具有视频功能的倒车雷达论文

1、PAGE PAGE PAGE II摘 要针对汽车倒车时的“后视”不良引起的倒车事故，本文介绍了一种可视倒车雷达预警系统装置的设计方案。该系统在汽车挂倒挡时开始工作，通过超声波传感器发送超声波检测障碍物信息，经微处理器处理成测距信息，同时系统启动后视摄像系统，将汽车后视摄像信息与障碍物距离信息发送到LCD屏驱动模块显示，当距离小到一定范围时，自动启动真人语音报警。该系统安装简单、抗震能力强、后视图像直观真实、测距准确且工作稳定可靠。系统在研制过程中牢牢把握住产品的实用性及易于实现的原则，在硬件方面选用了以AT89S52单片机为主控单元的系统硬件和软件设计，对系统的实现方式和关键技术进行了多次的验

2、证和改进。大量实践表明，该系统性能可靠，测试准确，是完善车载系统实现无故障倒车的有效技术。关键词超声波测距；倒车雷达；后视摄像AbstractWith the development of the technology of the electronic,auto,embed and information in recent years,Abstract:Aiming at the car accident caused by bad“back-sight”,this paper introduces a new visible reversing radar alert system.Th

3、is system works during back-draft time,it uses ultrasonic wave transmitted by an ultrasonic sensor to detect obstacle information.After the ultrasonic wave information is processed to distances information by microprocessor,the system will start back sight photograph system,and then display the dist

4、ances information and back-sight image on the LCD screen by using of on screen display(OSD)technology.When the distance is too small,the system will start to alert with actual-person sound.TK8 system has some advantages of simple installing,strong anti-detonation ability,clear back-sight video.high

5、accuracy and working stabilityThe practicability and the actualization are emphasized in the research course.With respect to hard wares,we choose the common ones.And we also have done much work in improving and verifying the Gordian technique.The practical results show that the reversing radar syste

6、m with accuracy test and dependable performance will play an important role in reversing without barrierKeywordsultrasonic distance measuring;reversing radar;back-sight video 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc262648914 摘要 PAGEREF _Toc262648914 h I HYPERLINK l _Toc262648915 Abstract PAGEREF _Toc262

7、648915 h II HYPERLINK l _Toc262648916 第一章 绪论 PAGEREF _Toc262648916 h 1 HYPERLINK l _Toc262648917 1.1 引言 PAGEREF _Toc262648917 h 1 HYPERLINK l _Toc262648918 1.2 课题背景 PAGEREF _Toc262648918 h 1 HYPERLINK l _Toc262648919 1.2.1 可视倒车雷达与普通倒车雷达的比较 PAGEREF _Toc262648919 h 3 HYPERLINK l _Toc262648920 1.2.2 倒车

8、雷达的发展趋势 PAGEREF _Toc262648920 h 3 HYPERLINK l _Toc262648921 1.3 论文主要研究内容 PAGEREF _Toc262648921 h 4 HYPERLINK l _Toc262648922 第二章 系统硬件总体设计和关键技术 PAGEREF _Toc262648922 h 5 HYPERLINK l _Toc262648923 2.1 系统的设计思想和目标 PAGEREF _Toc262648923 h 5 HYPERLINK l _Toc262648924 2.2 系统总体结构 PAGEREF _Toc262648924 h 5 H

9、YPERLINK l _Toc262648925 2.3 系统方案设计 PAGEREF _Toc262648925 h 6 HYPERLINK l _Toc262648926 2.3.1 测距系统方案设计 PAGEREF _Toc262648926 h 6 HYPERLINK l _Toc262648927 2.3.2 主芯片方案设计 PAGEREF _Toc262648927 h 7 HYPERLINK l _Toc262648928 2.4 终端硬件具体实现 PAGEREF _Toc262648928 h 7 HYPERLINK l _Toc262648929 2.5 超声波的测距技术 P

10、AGEREF _Toc262648929 h 8 HYPERLINK l _Toc262648930 2.6 发送与接收信号电路设计 PAGEREF _Toc262648930 h 9 HYPERLINK l _Toc262648931 2.7 测温电路设计 PAGEREF _Toc262648931 h 11 HYPERLINK l _Toc262648932 2.8 控制系统设计 PAGEREF _Toc262648932 h 12 HYPERLINK l _Toc262648933 2.9 收发控制电路 PAGEREF _Toc262648933 h 14 HYPERLINK l _To

11、c262648934 2.10 显示模块电路设计 PAGEREF _Toc262648934 h 14 HYPERLINK l _Toc262648935 2.11 语音报警模块 PAGEREF _Toc262648935 h 15 HYPERLINK l _Toc262648936 2.12 本章小结 PAGEREF _Toc262648936 h 15 HYPERLINK l _Toc262648937 第三章 软件设计 PAGEREF _Toc262648937 h 16 HYPERLINK l _Toc262648938 3.1 主程序 PAGEREF _Toc262648938 h

12、16 HYPERLINK l _Toc262648939 3.2 各模块程序说明 PAGEREF _Toc262648939 h 16 HYPERLINK l _Toc262648940 3.2.1 超声波发射和接收部分的软件 PAGEREF _Toc262648940 h 16 HYPERLINK l _Toc262648941 3.2.2 语音播放 PAGEREF _Toc262648941 h 18 HYPERLINK l _Toc262648942 3.2.3 显示模块 PAGEREF _Toc262648942 h 19 HYPERLINK l _Toc262648943 3.2.4

13、 测温模块 PAGEREF _Toc262648943 h 21 HYPERLINK l _Toc262648944 3.2.5 软件抗干扰 PAGEREF _Toc262648944 h 22 HYPERLINK l _Toc262648945 3.2.5 数据处理模块 PAGEREF _Toc262648945 h 22 HYPERLINK l _Toc262648946 3.3 本章小结 PAGEREF _Toc262648946 h 24 HYPERLINK l _Toc262648947 第四章 系统的试验与误差分析 PAGEREF _Toc262648947 h 25 HYPERL

14、INK l _Toc262648948 4.1 超声波测距模块的试验 PAGEREF _Toc262648948 h 25 HYPERLINK l _Toc262648949 4.2 误差分析 PAGEREF _Toc262648949 h 27 HYPERLINK l _Toc262648950 4.3 本章小结 PAGEREF _Toc262648950 h 29 HYPERLINK l _Toc262648951 结论 PAGEREF _Toc262648951 h 30 HYPERLINK l _Toc262648952 参考文献 PAGEREF _Toc262648952 h 31

15、HYPERLINK l _Toc262648953 致谢 PAGEREF _Toc262648953 h 32具有视频功能的倒车雷达 PAGE 56第一章 绪论1.1 引言目前，我国汽车行业发展迅速，已经成为继美国和日本之后的第三大汽车消费国。但随着汽车的数量逐年增加，导致公路、街道、停车场和车库等越来越拥挤，倒车而产生的安全问题也日益突出。可视倒车雷达预警系统可极大地降低倒车难度，减轻驾驶者的体力和脑力劳动强度，避免驾驶员因方向感不强、判断和操作失误而引起的事故，同时它对提高汽车智能化水平和最终实现汽车无人驾驶也有积极的意义。目前的倒车雷达系统有超声波测距系统和后视摄像系统，雷达测距和后视摄

16、像各有利弊；前者具有确切判断距离的优点，但对车后方的水沟、山崖、凸出的钢筋和竹竿等，超声波无法感应测距；后者具有后视图像直观真实的优点，但无法获得精确的距离。如何把两者的优点结合起来，减少两者的缺点则是可视倒车雷达预警系统的重点难题。本文设计的汽车可视倒车雷达预警系统既能实现泊车测距精确又能拍摄车后景物图像，直观可靠。1.2课题背景在课题展开前，我们不妨想象一下：每一位车主或司机在驾车的时候，听着惬意的音乐，浏览着路两旁的美丽风景，享受着汽车在公路上飞驰的感觉，真有种美不胜收的感觉!但当我们从车库向外倒车或在交通比较拥挤的地方，在有障碍物的地方向后倒车的时，我们这种好心情会被一扫而光，随之而来

17、的便是一种紧张的感觉。害怕我们的汽车因视角的局限而撞上障碍物或是害怕因车后的突发事件而造成倒车事故!假如我们倒车时能像向前开车一样随意，能够通过显示屏幕看到车后的情况像开车看前面的道路一样轻松的话，那是多么的美好! 倒车雷达便可提供给你这种感觉，它是汽车泊车或倒车的安全辅助装置，能以声音或显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员在起动车、倒车和泊车时前后左右探视所引起的困扰，帮助驾驶员扫除视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达系统的工作原理就是通常在车后的保险杠上设置倒车雷达侦测器，用以侦测倒车时车后方的障碍物，顺利的帮助驾驶员“看到车后方的障碍物，并进一步测出车和障碍物之间的

18、距离；此装置除了方便停车外还可以保护车身不被刮蹭。倒车雷达系统是以超音波感应器来侦测出离车最近的障碍物距离，并用语音报警来警告驾驶者。而语音报警声音的控制通常分为三个阶段，当车辆的距离达到某一开始侦测的距离时，警笛声音开始，以危险声音报警；而当车行至更近的某一距离时，则报警声音改为“停车”警示方式来告知驾驶者。倒车雷达系统的优点在于驾驶员可以用听觉和视觉获得有关障碍物的信息或障碍物与车之间的距离。倒车雷达系统主要是协助停车或向反方向启动车的， 所以当达到或超过某一车速时系统功能将会关闭。电子信息技术作为当今世界发展最快的高新技术，它正推动着全球经济向计算机化、智能信息化方向发展，在这个背景下我

19、国的倒车雷达系统便开始从传统的方式向更加智能化方向转变。电子信息技术目前被广泛的应用在各个领域，车载系统的信息化已成为现代汽车业的重要标志。近年来我国倒车雷达发展很快，已成为车载系统的典型产业。可视倒车雷达系统涉及众多技术领域，是集成数据采集、视频显示、语音播报等技术为一体的现代高科技产业，前景十分广阔。我国倒车雷达从起步到现在经过九年的发展，倒车雷达系统已经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、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这三种。第一代倒车喇叭提醒“倒车请注意”！想必不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

20、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。 第二代的倒车雷达系统是轰鸣器。倒车时，如果车后1.5m-1.8m处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示车辆离障碍物越近。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。第三代倒车雷达可以显示车后障碍物离车的距离。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0.8m以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有0.6m-0.8m；红色代

21、表危险距离，表示离障碍物只有不到0.6m的距离，必须停止倒车。第四代用液晶荧屏显示，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围的障碍物的距离。该雷达动态显示，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。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。第五代魔幻镜倒车雷达，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2m内的障碍物，并用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功能整合在一起，并设计了语音功能，是

22、目前市面上最先进的倒车雷达系统。其外型就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒车镜的位置。第六代倒车雷达是专门为高档轿车生产的，它的整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。因为是新品，售价也较高。倒车雷达的发展实际上已经融入了整车的设计，随着技术的成熟，价格的降低，倒车雷达将会逐渐普及成为标准配置。1.2.1 可视倒车雷达与普通倒车雷达的比较通常的倒车雷达由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。倒车雷达一般采用超声波测距原理，在控制器的控制下，由传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数

23、据处理、判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出其它警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松。普通倒车雷达是数字显示加声音提示加图型提示加灯光提示。但缺点是：有些小一点的物体测不到，还有时常反应滞后，对车主造成不必要的麻烦。 可视倒车雷达弥补了所有普通倒车雷达的不足，它具有数字显示+声音提示+真实图像显示+汽车多媒体功能，这是普通倒车雷达所达不到的，图像显示：是通过尾部摄像头拍下的图像通过视频连接线显示在车前的显示屏幕上。添加了汽车多媒体：是因为汽车可视倒车雷达提供的都是LCD显示器，提供两路视频输入，一路接摄像头，一路可以连接汽车DVD/VCD等。1.2.2

24、 倒车雷达的发展趋势智能化。随着计算机技术的不断发展，倒车雷达在计算机上的应用将由简单的数据采集、处理，逐步转化为以信息处理、应用为主。除了不断完善硬件控制设备外，还要对软件系统的研制开发进行不断的深入和完善。可视化。基于以前倒车雷达仅仅依靠语音报警的基础，倒车雷达加上了可视的视频显示系统，使车主在倒车的同时可以清楚的观察到汽车后面的实物，用眼睛进行清晰的判断，避免倒车事故的发生。集成化。倒车雷达系统的发展逐渐将各个功能集中在一起，实现了一套硬件设备可以完成多项功能。倒车雷达的集成化就是将倒车雷达的可视化、LCD显示、超声波测速、语音报警等功能集成在一起，组成了真正意义上的硬件系统。在今后的发

25、展趋势中我们依然可以将倒车雷达、车载导航、车载音频等系统集成一起，组成一个意义更为广泛的集成化系统。1.3论文主要研究内容基于以上现状、科学意义及课题背景的论述，本文各章节中主要讨论的内容如下：（1）绪论部分介绍课题背景、倒车雷达的发展现状和趋势，最后提出本选题的意义和研究内容（第一章）。（2）介绍系统硬件实现所涉及的关键技术，分析系统总体设计方案，详细介绍该系统的硬件设计与实现方法（第二章）。（3）详细介绍该系统的软件设计与实现方法（第三章）。（4）对该设计进行效果性能测试以及对误差的仔细分析（第四章）。第二章 系统硬件总体设计和关键技术2.1系统的设计思想和目标可视化倒车雷达系统是以普通的

26、倒车雷达系统为基础，集成了超声波测距、语音报警、USB视频采集、LCD显示等功能，很好地解决了普通倒车雷达测距不准，智能化差等缺点，因此得到了广泛运用，其特点如下：（1）集成度高、体积小。（2）功能强大、容易扩展。（3）可靠性高。（4）开发成本低、周期短。2.2系统总体结构整个应用系统由五部分组成：测距系统，控制系统和显示报警系统；其总体体系结构见图2-1所示。图2-1 系统的总体结构图各模块所完成的具体功能如下（1）测距系统：由传感器设计的发送模块、接收模块和控制系统共同完成测距功能。（2）控制系统：本系统以微机器为控制核心，控制整个系统的运行，对各种接口电路进行控制，通过对多路选择开关的控

27、制，发射脉冲，检测到回波后，进行数据处理实现实时时间差采样，测出从超声波发射到接收回波信号的时刻差，从而测出距离。（3）显示报警系统：显示最小距离及报警以提醒驾驶员。2.3 系统方案设计2.3.1测距系统方案设计目前汽车倒车雷达预警系统测距技术主要有激光、毫米波雷达、摄像系统、红外线、超声波等一些测距技术，不同的目标探测方式其工作过程和原理有不同之处，但它们的主要目的都是通过返回的探测信息判断前方障碍物和本车间的相对距离，并根据两车间的危险性程度做出相应的预防措施。对五种不同的测距技术方案进行介绍和比较。可以看出各个传感器的优点和缺点:超声波技术主要用于短距离探测，成本低，制作安装简便，适应恶

28、劣环境；红外线技术一般用于夜间环境，对环境适应性差；微波雷达测距和激光测距相对于超声波测距来讲精度更高，定位更准确；摄像系统技术价格较贵；毫米波雷达技术和激光技术的成本很高，所以运用其原理进行测量的设备价格也是相当高的，因而现在只是在比较高级的轿车中才有所应用。具体性能比较见表2-1为各种传感器测距方式的比较。表2-1各种传感器测距性能比较-超声波红外线摄像系统毫米波雷达激光最大探测距离10m10m大于100m大于150m可达150m响应时间较快约为15ms慢，11000ms取决于处理时间快，可达到1ms较快，约10ms探头磨损，污染等因素的影响几乎没有影响影响不大大，直接影响分辨能力较小很大

29、，使探测距离减少 1/2-1/3成本比较探头约20元一支，工作机理简单，探头易安装约80元大于1000元大于1500元，价格昂贵，结构复杂约500元环境适应性好，可以工作在恶劣环境中差，能见度低时比其他光学系统好差，可见性不好，无法工作较好，不受能见度影响差，受恶劣环境影响综合以上考虑和实际应用条件，本系统的测距模块采用的是超声波测距，并在超声波测距技术方案的设计上进行了简化和改进。2.3.2主芯片方案设计AT89S52是一个8k字节可编程FPEPROM的高性能微控制器。具有内存较大，功能强，抗干扰能力强、软硬件资源都比较丰富等特点，其外围接口电路简单，具有很高的性价比，成本低，其价格仅是DS

30、P的五分之一，而且它经过多年的发展，技术也相当的成熟。它与工业标准MCS-51的指令和引脚兼容，因而是一种功能强大的微控制器，它对很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活有效的解决方案。2.4终端硬件具体实现根据超声波测距原理，以8051系列的AT89S52单片机系统为核心，开发超声波测距系统。其硬件结构图如图2-2所示。图2-2系统硬件结构图它的各部分电路的说明如下：(1)AT89S52单片机系统是超声波测距仪的核心部分，主要任务有:控制一个40KHz的脉冲驱动振荡电路，启动振荡电路工作，振荡电路振荡出与超声波发射器的固有频率相同频率，使换能器能最大效率工作，实现串口通讯，T0计时；完成测距数据

31、的计算和处理软件除干扰。(2)超声波发射电路作用是将振荡电路振荡出40KHZ的脉冲信号，信号幅值是18V(可调节)，脉冲信号将驱动超声波发射传感器，发射超声波。(3)超声波接收电路主要包括微弱信号放大、电压比较中断信号输出、温度测量电路等部分。它是用来对接收到的回波进行放大和整形，即将回波信号转换成单片机的中断信号。通过分析声速受温度的影响，设计温度测量电路，温度测量电路是实时测量出测量时空气中的温度，再将实时温度换成实时的速度，以保证测量距离的精度。(4)通过显示电路将测距结果实时地显示出来。(5)电源电路。该电路可以产生稳定的+5V和可调的电压5V-37V。2.5 超声波的测距技术通常，超

32、身波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两级外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。在超声波探测电路中，发射端输出一系列脉冲方波，其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔，被测物距越远，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限可检测到汽车倒车中，其障碍物与汽车的距离：声波幅值检测法易受反射波的影响。本文硬件设计采用超声波往返时间检测法，其测量原理图如图2-3所示。其原理为：在超声波发射器两端输入40KHZ脉冲

33、串，脉冲信号经过超声波内部振子，振荡产生机械波，并通过空气介质传播到被测面，由被测面反射到超声波接收器接收，在超声波接收器两端，信号是毫伏级的正弦波信号，超声波经气体介质的传播到接收器的时间，即为往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的距离。而所测距离为声波传输距离的一半，其关系式可由公式(2-1)表示： （2-1）(1)式中，L为待测距离，C为超声波的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。t为往返时间。采用微处理器脉冲计数的方法。可以精确地测出t的值。假设微处理器的周期为T，则，则探测距离可由公式(2-2)表示： (2-2)图2-3 超声波测距原理图2.

34、6发送与接收信号电路设计40kHz的超声波发送脉冲信号由微处理器的P1、P0口送出，发出一系列的脉冲群，每一个脉冲群持续时间大约为0.5ms左右，信号经过放大，再经过驱动电路，驱动超声波发射头，使发射换能器接收高电压。其内部的压电晶片开始震动，经过换能器发出40kHz的脉冲超声波。当超声波遇到障碍物发生反射，反射波返回到超声波传感器上。反射回的正弦波信号经过放大、滤波、整形后输入单片机的IN口，产生中断。尽管发射部分的脉冲电压比较高。但是由回波触发的接收压电晶片在近距离时产生毫伏级的射频电压信号，在远距离时更小。因此在距离较远的情况下回波很弱，转换为电信号的幅值也较小，为此需将该回波信号放大几

35、千倍。信号经放大、整形后，电路产生一个负脉冲使微处理器产生中断。发送与接收电路原理图如图2-4所示图2-4 发送与接收电路原理图超声波测距模块超声波测距模块包括超声波发送电路、超声波接收电路以及收发控制电路。分别对各个电路模块进行介绍：（1）超声波发送电路本系统通过软件产生40kHz的超声波信号通过输出引脚输出，既可以减少硬件上的复杂程度，同时又具有容易实现、稳定性好和灵活性强的特点。但是需要设计一个驱动电流在100mA以上的驱动电路，为此采用单片机的定时器功能，来产生稳定的40kHz PWM波，并通过I/O端口输出并经驱动电路到超声波探头。超声波发送电路如图2-5所示。图2-5 超声波发送电

36、路（2）超声波接收电路超声波接收电路由前置放大电路、带通滤波放大电路、回波检波及二值化电路构成。前置放大电路如图2-6所示，该电路在接收端的第一级，要求其放大倍数为15倍左右，选用三极管达到放大倍数。二级带通滤波器原理图如图2-7所示。图2-6 超声波接收前置放大电路图2-7 超声波接收二级级带通滤波放大电路令C1=C2-C，带通滤波器的传递函数为： （2-3）最大电压放大倍数为： （2-4）中心频率为： （2-5）检波及二值化电路如图2-8所示，此电路直接与单片机相连，将回波信号发给单片机。图2-8 检波及二值化电路2.7 测温电路设计声速与无声扰动时媒质平衡状态的绝对温度TO的平方根成正比

37、，如采用摄氏温标，因为，则温度为时的声速为 （2-6）由上式得可得声波与速度的关系，如表2-1所示。下表是在一般温度下的声波速度值，即在某温度下，超声波走1cm(实际走2cm，1cm去1cm返)在单片机品振12M(机器周期是1us)下，将速度乘以发射时刻与接收时刻之差，即可得到距离。其中时刻之差有计时器TO计时得到，其中TO工作方式1即十六位工作方式，在控制振荡电路开始，即发射超声波时刻开始计时，在收到返回的的超声波时刻INTO中断停止计时，再读出THOTLO中的时刻。通过超声波的声速与温度的理论分析，设计温度测量电路。传统的测温系统一般都是由温度传感器、AD转换、单片机处理、显示驱动芯片和L

38、ED显示组成。本测温系统则是用一线测温器件DS18B20与AT89C2051单片机共同组成了最小的测温系统。AT89S521的RD用来与DSI8B20通信，接10k的上拉电阻以增加该I/O的驱动能力，只需一片AT89552就可实现DSl8B20的温度读取。简化了硬件电路，提高了系统的可靠性，而且还大大地降低了系统的硬件成本。在AT89S52初始化后对DS18B20发出转换温度值命令后，等待750ms(DS18B20最长转换时间)，从RD口读出温度值，对读的温度值做相应的数据处理，然后实时将计算出来的某温度下超声波在介质中的速度值通过串口提供给AT89552单片机。表2-1 声波与速度关系表温度

39、速度m/s温度速度m/s温度速度m/s0331.617341.8343521332.20718342.435352.62332.2071934336353.23332.81420343.637353.8433421344.238354.45334.622344.8393556335.223345.440355.67335.82434641356.28336.425346.642356.8933726347.243357.410337.627347.84435811338.228348.445358.612338.82934946359.213339.430349.647359.81434031

40、350.248360.415340.632350.84936116341.233351.450361.62.8 控制系统设计AT89S52单片机最小系统设计AT89S52单片机最小系统由AT89S52单片机及其外围电路组成，是整个超声波测距仪的核心电路。AT89S52是一种低功耗、高性能的含有8K字节快闪可编程/擦除只读存储器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与AT89552指令系统和引脚完全兼容。芯片上的FPEROM允许在线或采用通用的非易失存储编程器对

41、程序存储器重复编程。AT89S52的主要性能包括:(l)与MCS-52微控制器产品系列兼容；(2)片内有8K字节的可在线重复编程快闪擦写存储器(Flash Memory)；(3)编程所需的所有时序和电压，均不需外部电路供给；(4)存储器可循环写入/擦除1000次；(5)存储数据保存时间为10年；(6)宽工作电压范围，Vcc可由2.7V到6V；(7)全静态工作，可由0Hz到16MHZ；(8)程序存储器具有3级锁存保护；(9)1288位内部RAM；(10)32条可编程I/O线；(10)三个16位定时器/计数器；(11)中断结构具有5个中断源和2个优先级；(12)可编程全双工串行通道； (13)空闲

42、状态维持低功耗和掉电状态保护存储内容。AT89S52内部有256个字节的RAM，地址范围是00HFFH，但实际提供给用户使用的只有128个字节(OOH-7FH)，另128个字节(SOH-FFH)是特殊寄存器区。除ROM和RAM外，芯片内部还有三个16位的定时器/计数器。在本系统中定时器TO用来计时，定时器Tl用来做波特率发生器。时钟电路采用12M晶振。AT89S52单片机及其外围电路设计图如下图2-9所示。图2-9 AT89S52单片机最小系统AT89S52单片机在高温环境中稳定性好，支持在线编程ISP，无需专用的编程器，方便调试。AT89S52单片机对很多嵌入式控制应用提供了一个高灵活有效的

43、解决方案。它的作用使形成用于产生超声波的4OKHz信号、形成必要的时序、控制LCD字符的显示、控制继电器通断以及对采集到的数据进行运算。AT89S52单片机各个引脚分布如图2-9所示，P1O-P13为控制超声波发射；P14-P17接收超声波回波信号，TO引脚为信号输出供超声波传感器产生40KHZ共振频率的信号，使超声波产生共振；P18和P19为单片机自身的11.0592MHZ晶振；P9是复位信号；P17引脚输出报警信号；P16接温度传感器TEMP，测量温度，实时计算出距离；POO-P07引脚对应液晶显示屏的DBO-DB7，控制液晶屏的写入字符；TXD引脚控制写入下载程序；RD接蜂鸣器的WARN

44、，当距离达到限定值就启动蜂鸣器，开始鸣叫报警，以提醒驾驶员注意倒车情况。2.9 收发控制电路收发控制电路示意图如图2-12所示，控制电路选用CD4052多路选择开关，AB为4种组合，一种组合对应一路探头工作。4个探头轮流工作，4个探头检测完成构成1个检测周期，系统再根据最短的障碍物距离进行报距提醒。图2-12 收发控制电路示意图2.10 显示模块电路设计显示电路的目的将测距的结果进行实时显示。本文显示部分用一块162的字符型OCM12232-1型号的LCD模块，它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的，显示内容丰富、美观、编程灵活方便和单片机的接口设计也较简单方便。单片机将需要显

45、示数据送往相关的显示接口即可完成显示工作，简单方便，节省单片机时间，保障主程序的正常运行。2.11 语音报警模块系统设计中选用ISD2540语音芯片，ISD2540语音芯片可以提供32s-120s的录放音时间。在本系统的设计过程中，当超声波探头探测到距障碍物的距离小于5m时，启动语音播报系统播报距离告知司机注意情况。例如，当探测到的距离是3m时，系统就会通过语音提示司机“注意”距后方障碍物还有3m；当探测到的距离1.5m时，系统在播报探测距离的同时还会同时播放“危险等提示音，以提醒驾车者注意；当探测到的距离小于0.3m时，系统将不直接报出探测的距离，而是播放“停车”的录音，来提示泊车者应立即刹

46、车了。图2-13给出了控制语音录制和分段播放的控制芯片与ISD2540的接口原理图图2-13 ISD2540的接口原理图2.12 本章小结本章首先根据系统的设计要求，介绍了系统构建，然后详细阐述了系统的硬件设计思想，然后分析了超声波传感器的结构、工作原理和工作方式，最后根据超声波测距的工作原理和理论分析，对超声波发射模块、超声波接收模块、显示模块以及电源模块的硬件电路设计进行了详细的阐述。第三章 软件设计3.1 主程序基于嵌入式系统的可视倒车雷达系统所涉及的整个软件采用模块化设计，由主程序、发射接收子程序、测距子程序、LCD显示子程序和报警子程序等模块组成。主程序采用对单个发射接受回路的检测方

47、式，计算通道所测结果并保存于寄存器，然后取所测距离值送液晶进行显示，用所测距离与设定报警距离进行比较，然后根据不同情况判断并调用声音报警程序，并按设定的距离决定报警声音的类型。其主程序及流程图如3-1：图3-1 主程序流程图3.2 各模块程序说明3.2.1超声波发射和接收部分的软件超声波的接收及障碍物和汽车间的距离判断方法，并根据判断出的距离触发报警器工作，其工作原理的流程图如图3-2所示。超声波发射子程序要完成的任务是：控制时基电路输出若干个超声波，并同时启动TO开始计时。在此过程中，要及时采用屏蔽中断，开中断等操作，避免外中断影响该子程序的有效执行。本系统使用一个外部中断INTO。INTO

48、是超声波有效回送的指示信号，中断触发后，根据时间差计算超声波的传输距离，这些程序放在了INTO中断服务子程序中。内部定时器T0用以计时，当发射子程序开始，T0启动，而INTO中断服务程序时，T0计时停止，读取计时值用以计算距离。图3-2 超声波测距流程图超声波发射子程序的任务是：控制时基电路输出若干超声波，并启动T0开始计时。在该过程中，采用屏蔽中断，开中断等操作，避免因外部中断而影响子程序的有效执行。距离子程序测距设计完成的主要任务：根据AT85S52芯片计数器所提供的传输时间进行计算，根据计算得出超声波的传输距离。根据主程序的需要，将数据存入相关单元，以供主程序进行下一步处理。声速采用34

49、0m/s，而t的单位是。INTO中断服务程序将定时器的值存入到R1、R0两个寄存器中，根据模值然后减去初值所得数值得出时间差。传输距离根据公式S=VT进行计算。目标物的距离值，也按照公式计算，其中T为测出的计时器的计时差值，单位为。使用该公式即可计算出目标物距离汽车的距离。根据超声波的传输时间进行距离计算，所以其程序包括PWM脉冲的发生，及定时计数器的工作，另外还要通过软件计算出超声波发生器和障碍物间的距离。3.2.2 语音播放语音信息的录制过程：在选用了合适的录放音芯片ISD2540后，我们便可对芯片进行录放音的设置，根据环境设置的需要对不同的报警情形录入相应的提示声音，并根据具体情况有AT

50、85S52芯片对录音芯片进行驱动，让其选择合适的放音地址，警示开车者。我们采取直接模拟存储技术（DAST）对ISD2540语音芯片进行的语音录制，选择合适的录音环境是必须的，先使用真人语音由话筒进入ISD2540内部存储器阵列中，再对录制的语音信息进行分段处理。根据AT85S52与ISD2540的接口原理图。语音信息录制的过程如下：使语音芯片ISD2540工作于录音模式(P/R=0)要先按下K1键，当AT85S52检测到输出口PC7=0后，将待存放的语音信息的首地址送到ISD2540地址线上，使ISD2540上电(PD=0)，上电延时后ISD2540的片选信号地址有效(/CE=0)，相应的IS

51、D2540进入录音状态。语音信息的录制根据录制过程的需要，对片选信号(/CE)的控制分为连续录音和分段录音两种模式。连续录音是指在语音的录制过程中/CE始终保持为0，这样EEPROM存储器中就可存放录制的语音信息。分段录音是指每录完一段语音信息后可以将ISD2540的片选信号/CE置l，这样ISD2540便会自动在这段语音后面加上一个/EOM信号(End of Message)，/EOM信号可在分段播放时向单片机申请中断，再录制下一段语音时使/CE为0，此时被录制的语音将存放于上一段语音信息之后。我们在分段录音时始终保持上电状态(PD=0)。因为当/CE=1而PD=0时，ISD2540停止录音

52、，此时内部地址指针不会被复位，当下一次/CE=0时，地址指针将从上一次暂停的地方继续向下递增。而ISD2540一旦掉电(PD=1)，其内部地址指针将被复位，当录音重新开始时将从启时地址开始存放，这样就会覆盖此前的录音记录。放音时间：放音时间是指语音芯片用定时器控制的方法进行控制，使能定时器后开始播放语音，当定时器达到定时时间后，在定时器中断服务程序停止播放语音。外部中断控制的方法控制语音播放是通过1SD2540的/EOM信号向AT85S52主控芯片申请中断，当中断服务程序结束后，结束语音播放。此外，放音时间的控制、放音模式的选择要互相对应。当采用寻址模式放音时，只能采用定时器控制放音时间。因为

53、在寻址模式下，分段录音时所附加的/EOM信号是不起作用的，即/EOM信号不能向单片机申请中断，也就不能结束放音过程。当采用操作模式放音时，定时器和外部中断都可以控制语音播放时间的长短，只是在软件设计上要避免中断重入而导致程序的跑飞。语音的分段播放是依据探测距离的变化而改变的，在语音芯片的存储地址中由不同的起始地址开始播放出探测的距离。语音播放的过程如下：ISD2540的工作于放音模式(P/R=l)，然后，将待播放内容的起始地址送到ISD2540的地址线上，再使ISD2540上电（PD=0）。起始地址的确定：无论采用那种录音模式的播放方法，只有再找准各分段内容的起始地址后才可使倒车雷达准确的报出

54、测量的距离和相应的地址上存储的相关内容。在此我们可以借助PC机的COM口和串口调试助手应用程序来确定。ISD2540语音芯片的播放模式有寻址模式和运行模式两种播放方式。这两种工作模式的选择是由语音芯片的两位最高地址线所决定的。ISD2540语音芯片，当地址线最高两位A8=l且A7=1时，ISD2540为放音运行模式。ISD2540有7种运行模式(M0-M6)，这由M0M6的7个引脚来确定。当地址线最高两位A8=0或A7=0时，ISD2540的放音模式为寻址模式，此时A0-A8地址线决定放音的起始地址。寻址模式和运行模式二者是不兼容的，同一时刻只能使用二者之中的一种。放音时间的控制：由于语音芯片

55、播放的语音内容长短不同，所以我们必须控制语音的播放时间，从而及时的播放所需的内容。控制语音播放时间的方法有两种：定时器控制和外部中断控制;定时器控制是指在语音开始播放的时使能定时器，而当定时器定时时间达到后，在定时器中断服务程序中停止语音播放。外部中断控制方法是通过ISD2540的/E0M信号向单片机申请中断，也就是在中断服务程序中结束语音播放。放音时间的控制和放音模式的选择要互相对应。当采用寻址模式放音时，只能采用定时器控制放音时间。因在寻址模式下，分段录音时附加的/EOM信号不起作用，即/EOM信号不能向单片机申请中断，从而也就不能结束放音。当采用操作模式放音时，定时器和外部中断都可以控制

56、语音的播放时间，只是在软件设计上也要避免中断重入而引起的程序跑飞。3.2.3 显示模块显示模块的功能是利用定时器将得到的最短距离在显示屏上进行显示。测试距离数值通过串行口传送到显示模块，设置定时器工作模式状态，并设置串行口工作模式，串行口显示节约CPU资源，每显示一次只需送一次显示速据。图3-3 数据显示程序图3-4 数据转换程序流程图RXD、TXD用于串口显示，本系统用两个I/O日作为显示接口，一个提供数据一个提供脉冲。数据显示程序如图3-3所示。数据转换程序的主要功能是将接收数据包中的数据转换成显示码，供显示子程序使用。还包括测距的结果，选择最近距离，并根据这一最近距离的级别，设置语言报警

57、的频率。数据转换程序流程图如图3-4所示。3.2.4 测温模块测温模块子程序流程图，如图3-5所示。图3-5 测温程序流程图温度测量是利用温度传感器DS18B20与单片机AT89C2051组成最小系统，测得的温度速度由串口输出，AT89552的串口接收。DS18BZO工作是严格讲究时序的，在使用中特别注意。检测DS1SBZO是否存在。（1）延时640us；（2）复位D18B20；（3）写跳过DS18B20的ROM匹配命令；（4）发出温度转换命令，即写入0 x44H；（5）延时750ms，750ms是最大转换时间；（6）重复(4)，读取温度。即写入0 xBEH；（7）依据温度，得到即0度时的温度

58、2A72+T0 x14，该数据即为温度数据；（8）串口输出，将结果输出到AT89S52上。3.2.5 软件抗干扰系统的抗干扰措施不可能完全依靠硬件来解决，也需要采取软件抗干扰措施辅之，软件抗干扰成本低，见效快，有事半功倍的效果。常用的软件抗干扰技术有：软件陷阱、指令冗余、软件WATCHDOG等，它们的作用是在系统受干扰时能及时更正，再用软件的方法使系统复位。所谓软件复位就是用一系列指令来模仿复位操作。在本文运用的软件抗干扰技术有实时屏蔽中断、主动初始化、软件陷阱、指令冗余。3.2.5 数据处理模块(1)计算距离值数据处理主要是将时间乘以速度，得出距离。然后将十六进制数据十进制化，送显示。从Tl

59、读出的时间是双字节，速度是，是浮点数，在单片机里浮点运算难，为此需要对速度的浮点值进行处理，处理成双字节，便于计算。本文处理方式:时间：THOTLO，速度/转换后的速度拟存放在R4RS，小数位忽略，R4RSR6R7拟放距离值/距离：S=R4RSR6R7/2S=THOTLO(us)R4RS(s)/2000 /在通过上方法后计算出来的是mm。S=(TH0TL0)(FFFF/2000)R4R5=(TH0TL0/65536)(65536/2000)R4R5=(TH0TL0/65536)32.768R4R5 =(TH0TL0/65536)其中，即某温度下变换速度等于某温度下速度乘以32.768然后十六进

60、制化。某温度下变换前速度先计算得知，如表：，十六进制表示为2A72。在时，。T温度，十六进制化速度乘以32.768距离除以65536之后即是正确值，故去掉后两个字节FF只去前两个字节即可。例如：0 x2412/65536=0 xl4。如表3-l所示。表3-1 温度-速度-变换速度-十进制-十六进制转换关系表温度速度32.768*B1十进制十六进制温度速度32.768*B1十进制十六进制0331.610865.8688108662A7226347.3811383.0134113832C771332.20710885.759108662A8627347.9911402.9036114032C8B2