，因此在该设计中我也采用数码管共阳极的接法。显示电路采用简单实用的LED数码管动态显示，段码用PNP三极管驱动，系统显示的距离范围在2米之内。显示电路图如图3-6所示：图3-6 显示电路图3.3.2 报警电路的设计报警部分采用一个蜂鸣器进行报警，利用单片机控制输出一个一定频率的信号。由于蜂鸣器的工作电流比较大，以至于单片机的I/O口无法直接驱动，所以用三极

21、管来放大电流。信号通过一个三极管，把信号放大，以增强驱动能力。然后将放大之后的信号连接到蜂鸣器上，报警装置的设计图如图3-7所示：图3-7 报警电路蜂鸣器是使用直流电源进行供电，当三极管导通时蜂鸣器发出警告声音，同时发光二极管也点亮。两者组合作为声光报警电路。 第4章 硬件测试硬件调试阶段主要分为两个步骤：（1） 检查各管脚连接再初次焊接完成后，按照原理图的连线，一条一条的检查是否连接妥当，是否有虚焊、断焊的地方，由于粗心大意，在超声波的发射电路中电源线以及接地线都没有连接，找到连线错误后直接连接上电路。（2）通电测试在安插好各个芯片后，上电测试硬件是否好使，对着墙体缓慢的移动，在不同距离显示不同的提示，幸运的是硬件上电测试一次成功，也是值得高兴的地方。总结通过本次课程设计，让我知道实践是检验真理的唯一标准。在短短两周的时间里，应用所学知识设计电路、弄清原理，并加深理解。在实际的电路焊接过程中，减少以往的错误出现。通过自己亲自动手排版、焊接，才真正感觉到其复杂性，也让我认识到了电路元件布局的