【基于单片机的汽车倒车雷达系统设计7800字（论文）】

基于单片机的汽车倒车雷达系统设计摘要当代，越来越多的人有汽车，在停车场、车库、马路边停车时，驾驶人员在倒车过程中会遇到各种各样的问题，最大的问题就是不知道车后有没有东西，距离障碍物的距离不知道。这些种种问题可能会导致倒车事故的发生。虽然现在汽车有后视镜可以看到车后的大概情况，但是不能够直观具体的告诉驾驶人员具体的情况。因此研究车后探测障碍物并显示其具体的距离和报警的雷达是热门的研究课题。本文提出了一种基于单片机的超声波测距雷达技术，以减少汽车倒车碰撞的可能性，并描述了一种避免反向碰撞的系统设计。从驾驶的角度来看，本文基于超声波测距原理。AT89C51单片机是采集各种传感器信号、分析和实现各种超声波带宽功能的控制核心。该系统允许驾驶员在通过车载系统倒车时设置最大安全距离。倒车时，系统可以使用传感器监控车辆，倒车时，它可以检查里程并提醒驾驶员安全参数和距离设置的差异。关键词：AT89C51；超声波测距；倒车雷达目录TOC\o"1-2"\h\u31985第一章绪论 II第一章绪论第一节设计背景自从数字计算机在上世纪中叶诞生以来，电子信息技术的发展历经了很多次的重大变革，人类社会随着工业化及电子信息化技术的高速发展而迈入了新知识经济时代，数字计算机技术和英特网技术的广泛应用，进一步推动了办公自动化技术的繁荣发展。进入21实际以后，自动化技术逐渐的迈向人工智能的技术方向，人工智能技术已经已经在日常生活的方方面面中被广泛应用，特别是在汽车领域，人们对汽车智能化的需求会不断，汽车工业为了实现智能化而使用了嵌入式的系统嵌入式的特点就是它能与整个系统相互呼应在一起，而不是单独存在的，这就是它与计算机的不同之处，它被应用的地方非常广泛，比如系统和设备里面，它与它们共同构成一个有机的组成部分。最近这些年以来，我们国家各个城市之间的交通通行压力日益严重。而导致的交通事故逐渐递增，这样成为了人们日常出现所要面对的重要问题，在车辆的日常使用当中，不可避免会出现各类事故情况，其中事故概率发生最高的是在车辆进行倒车操作的时候。在倒车时，由于倒车镜存在视线死角，因为各种不同的因素引起的实现模糊等，都是引起在驾驶员倒车过程中出现事故的主要原因。为了解决这种问题，避免在倒车中发出碰撞的交通事故，设计了一款基于微型处理器的倒车报警系统。微处理器倒车报警系统，即为日常所说的倒车雷达，其作用是通过声音或者显示屏等方式辅助驾驶员进行倒车操作，帮助驾驶员避开车辆后方及停车地点附近的障碍物。倒车雷达算是汽车一直辅助的安全设备，它可以解决我们在驾驶汽车中的一大痛点，就是倒车的问题，以往驾驶员都是通过探头的方式观察后方的情况，特别是在恶劣天气的情况下是及其的不方便，并且容易发生危险，有了倒车雷达，这些问题都可以解决，及时汽车行业的进步也为司机提高了方便安全的驾驶体验。第二节设计意义本次设计是结合市场前景与市场需求和相关的技术，进行设计价格不贵，使用方便的倒车雷达。它在整个倒车过程中充分发挥着它的价值，它可以非常准确的检测和非常完美的呈现出来具体的数值，同时，在倒车时低于设定的安全距离会发出语音报警，提醒驾驶人员及时刹车。本设计投入实际应用后对于各类公共汽车、载货运输汽车等视野存在严重盲区的大型汽车具有非常好的辅助驾驶功能，减少其因为不良的驾驶视野所可能发生的驾驶事故。第三节倒车雷达发展现状在我国，汽车在超声波倒车雷达上的研究起步是比较晚，这也使的我国拥有超声波倒车雷达的汽车几乎都是一些外资车，像宝马，奔驰这些车。但是随着我国的研究发展，现在几乎每辆车上都拥有了超声波倒车雷达。通过这么多年的发展，目前已有六代倒车雷达系统，他们各有其的优点。以下乃各代倒车雷达系统的介绍：一代：第一代是通过喇叭来进行传递信息，驾驶人员在倒车时，会有喇叭会发出声音，例如“倒车请注意！”这样的提示来提示周围的人这里正在倒车，请他们小心。但实际效果并不好，对驾驶人员的帮助不大。虽然他现在很便宜，主要几十块钱，但他基本是淘汰产品，汽车是看不见他了，只有一些三轮车上还有。二代：第二代是以蜂鸣器来提醒，大概的原理是在倒车的时候，车位距离物体有一定的距离时，蜂鸣器就会工作响起来，会发出“滴滴”的声音，发出声音的频率也会随着车后到障碍物的距离的接近而变得急促。第二代虽然比第一代好，有一个大概的距离感，但还是不够具体，并不能够知晓车位距离障碍物真正的距离。三代：第三代是数码波段显示，他能够显示距离了。比前两代好的不止一点。他有两种显示方法，一种是他用颜色来显示测量与物体之间的距离。绿色显示的安全距离，物体距离车辆比较远。黄色显示的是警戒距离，物体距离车辆比较近，要求驾驶人员倒车的时候要注意。红色显示的是危险距离，提示驾驶人员不能再倒车了，物体已经很接近车尾了，必须停车。另一种是在LED上显示与目标物体的距离有多近，但是不那么精准，而且不美观，难看。四代：第四代倒车雷达能够在液晶荧屏上显示，这一代相当于前几代来说是质的飞跃。因为在液晶荧屏上能动态显示出车辆与物体间具体的距离。在发动汽车后，就能显示汽车周围的具体情况，而且图形清晰，安装也很方便，外观也好看。但他有一个缺点，不怎么能够抗干扰，经常性误报。五代：第五代是魔幻境倒车雷达，他有着前几代的所有优点，也有自己的优点。他可以精准的探测出2米之内的物体，并且用清晰的图形以及不同的声音提醒告诉驾驶人员。虽然他很好用但他的价格就比较昂贵了。六代：第六代是无线倒车雷达，传统的倒车雷达安装比较麻烦，第六代通过无线连接，很好的解决了，倒车雷达安装繁琐的问题。第四节主要设计内容本课题主要进行的是基于单片机的倒车雷达系统的设计，在对倒车雷达系统进行了全面的了解在掌握它实现原理的基础上完成硬件和软件的设计，以AT89C51单片机作为最主要的控制器，运用超声波传感器功能模块对障碍物进行检验和采集数据，AT89C51单片机处理后的数据通过液晶显示屏实时显示距离，当小于安全距离语音报警。具体内容如下：（1）通过查阅倒车雷达系统的相关资料，确定系统方案；（2）进行具体的AT89C51单片机控制电路的设计，实现所要求的功能；（3）进行超声波模块电路的设计，实现距离的测量；（4）进行软件程序的设计。第二章系统总体方案设计第一节系统硬件选择（一）单片机的选择单片机的选择方面上我选用的是AT89C51。理由如下：AT89C5151单片机具有的功能很多，他的抗干扰能力也很强，成本也低，所需要的能耗也低。而且能够满足单片机开发的要求，使用者能够根据自身的需求选择多种常用的性能，来完成实验的目的或者教学的目的。这是他的种种优点，再根据自己所学习的知识，因而我选用的是AT89C51。（二）语音报警器的选择语音报警器我选用的是蜂鸣器。因为在设计中只需要有简单的报警声音就可以，所以直接用简单的蜂鸣器就可以实现。（三）显示模块的选择显示模块我选择的是LCD数码管。理由如下：LCD数码管可以直接和51单片机相连，电路连接简单，而且该模块的显示效果也很好。第二节总体方案设计本系统的设计主要由AT89C51单片机、LCD数码管、声音报警模块、按键模块组成。AT89C51单片机是这个系统的控制中心，起到的作用是负责整个系统的信号处理，还有超声波模块的驱动，还有LED数码管的驱动和报警模块的驱动；超声波模块负责的是在车后发出超声波信号来探测障碍物，然后把反弹回来的超声波信号进行接受，之后把信号传递个控制中心。这个模块是实现倒车雷达的核心部件；LCD数码管为显示模块，他主要用来显示车辆与障碍物之间的间隔，实时告诉驾驶人员车尾和物体之间的距离；声音报警模块是用来提示驾驶人员的，当车尾与障碍物距离小于自己所设置的安全距离时，会发出“滴滴滴”的报警信号，以此来提示驾驶人员要注意安全，车尾距离障碍物已经很近了；按键模块是用来设置安全距离的，他是由四个按键组成，分别是S1键,S2键,S3键和S4键。S1是复位键,S2按键距离设定键，S3键是设置距离增加1cm的按键，S4键是设置距离减1CM的按键。下图2.1是倒车雷达的总体硬件电路基本设计框图。基本的运行流程为：给整个系统接上电源后，AT89C51单片机驱动超声波测速模块，它就会发射超声波信号，过段时间接收到物体反弹的超声波信号，经过信息处理再传回单片机，之后单片机只需要经过简单的计算就可以得到超声波发射位置距离障碍物的具体距离，然后驱动LCD数码管显示距离。当所得到的距离，小于所设定的间隔时，蜂鸣器就会工作，提醒驾驶人员不能再倒车了。安全距离是提前通过按键模块来设置的。AT89C51AT89C51超声波测速模块LED数码管显示蜂鸣器按键驱动电源图2.1电路基本框图第三章系统硬件电路设计基于单片机的测距报警器是一种单片机系统，它的数字显示屏可让在运行过程中通过车速表电路了解汽车当前的退出距离。当达到自调节倒车极限时，驾驶员将通过离开报警电路知道车辆当前处于倒车危险中。司机看到警报后，会及时做出反应，做出调整，确保人身安全。单片机将微机的默认值与实际值进行比较。如果超过系统输入设定的最大值，则可以估计汽车的安全倒车距离并发出报警信号。第一节单片机系统电路（一）单片机最小系统电路对于低压处理器，AT89C51单片机始终是一些大型控制电路的首选。单片机存储256字节的RAM。该设备使用高密度和不稳定的内存技术。它还具有一个4K字节CMOS单片机和一个高性能16位计数器，可以从程序中读取数据。如果单片机将进入复位循环模式，则复位电路必须设置为高电平。复位单片机时，程序将从第一条指令重新开始。图3.1单片机最小系统（二）时钟模块硬件电路DS1302上的数据从最低有效位0开始。执行8位控制命令后，在脉冲的下一个边沿读取数据值。S1302是一款低功耗、高性能的实时芯片。只需要三根线就可以连接到单片机。它采用三线SPI接口同时连接CPU，传输多个字节的RAM数据或时序信号。本系统的定时电路常用于芯片最小的微机系统中，因此所设计的电路是非常可行和稳定的。图3.2模块电路时钟硬件图（三）复位电路复位信号高电平有效。单片机可以通过在9脚上加2us以上的电平来实现复位功能。当在RST引脚产生准确的脉冲时，可以有效地执行手动复位和自动调谐。来自T89C51的返回信号应通过RST引脚用于单片机IC上的施密特触发器。电容器两端的电压逐渐升高，RST引脚两端的电压下降。当电平下降时，单片机恢复正常。这称为上电复位。在12MHz时，C7通常接受22F，R2可以处理1kΩ，执行复位功能需要2μs以上。图3.3晶振电路与复位电路（四）振荡电路XTAL2端子是放大器输出。如果外接晶振接在两个电容上，XTAL1和XTAL2必须经过它。周期机械信号由系统时钟信号中的变频电路脉冲产生，ALE信号由前两个频率中的三个频率产生。下面的图3.4显示了振荡电路。图3.4振荡电路第二节外接采集节点模块电路根据电路图，系统可分为键盘、屏幕和声音四部分。所有组件协同工作，实现倒车报警控制功能。（一）显示电路设计LCD1602采用液晶显示，控制系统无需电脑即可正常运行。显示电路主要是手动调整小车的运行和当前参数。图3.5LCD显示原理图与具有相同图形网络的晶体单元相比，液晶单元的结构远小于硬件或显示电路的结构，单位成本略低于图形单元，与液晶单元相同网络，该系统允许通过键盘设置和良好的人机交互来交换信息。（二）蜂鸣报警器传声器的声音检测模块作为探测器的内部阻力大幅下降电话筒的方向流过水平转换电路改变晶体管实现声音的目的来确定是否健康。三极管采用8050NPN型晶体管它的基础连接到端口P2.6。如图3.6所示，当它是高的三极管是开的，当它是低的三极管是关的，如果速度读数太高，提示蜂鸣器报警。图3.6蜂鸣器与单片机的接口电路图报警电路如图3.6所示。P2MCU、端口P2.3到P2.6和四个LED端口控制P2和信令。（三）WSB接口电路用于从系统拍照的相机有USB接口，所以相机必须有USB接口。3C2440A有两个USB主机控制器和一个USB设备控制器。需要一个USB接口来连接外部USB摄像头。因此，必须使用USB主机控制器。USB接口有四个DATA+和DATA信号通道，VCC和GND电源线，两条电源线和两个信号通道。数据传输方式为串行传输。最新的高速USB和USB2.0转480Mbps接口可以满足不同行业和人群的需求。USB输出电压和电流：+5V，500mA。事实上是有区别的。最大值不应超过+/-0.2V或4.8至5.2V。请勿使用USB接口，而是上下移动。USB设备或主机芯片在使用时会烧坏。USB接口需要保护电路，以防止USB接口因过流、过压ESD对USB接口瞬变而损坏。第三节超声波测速模块（一）超声波发射模块该软件生成系统中使用的测量单位的超声波信号。因此，超声波换能器在将超声波电信号转换为机械波之前，通过将超声波电信号转换成合适的驱动电路来产生超声波换能器。图3.7显示了此过程的超声波换能器配置。图3.7超声波发射电路（二）高频变压器的设计变压器是改变线电压的装置，当交流电施加到主绕组时，磁芯产生交流电，次级绕组可以产生感应电压。磁通量的密度由磁芯的材料决定。对于此模型中使用的变压器，磁通密度理论上可以为正值或负值。图3.8升压发射电路图（三）超声波接收电路处理模块1.精密放大电路接收电路接收到超声波信号后，对其进行处理，产生包含流量信息的模拟信号，馈入数字信号处理电路进行进一步处理。为此，接收器必须通过二极管上的二路限流连接器安装在一个盒子中，然后才能准确地放大信号放大器的输入电压，以保护下一个放大电路。如图3.9所示：图3.9前置放大电路2.带通滤波电路如图3.10所示，在带宽滤波器中使用内置的实用放大器来构建受控次级电压传输滤波器电路。图3.10带通滤波电路第四节系统总电路图图3.11系统总电路图第四章系统软件设计第一节单片机编程语言的选择51系列单片机支持BASIC、PL/M、汇编和C语言。C语言是一种典型的UNIX操作系统语言，C语言被称为结构语言。与语法语言相比，C语言具有以下优点：首先，C语言不需要理解MCU的指令集，这是对MCU的基本理解。该存储结构为C语言编程提供了丰富的数据和操作库，不仅可以加快计算速度，而且可以提供更高的转换效率和直接控制。其次，C语言被称为结构化编程语言。自顶向下的C语言编程技术是一种模块化结构。用户可以使用模块化编程技术开发C语言软件。系统开发通常非常有用。它可以显著地优化程序，缩短、优化和延长嵌入式系统的开发周期，深入理解MCU的接口结构。本部分将选择用C语言制作51系列微机，使程序员能够设计更复杂的应用软件，而不必在分配内存、浪费时间等这些低级任务上花费大量精力。那么非常大在某些方面软件开发的速度更快。因此，本文本系统采用C51语言开发系统软件。具有汇编语言功能，灵活易读，更适合移植芯片微机软件。第二节主流程图设计下图4.1中的软件包括两个主程序和一个终端维护程序。主程序检查超声接收/发射序列，完成开机，中断编辑程序，读取时间值。当执行操作并在三个方向上发射超声波信号以计算距离时，在程序结束的点上，发射被计时器中断。图4.1超声波防撞系统的软件设计实际测量距离的结果以十进制代码的形式传输到LED显示屏，持续约0.5秒，之后用超声波脉冲重复前面的测量步骤。主程序采用C语言编写，简化了距离计算和程序结构。第三节倒车雷达报警器子程序设计（一）数据采集处理子程序图4.2A/D转换子程序流程输出多路复用器通过单片机接收多路复用器的位移日志地址。上述扩展过程可以将数据从模拟转换为数字。数据处理主要包括数值过滤、十进制转换和表格搜索。对数据进行过滤、十进制转换等处理后，找到表格数据显示字体大小。程序方案如图4.2所示。（二）中继子程序图4.3安全距离的中继子流程图系统显示例程必须显示测量数据以确定速度测量数据是否正确。此型号专为50厘米以下的安全测量而设计，并在屏幕上显示两位小数。也就是说，它使用3位数字显示。使用软件消除和控制振动，这称为延迟子程序。这允许芯片更好地处理振动问题。这是因为在模数转换单元的帮助下，芯片的微数据可以以十六进制格式存储，LED显示要求可以转换为BCD码，如图4.4所示。图4.4LED显示子程序流程图（三）报警子程序程序设计蜂鸣器的两个保险丝内有一个3～15V的恒定电压，产生大约3kHz的噪音和声音振动，之后就可以使用晶体管驱动器了。报警处理时序如图4.5所示。图4.5报警程序流程图第四节超声波测距软件设计超声波测距仪测量车辆后方到车辆后方障碍物的距离，并根据预定义的串行通信协议将数据通过串行接口发送到中央ARM系统。超声机的主控微控制器是搭载AT89C51芯片的微控制器，程序模块模型为MCU程序。超声扫描仪使用TZAT89C51的内部时钟通过P1.0引脚向超声发射器电路发送40KHz方波。引脚P3.3(INT1)AT89C51用作接收器输入引脚，当接收到回波时停止接收器。超声波测量程序如图4.6所示。图4.6超声波测距软件设计流程图在超声波的传播过程中，由于超声波的全身、环境和性质，不可能只发射一种超声波。要获得准确的超声波，通常需要发送多个超声波，超声波组由8-10个超声波组成。回波系统具有死区测量功能。在此期间，系统无法检测到回声。250μs的延迟用于发射10个超声波形成超声矩阵，1ms的延迟用于防止盲点检测。回波测试用于确定超声波是否已停止，是否未检测到障碍物，或者时间是否在距障碍物一定距离处停止。有信号1时，干扰为回波干扰，有信号2时，干扰为40毫秒。该系统通过串行接口将距离数据传输到主要的互联网系统，测量旅行时间并计算距离。系统初始化和初始化各个协议的值，设置定时器功能，输入定时器初始值，激活串行接口速度设置。该系统使用T2微控制器生成包含超声波信号和T1定时器的40kHz方波。串口定时器T0用于记录超声波的传输时间，返回超声后，行程时间由以下公式计算。介数是将11.0592MHz芯片的12个主脉冲分成多个芯片的时钟测量值。以下公式用于计算以厘米为单位的精确距离，其中V是超声波速度。第五章结论由于超声波的方向性强，消耗能量少，平均传输距离更长。超声波被广泛用于定位物体。它也被广泛使用，因为它在超声波定位过程中相对容易计算。