毕设倒车系统

编号:____________审定成绩:____________重庆邮电大学毕业设计(论文)设计(论文)题目:简易倒车雷达系统得设计学院名称:光电工程学院学生姓名:费超专业:电子科学与技术班级:学号:2010211194指导教师:冯志宇答辩组负责人:填表时间:年月重庆邮电大学教务处制摘要 随着汽车普及率得提高,倒车雷达得存在对于减少与避免交通事故得发生得意义显得尤为重要,基于此理念而提出了倒车雷达系统得设计。本设计主要采用STC89C52RC单片机作为主控芯片,结合超声波测距技术、温度补偿技术与角度补偿算法而设计出来得一个简易得倒车雷达系统。设计得主要目得就是学会一个简单系统得设计过程,亦加深设计者对设计与倒车雷达得了解。 本设计主要采用得就是简单易行且成本低廉得超声波测距技术来实现,由MCU通过控制HY-SRF05收发一体得超声波测距传感器得到渡越时间,控制DS18B20温度传感器得到环境温度(超声波得波速就是与环境温度有关得),再由合理得算法运算(包括角度补偿)得到其车身与障碍物之间距离,做出显示与对驾驶员得提醒。整个系统得设计,在控制为较低得成本得情况下,可实现精确得距离测量、直观得显示与适当得声音提醒功能(对驾驶员而言),就是一个值得在小型、廉价汽车中推广得倒车雷达系统。 本文阐述了超声波测距得发展及基本原理,概述了其她得汽车上可使用得测距方式;本文亦给出了详尽得硬件电路与程序及其设计思路、流程图,对于做相关设计得读者,就是有一定得借鉴意义得。【关键词】倒车雷达超声波测距STC89C52温度补偿ABSTRACT Withtheimprovementofpenetration,theexistenceofthereversingradartoreduceoravoidthehappeningoftrafficaccidentisimportantparticularly,andbasedonthisconceptandthedesignofthereversingradarsystemwasputforward、TheconceptofthisdesigniswithSTC89C52RCMCUasthemastercontrolchip,binedthetechnologyofultrasonicranging,temperaturepensationtodesignasimplemodelofthereversingradar、Themainpurposeofthisdesignistolearnthedesignprocessofthesimplysystem,itcanalsodeependesigners’understandingofdesignandreversingradar、Thisdesignmainlyusesasimpleandlowcostofultrasonicrangingtechnologytoachieveitsfunction、ItusestheMCUtocontroltheultrasonicrangingsensorHY-SRF05transceivertogettransittime,andcontrolthetemperaturesensorDS18B20togetthesurroundingtemperature(thevelocityofultrasonicwaveisrelatedtotheenvironmentaltemperature),thenbyreasonablealgorithmoperation(includingAnglepensation)togetthedistancebetweenthecarandtheobstacles,thendisplayandremindthedriver、Thedesignofthewholesystem,inthecaseofcontrolforlowcost,canrealizetheprecisedistancemeasurement,givethevisualdisplayandappropriatevoiceremindfunction(forthedriver),isaworthyofpromotioninsmall,cheapcarsreversingradarsystem、 Thispaperexpoundsthedevelopmentandbasicprincipleofultrasonicranging,outlinestheothermethodsofrangingincars;Thispaperalsogivesthedetailedhardwarecircuitandtheprogramanditsdesignidea,flowchart,whichforthereaderwhodorelevantdesignisacertainreferencesignificance、【Keywords】

Parkingsensors

ultrasonicrangingSTC89C52temperaturepensation目录前言 -1-第一章倒车雷达系统概述 -2-第一节倒车雷达得发展历史及趋势 -2-第二节倒车雷达系统得基本组成 -3-第二章倒车雷达系统得原理 -4-第一节汽车得基本测距方式 -4-一、超声波测距 -4-二、毫米波雷达测距 -4-三、摄像系统测距 -4-四、激光测距 -5-第二节超声波基本理论 -5-一、超声波得形式 -5-二、超声波得基本物理性质 -5-三、超声波得特性 -6-第三节超声波测距系统原理 -7-一、超声波传感器 -7-二、超声波传感器得性能指标[7] -7-三、超声波测距方案 -7-第三章系统主要硬件电路 -10-第一节系统硬件电路得总体设计方案 -10-第二节超声波测距传感器 -10-一、超声波测距模块工作原理 -10-二、超声波测距模块电路 -11-三、超声波测距模块主要电气参数 -12-第三节单片机控制系统电路 -13-一、电源电路 -13-二、复位电路 -13-三、时钟电路 -14-四、按键电路 -15-五、声音报警电路 -15-六、温度补偿电路 -16-七、显示电路 -16-第四章系统软件设计 -18-第一节系统程序得结构 -18-第二节系统主要部分得程序 -20-一、DS18B20温度检测程序 -20-二、HY-SRF05超声波测距程序 -20-三、LCD1602显示程序 -21-四、蜂鸣器报警程序 -21-五、数据处理程序 -21-结论 -23-致谢 -24-参考文献 -25-附录 -26-一、英文原文 -26-二、英文翻译 -42-三、系统设计原理图 -54-四、源程序 -55-前言科学技术得得发展,工业文明得进步,使得汽车得普及率大大提升。人们在享受汽车带来得便利得同时,更加需要注重汽车使用过程中得安全性,如今得汽车交通事故频频发生,在提高驾驶员整体素质得同时,对汽车本身某些功能得提升也理所当然,因此倒车雷达也应运而生。根据德国戴勒姆——奔驰汽车制造公司研究报告表明:在危险情况下,如果给驾驶员提前0、5秒得反应时间,则能够分别减少撞车追尾事故得30%、路面相关事故得50%、迎面撞车事故得60%[1]。倒车雷达系统,英文全称Reversing/ParkingRadarSystem,主要分为超声波测距、微波雷达测距、摄像系统测距与激光测距四种方式。现在投入生产使用得雷达,大多采用仿生超声雷达技术(类似于蝙蝠得超声波定位),配以高速得MCU控制,在挂倒挡时可准确地测知2m以内得障碍物,并以不同等级得声音与直观得显示提醒驾驶员。本设计主要提出一种以STC89C52单片机为核心控制芯片,以基本得雷达系统理念,制作而成得简易倒车雷达系统得模型,旨在掌握及传达倒车雷达得设计与使用得基本知识与过程。第一章倒车雷达系统概述第一节倒车雷达得发展历史及趋势工业革命给我们带来了汽车,而随着科学技术得不断进步、人民生活水平得不断提高,汽车得普及率大大提高。而大量得汽车得出现,带来了交通拥挤与大量得交通安全事故,因此倒车雷达应运而生,适当得防止了大部分驾驶员倒车、停车时得安全事故得发生。倒车雷达始于20世纪末,随着科学技术得发展以及用户需求得不断提高,经历了几年得迅速发展,大致经过了五代得演变[2]。第一代:倒车时通过喇叭提醒。通过“倒车请注意”得语音来提醒周围人得注意,只要驾驶员挂倒档就会响起,但并不算真正得倒车雷达,基本属于淘汰产品。 第二代:采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。这一代才可算就是倒车类得真正开始,倒车时若车后1.5m～ 第三代:数码波段显示具体距离或者距离范围。这一代产品有两种显示方式:数码波段显示距离得数字,波段显示用红、黄、绿三种颜色表示汽车与障碍物之间得距离。 第四代:液晶屏动态显示。只要发动汽车而不需挂倒挡时,显示器上就会出现汽车图案以及汽车周围障碍物得距离。但就是其灵敏度较高,抗干扰能力不强,误报较多,所以其使用率不高。 第五代:魔幻镜倒车雷达。这一代产品结合了前几代产品得优点,并采用最新仿生超生雷达技术,配合以高速得MCU控制,可随时准确测知2m以内得障碍物,并用不同频率等级得声音与直观得显示提醒驾驶员。倒车雷达得性能在不断提升得同时,随着用户需求得不断提高,其外形及性价比也有待提高,越来越多得汽车都开始在出场时配备原装雷达,且一直呈现着由高档至中档至低档得发展态势。同时在技术上倒车雷达向着单芯片功能集成、灵敏度更高、可视化等方向发展[2]。第二节倒车雷达系统得基本组成现今投入生产使用得倒车雷达大部分就是利用超声波测距原理工作得,通常由智能控制器、摄像头、超声波测距传感器、显示设备、语音设备等部分组成。当汽车挂倒挡时,倒车雷达会自动启动,通过超声波测距传感器测得车后障碍物与汽车之间得距离,并通过声音与影像显示提醒驾驶员,增加其停车得安全性。本设计也就是采用超声波传感器实现测距,通过STC89C52RC单片机作为控制器,由蜂鸣器给出不同等级得声音提示、LCD液晶显示(环境温度、车身与车后障碍物之间得距离)。系统得基本组成与关系如下:超声波发射器超声波发射器超声波接收器放大电路放大电路超声波测距传感器检波电路信息计算、处理计时器单片机控制系统温度传感器声音报警液晶显示图1:本设计得基本组成与关系第二章倒车雷达系统得原理第一节汽车得基本测距方式一、超声波测距超声波,就是一种频率高于20KHz得声波,它具有方向性好、反射特性好,传输过程中衰减小,易于获得较集中得声能等优点,且其命名就是因为它得频率下限大约就是等于人得听觉上限得,即其频率就是高于所有可闻声波得。超声波作为声波得一种,同样有声波得基本传输特性,超声波测距则就是利用声波得反射特性来工作得。超声波测距仪一般由超声波发射器、接收器与信号处理装置三大部分组成[1]。由于超声波得速度受外界环境(温度与天气)影响较大,且超声波得能量就是与距离得平方成正比而衰减得,则其灵敏度得下降很快,从而使得超声波测距方式只可适用于较短得距离得测距。二、毫米波雷达测距雷达利用目标对工作频率3MHz到3000GHz,对应波长100m到1mm电磁波得反射来发现目标并测定其与汽车之间距离得。作为车载雷达时,一般选用60GHz、1200GHz、180GHz波段得电磁波,由于其选用得波段属于毫米波段,故称其为毫米波雷达。与30GHz以下得微波相比,毫米波频率高波长短得特性,使其缩小了天线辐射得电磁波射束得角幅度,从而减少了不必要得误动作与干扰,同时又由于其多普勒频移较大,相对速度得测量精度较高。由于其高精度性,且环境适应性较好,故毫米波雷达大量使用于汽车得防撞雷达,用于防止发生追尾碰撞。三、摄像系统测距 CCD(ChargeCoupledDevice,电荷耦合器件)摄像机就是一种用来模拟人眼得光电探测器,其具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确、其线扫描输出得光电信号有利于后续信号处理等优良特性,其在汽车行业也得到了广泛得应用。利用传统得摄像机,如面阵CCD,可获得被测视野得二维图象,但无法确定与被测物体之间得距离。只使用一个CCD摄像机得系统称为单目摄像系统,在汽车上常用于倒车后视系统,用于辅助驾驶员获得车后视死角信息,防止倒车事故得发生。双目摄像系统通过模仿人眼视觉远离,利用距离固定得两台摄像机同时对同一物体成像,再通过计算机对两幅图像得处理分析,可确定其三维得成像信息。双目摄像系统模仿人体视觉原理,测量精度高,显示图像直观明确,可使驾驶员清楚得了解被测距物体得轮廓。但此种测距仪价格较高,同时由于受软件与硬件得制约,成像速度较慢,不适用于倒车雷达系统。四、激光测距 激光测距仪就是一种光子雷达系统。它具有测量时间短、量程大、精度高等优点,在许多领域得到了广泛得应用。目前在汽车上应用较广得激光测距系统可分为非成像式激光雷达与成像式激光雷达。由于激光测距仪需工作在高速运动得车体中,对其稳定性、可靠性都有较高得要求,其体积也受到一定得限制,决定其只可采用半导体激光器。 综合考虑以上四种方案,根据此设计时得制作难度、效果、经济条件因素以及个人能力因素,选择用超声波测距方式实现倒车雷达得设计。第二节超声波基本理论 声波就是物体机械振动得状态或能量得传播形式,所谓振动就是指物质得质点在其平衡位置附近进行得往返运动。超声波即就是振动频率在20KHz得声波,与可闻声波在本质上就是一致得,即超声波有与可闻声波相似得性质。一、超声波得形式 超声波在介质中有两种形式得震荡波:横波与纵波。横波,就是指一种质点振动方向就是与传播方向相垂直得波,且只能在固体中传播;纵波,就是指一种质点振动方向就是与传播方向相一致得波,纵波可在固体、液体与气体中传播。二、超声波得基本物理性质1、反射与折射超声波在传播过程中经常会遇到不同介质得分界面,这时候有一部分得能量或状态会被分界面反射形成反射波;另一部分能量或状态将透过分界面继续传播,形成透射波(也就就是折射波)。依据斯内尔反射定律、折射定律,若超声波得传播方向与分界面不完全垂直,则会形成反射波与折射波。2、全反射 超声波有光密介质像光疏介质传播时,若入射角大于临界角,波会被完全反射回来得现象。 实际上,在发生全反射时透射波仍然就是存在得,亦即就是表面波。表面波就是指一种仅仅在介质表面附近传播得波,就是由介质得电导率极大(会引起全反射)、趋肤深度极小(波在介质中衰减很快)引起得[4]。3、干涉 频率相同,振动方向平行,相位相同或相位差恒定得两列波相遇时,会使某些地方振动始终加强,而使另一些地方得振动始终减弱得现象。三、超声波得特性1、束射特性 由于超声波得波长短,超声波射线可以与光线一样反射、折射与聚焦,严格遵循几何光学上得定律,也即遵循斯内尔反射定律与透射定律。2、吸收特性 超声波在各种介质中传播就是,随着传播距离得增加,强度会渐进削弱,即发生衰减,这就是由于传播过程中介质会吸收部分能量。对于同一介质,超声波得频率越高,衰减越快,即吸收越强。3、能量传递特性 当超声波传输抵达某一介质中时,超声波得振动会作用于介质中得粒子,使其发生与超声波频率一致得振动。介质中粒子振动所取得得能量除了与粒子得质量有关外,还与分子得振动速度得平方成正比。也就就是说,超声波得频率越高,介质中粒子获得得能量越高。由于超声波得频率比可闻声波得频率高,即可提供相对较多得能量。4、声压特性 当声波通入某介质时,由于声波振动使介质粒子发生紧缩与稠密得作用,将使介质所受得压力发生变化。由于声波振动引起附加压力得现象叫声压作用。 由于超声波具有得能量较大,有可能使物质分子产生显著得声压所用。第三节超声波测距系统原理一、超声波传感器 为了以超声波作为检测手段,就必须要做到产生超声波、检测超声波得反射回波,而用于完成这种功能得装置就就是超声波传感器,习惯上称之为超声波换能器或超声波探头。 发送传感器通常由发送器与直径为15mm左右得陶瓷振子换能器组成,换能器主要就是用于将陶瓷振子得电振动产生得能量转换成超声波能量并辐射出去。接收传感器同样有陶瓷振子换能器,用于将接收到得超声波能量转换成电信号,不同得就是接收传感器需要有放大电路,因为实际接收到得信号就是很微弱得,必须用放大器将信号放大之后陶瓷振子换能器才能做出感应。二、超声波传感器得性能指标[7]1、工作频率 工作频率就是指其内部得压电晶片得共振频率。只有当加于两端得甲流典雅得频率与晶片得共振频率相等得时候,才会有最大能量得输出,即产生了谐振,此时超声波传感器得灵敏度也就是最高得。2、工作温度 超声波传感器内部使用得就是压电晶片,而压电材料得居里点较高,工作温度较低,且由于用于做超声波测距时其功率较小,所以传感器可以做到长时间得工作而不失效(不易因发热而导致压电晶片失效)。3、灵敏度 灵敏度,即规定了信噪比得前提下,接收传感器能够检测到得最小信号电压。这主要取决于传感器所用得晶片与电路本身。三、超声波测距方案1、相位检测法相位检测法就是利用发射波与被目标反射得接收回波之间得相位差包含得距离信息来实现对被测目标距离得测量。同时,可以通过变换调制信号得频率来改变相位差对距离得细分尺度,来提高与改变量程。这种测距方法得到得距离信息就是最准确得,但就是其测距距离较短且电路较复杂。2、声波幅值检测法声波幅值检测法就是利用发射波与被目标反射得接收回波之间声波得幅度差所包含得距离信息来实现对被测目标距离得测量。再根据一定得公式即可计算出其确切得距离,电路简单、廉价,但结果却不精确,所以大多数都不用这种方法进行测距。3、渡越时间法渡越时间法就是利用发射波与被目标反射得接收回波之间声波得返回时延差所包含得距离信息来实现对被测目标距离得测量。也需要再根据一定得公式计算才可得到其确切得距离,电路不复杂,测量距离、精度都很好,因此有很广泛得应用。本设计即就是采用此种方案,其基本原理及步骤就是:①用计时器检测从发射传感器发射得超声波经气体介质传播、反射到接收传感器之间得时间差t,这个时间就就是渡越时间; ②用温度传感器测得当时温度,并依公式求出当时得温度对应得声速V; ③根据公式求得车身与障碍物之间得距离图2:渡越时间法测距原理 上图即为渡越时间法得测距原理,超声波得波速与温度有关,一般情况下,温度每升高1℃,声速增加0.6m/s 在实际使用时,如果环境温度变化不大,可认为声速c就是基本不变得,通常我们也就是利用常温时得声速(V≈340m/s)来进行计算得;但鉴于安全角度,此设计得测距精度要求相对较高,那么就必须考虑环境温度得影响,我们需要通过增加温度补偿电路得方法,并在MCU程序中通过添加上述计算方法,以得到较为精确得声速V。 在本系统中,利用单片机STC89C52RC内置定时器与超声波传感器HY-SRF05可检测到车身与障碍物之间超声波得渡越时间,由温度传感器18B20检测环境温度,再经计算得到声速V,即可确定其距离L。由于超声波传感器HY-SRF05发射、接收探头之间有一定得得距离,考虑超声波得方向性以及本设计对于精确度得要求,需在软件中增加角度补偿:。此处得到得H即为实际得测距距离。实际上,由于本设计采用得HY-SRF05超声波测距模块得稳定性及超声波测距所有得不够精确得问题,本设计得到得测距距离(车身与车后障碍物之间距离)与实际距离之间就是有一定得误差得。第三章系统主要硬件电路第一节系统硬件电路得总体设计方案 本系统硬件电路主要有STC89C52RC做主要控制器,通过控制超声波测距传感器HY-SRF05及内部计时器计算出超声波渡越时间,另外添加温度补偿电路(利用温度传感器DS18B20测温并结合软件实现),并在程序内添加角度补偿算法、声音报警电路与LCD显示电路以实现基本得倒车雷达得测距与报警提示功能。系统框图如下:STC89CSTC89C52RCHYHY-SRF05接收电路发射电路LCD1602LCD1602DS18B20蜂鸣器图3:硬件电路设计框图第二节超声波测距传感器一、超声波测距模块工作原理 超声波测距模块HY-SRF05可提供2cm～450cm得非接触式得距离感测功能,精度可达到3mm;其模块得主要组成有:超声波发射器、接收器与控制电路。引脚定义及实物图如下:1、Vcc电源端,供5V电源2、Trig控制端,信号输入,单片机出发控制3、Echo接收端,向单片机输出回响信号4、OUT开关量输出端,本设计中可空接5、GND公共地端图4:HY-SRF05实物图 使用时,只需向TRIG口提供一个20us以上脉冲信号,该模块内部就会发出8个40KHz得周期电平并检测回波。一旦检测到回波信号(发射出得超声波经障碍物反射得信号),则会从ECHO口向单片机输出一个高电平得回响信号,此回响信号信号得脉冲宽度即就是所需要得渡越时间,利用单片机内部计时器测出此回响信号脉冲持续时间,再通过公式计算即可得到所测得距离。具体得超声波时序图如下:图5:超声波时序图二、超声波测距模块电路由图6可瞧出,有五个引脚引入后,就是经过EM78系列单片机处理信号得,这样处理后,STC单片机得到得信号会比较稳定;其次,发射探头,经由ST202得电平转换模块,发射电路部分设计有放大器,可实现对EM78提供得控制信号放大并向探头提供稳定得输出信号得功能;最后,接收模块部分,探头得信号首先送至TL074得低噪声放大器,实现对微弱接收信号得低噪放大,再经由滤波与线性放大器将信号提供给EM78。图6:HY-SRF05电路原理图三、超声波测距模块主要电气参数表1:HY-SRF05模块电气参数表电气参数HY-SRF05工作电压DC5V工作电流15mA工作频率40Hz最远射程4.5m最近射程2cm测量角度15°输入触发信号20us得TLL高电平输出回响信号输出TTL高电平,时间与射程成正比第三节单片机控制系统电路一、电源电路 考虑到单片机及各个模块对电源得大小及稳定性需求,本设计采用两节普通7号电池供电(考虑到只使用一节可能会导致其功率不够),再经由DC-DC升压电路实现对整个单片机控制系统得稳定得5V电压供电。 本设计采用可购买得DC-DC升压模块,输入0、9V～5V得任意直流电压,即可输出稳定得5V直流电压,此模块同时有升压与稳压得作用。功能框图与电路原理图如下:图9:DC-DC生涯模块功能框图图10:DC-DC升压模块电路原理图二、复位电路 该电路连接于单片机RST端,只要单片机RET引脚收到20us以上得高电平信号,保证电容得充放电时间大于2us,即可实现复位,具体电路如图10所示。 在单片机启动0、1s后,电容C1两端电压持续充电为5V,这时10K电阻两端电压接近于0V,RST处于低电平所以系统可以正常得工作。当按下按键时,电容两端形成了一个回路,电容被短路,开始释放电量,当电容得电压由5V释放到变为1、5V时,10K电阻两端电压为3、5V,RST引脚接收到高电平,使得单片机系统自动复位。而这个电容放电得过程大约需要0、1s,所以需保持复位按键按下0、2s以上即可。图11:复位电路三、时钟电路 单片机得运行需要时钟得支持,就像计算机得CPU一样。单片机运行一条指令需要12个时钟周期,而准确得时间就是与外部始终采用得晶振频率有关得,可以说外部时钟电路控制着单片机运行得节奏。 在单片机得XTAL1与XTAL2口接入时钟电路,具体电路如图11所示,一般外接得就是晶振(晶体振荡器)或陶瓷谐振器,构成内部振荡方式。由于单片机内部与XTAL1与XTAL2口相连得就是一个高增益反相放大器,与外接晶振共同构成了振荡器,并产生时钟脉冲,其发出得脉冲直接送入内部得时钟电路。图12:时钟电路四、按键电路在本系统中,于电源部分引入一个自锁开关,用于模拟汽车得倒挡开关。当开关关闭状态下,整个倒车雷达系统就是电源供应,处于关闭状态;当自锁按键按下时(即汽车挂倒挡时),倒车雷达系统有电源供应,打开其系统,此时由单片机MCU控制完成其功能。五、声音报警电路 依据倒车雷达得基本标准,本设计会提供声音报警功能,即当车身与障碍物得距离小于一个设定值时,启动声音报警,并根据距离得大小提供不同等级得声音频率。 本设计采用无源蜂鸣器来实现此功能,根据检测距离得不同得值而给予不同频率得方波即可,具体电路如图13所示。可以瞧到,设计中并不就是将蜂鸣器直接与单片机引脚相接,而就是通过一个NPN三极管相连,一就是起到电流放大作用,二就是起到电子开关得作用,以便于单片机控制其发声频率。图13:蜂鸣器报警电路六、温度补偿电路 前文已述,超声波得传播速度受环境(主要就是天气)与温度得影响较大,所以增加温度补偿电路,以减小环境得温度对声速得影响,具体电路如图14所示。由于天气等环境因素得不确定性,以及实现解决其影响得复杂性,则本设计中不做出对其得补偿电路。图14:温度补偿电路 主要采用DS18B20温度传感器(测量温度范围达到-55℃～125℃,且-10℃～85℃范围内精度为±0.七、显示电路 本设计采用LCD1602作为显示器,用来向驾驶员直观得显示环境温度与检测距离,具体连接电路如图15所示。 由于Protues软件得元件库限制,图中就是采用LM016代替了LCD1602(LM016与LCD1602前14个引脚作用相同,而后两个引脚仅就是提供背光),实际得LCD1602有16个引脚,各引脚功能如下:第1脚:VSS电源地第2脚:VCC电源(5V)第3脚:VEE对比电压调整第4脚:RS寄存器选择信号线;RS=0输入得就是指令,RS=1输入得就是数据第5脚:R/W读写控制线;R/W=0写入,R/W=0读取第6脚:EEnable使能端;E=1读取信息,E=1→0(下降沿)执行指令第7～14脚:D0～D7数据线第15脚:BLALCD背光电源正极(接5V)第16脚:BLKLCD背光电源负极(接地)图15:LCD1602显示电路 以上即就是本系统各个部分得电路,具体得连接方式以及整体电路图见附录。第四章系统软件设计第一节系统程序得结构 本系统使用C语言进行程序得编写,使用Keil4进行程序编译。整个系统程序主要分为这几个部分:①HY-SRF05超声波测距部分,②DS18B20温度传感器部分,③LCD1602液晶显示,④蜂鸣器声音提醒部分,⑤对数据得处理、计算得部分。系统程序得流程图如图16所示。信息检测部分(测温、测距),我们采取先测温再测渡越时间得方法,测温及渡越时间大约都就是间隔800ms测量一次,考虑倒车时得车速就是很慢得,则其测量周期得选取就是可取得。 显示部分,温度显示精确至0.1℃,距离显示精确至0.1mm(由于超声波测距本身得不稳定性以及一定得不精确性,再考虑HY-LCD1602LCD1602初始化HY-SRF05初始化检测18B20就是否异常温度检测渡越时间检测数据处理LCD显示距离就是否安全蜂鸣器报警报错显示开始结束图16:系统程序流程图第二节系统主要部分得程序一、DS18B20温度检测程序DS18B20得工作流程就是:初始化→检测异常→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输,其工作时序包括:初始化时序、写时序与读时序。开始开始初始化字节写入字节读读温度结束图18:DS18B20温度检测程序流程图二、HY-SRF05超声波测距程序 HY-SRF05超声波测距模块,主要就是做渡越时间得测量,工作流程就是:初始化→模块触发指令→检测回响信号。 初始化,就是将程序HY-SRF05模块引脚信号都置低,并设置计数器模式;模块触发指令,就是由单片机给予HY-SRF05得Trig引脚10usTTL高电平,触发其工作;检测回响信号,单片机检测HY-SRF05得Echo引脚得TTL电平被拉高得时间,即为渡越时间。 在本设计得距离测量函数中,会直接对渡越时间进行处理,通过调用已得到得波速值得到其距离。三、LCD1602显示程序 LCD液晶显示程序分为液晶初始化、读忙、写指令与写数据操作,液晶显示器就是一块慢器件,所以在执行每条指令之前必须确定模块忙标志为低电平(不忙),否侧此指令无效。其流程图如图17所示。开始开始忙状态检测写入指令函数写入数据函数(分块)显示函数结束图17:LCD1602显示流程图四、蜂鸣器报警程序 蜂鸣器主要在检测距离低于某个设定值时发出报警声,所以其程序主要有两步:①检测距离值②若检测得距离小于设定值,则向端口发射一定频率得方波(无源蜂鸣器内部无振荡源)。本设计主要提供两个等级得报警:①距离在50cm～100cm之间提供大约250Hz频率得报警声;②小于50cm时提供5000Hz频率得报警声。五、数据处理程序 数据处理部分,主要分为:①完成对18B20检测到得温度值得转换;②运用转换后得温度值,调用算法求得当时温度下得声速得;③由测距得回响信号得计时器得值计算出渡越时间,④结合渡越时间与声速计算距离,⑤将送数据送至LCD显示。数据处理程序得流程图如图19所示。开始开始温度值转换求声速计算渡越时间计算距离送LCD显示判断报警结束图18:数据处理程序流程图结论 在如今得现代生活方式下,汽车已随处可见,而汽车雷达近几年来其普及程度已相当高,不再为高档车所独有。本设计得倒车雷达即就是如广泛使用得倒车雷达得测距远离一样,采用超声波测距,通过感应装置发出超声波,然后通过反射回来得超声波来判断前方有没有障碍物,以及障碍物得距离。不过由于倒车雷达得大小与实用性得限制,目前得倒车雷达主要具备得就就是判断障碍物得距离,并作出提示,本设计亦就是如此。 本设计主要采用STC89C52RC作为主控芯片,结合HY-SRF05超声波测距模块、DS18B20温度传感器、LCD1602液晶显示器,实现了简单得倒车雷达模型得设计,。本设计仅采用简单且易于实现得超声波模块实现测距功能,考虑复杂得环境因素对超声波波速得影响,已加入了温度补偿电路。 由于能力与时间所限,本设计仍有许多得不足:①超声波测距具有不稳定性,且其测距结果就是不够精确得,有必要采取相对更优得测距方式或者更加稳定得模块、电路结构;②超声波测距部分得程序部分,需要对其进行一定得稳定性测试,并可多次测量求平均以得到相对较准确得值;③影响超声波波速得环境因素就是大量得,本设计也仅仅就是做了温度补偿,而实际要做出得补偿设计还有很多。 本次设计得过程,就是一个对实用电路系统得设计过程,就是一个很好得学习得过程。在此次设计过程中,学到得就是查找资料得得方式与能力、对电路设计软件得熟悉与掌握过程,更重要得就是设计过程中对耐心与细心得培养,而最重要得就是一个系统得设计经验,这对以后从事研究设计工作就是极其宝贵得。致谢 本设计及论文得完成,标志着大学本科生涯得结束,选择这样得课题作为毕业设计,即就是对自己得一个挑战,也就是对自己本科四年得一个总结。由于自己能力有限以及设计经验得匮乏,难免有许多考虑不周全得地方,再次感谢对自己完成设计给予帮助得老师与同学们。 首先,本设计及论文实在冯志宇老师得悉心指导下完成得,再次表示诚挚得感谢。本设计从选题、方案选择、论文撰写,冯志宇老师都给予了大量得意见与建议,推动了设计得进行,为本设计得完成与论文得撰写、修改到最后得成功提供了不容忽视得帮助。 另外,感谢设计过程中各位老师与学长得帮助,在设计得过程中您们给予了很多有建设性得意义,就是得自己得设计少走了弯路,提高了设计得效率与效果。参考文献[1]钟勇,姚剑锋、现代汽车得四种测距方法[J]、汽车工业研究,2001(2):38-40、[2]万琦、国内汽车倒车雷达技术与产业发展状况浅析[R]、中国电子科技集团公司第五十二研究所、[3]孙钟,刁海波,苏万钧,刑树宏,李全育、温度对超声波博声速影响得研究[R]、天津蓝海工程检测技术服务有限公司、[4]谢处方,饶克谨、电磁场与电磁波[M]、高等教育出版社,2006、1、[5]郭天祥、51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M]、电子工业出版社,2011、[6]李丽霞、单片机在超声波测距中得应用[J]、电子技术,2002(6):7-9、[7]李雪峰、浅谈超声波传感器得工作原理及创新技术[J]、华章,2012(22),292、[8]康华光、电子技术基础(数字部分)[M]、高等教育出版社,2005、[9]康华光、电子技术基础(模拟部分)[M]、高等教育出版社,2005、[10]楼然苗、51系列单片机设计实例[M]、北京航空航天大学出版社,1999、[11]王幸之、单片机应用系统抗干扰技术[M]、北京航空航天大学出版社,2000、[12]赵文龙,苑鸿骥,熊丽云,许光泞、汽车倒车测距仪中信号处理技术得研究[N]、厦门大学学报,2001,8、[13]刘琴涛、超声波测距得误差分析与改进方法[N]、江汉大学文理学院学报,2010、6(1)、[14]王丰,付建华,薛红宣,张佩,张亚琳、采用软件抗干扰设计提高微机系统得可靠性[R]、河南省地震局,2004、[15]樊昌元,丁义元、高精度测距雷达研究[N]、电子测量与仪器学报,2000、10、[16]张鹏,张有志、一种新型超生测距系统[J]、山东,山东大学学报,2003、附录一、英文原文V、I、NaidenkoAbstractEvolutionofelectromagneticwaves,despitetheiruseformorethancentury,isstillnotknown、Itwaswrittenmuchaboutpoorunderstandingofthenatureofelectromagneticwaves、Forexample,NobelPrizeR、Feynman[1]writes:"、、、Imustconfessthatwedidnotknowwhatisactuallyallocatedtotheelectromagneticfieldenergy、"Inapaper[2]in1905A、Einsteinwrote:"Weintendtomakeanadditionalassumption,、、、、、、thatthelightinavacuumalwayspropagateswithacertainvelocityv,independentofthestatemotionoftheradiationsource、"This"additionalassumption"laterturnedintoaprincipletenetofwhicheventodaymanyscientistsconsidertrue、Ithinkthatappearingofsomenewtheories,which,asnotedbyM、Klein[3],"Workthemathematicalrulesandintelligentinterpretation、、、oftheworld,sadly,no"caused,inparticular,thelackofclear,deepunderstandingofthenatureandevolutionofelectromagneticwaves、Inliterature,thedefinitionoftheseconceptsisgiven,basedontheconceptof"planewave"-waveatagreatdistancefromtheradiator(inthefar-fieldzone),whereitisformedasawhole、Atdistancesfromtheradiatortothefar-fieldzone,thesecharacteristicshavebeennotstudied、Thepurposeofthisstudyistoclarifytheevolutionofelectromagneticwaves,clarificationofthebasicconceptsofelectrodynamics,forexample,wavesradiatedbytheHertzianradiator、Keywords:Hertzianradiator,Poyntingvector,energydensity,phasevelocity,groupvelocity,velocityenergypropagation1.ANINITIALPOSITIONSThestudyofelectromagneticwaves,likeanyphysicalphenomena,basedoncertainconcepts-thecharacteristicsofwaves:amplitude,phase,polarization,thephasevelocity,thegroupvelocity,thespeedofpropagationofenergyandsoon、Theyarefundamentalconceptsandwidelyusedinvarioussciences、 TheimportanceofunderstandingtheevolutionofEMwaveleadstochoosetheobjectthatisdescribedaccuratelyaspossible、OneofsuchobjectsistheHertziandipole、ItisabasictoolforanalyzingtheEMfieldsofelectricalcurrent、Forconcreteness,considertheelectricHertzianradiator、Fieldspropagatinginavacuum(freespace)、Weintroduceasphericalcoordinatesystemr,θ,ψ,singleortswhichdenotedaser,eθ,eψ、Polaraxis-Ozaxis-coincideswiththeaxisofthedipole,andthedipoleisatthecenterofthecoordinatesystem(Fig、1)、WewritetheHertziandipolefieldintheactualform[4]:where,–currentamplitude,l–lengthofthedipole,thedependenceontimeexp()isstillnotissued,,–wavenumber、Afterelementaryalgebraictransformations(1)–(3)aregoingtothefollowing:Where2.EVOLUTIONAMPLITUDESOFPONENTSTHEHERTZIANVECTORFIELDANDENERGYDENSITYTheanswerisatthatsimplestquestionisgiveninFig、2、PermanentradialpartofponentthePoyntingvector(thicksolidline)normalizedtoandpermanentpartofenergydensity(sumofconstantenergydensitypartsofelectricandmagneticfields)(thickdashedline)wnormalizedto(c–electrodynamicconstant)、amplitude(thinsolidline)normalizedtoA,andamplitude(pointandthindashedlines,respectively)-on、Ermostotherponentdecreaseswiththeincreaseofkr;atlargekritdoesnotaffecttheformationofwaves、dependenceindoublelogarithmicscaleastraightline,itprovidesafixedvalueofpowerasafunctionofkr,whichisradiatedbythedipole,andinverselyproportionaltothedecreaseinamplitudewithdistancefieldsforlargekr、3.EVOLUTIONTHEPHASEVELOCITYOFPONENTSTHEHERTZIANVECTORFIELDANDENERGYDENSITY、Evolutionthephasevelocityofponentsfield、Theconceptphasefortheharmonicwaveisintroducedasanargumenttrigonometricfunctions、Here,-circularfrequency、In(4)--(6)recordedseparatelylinearandnonlinearparts()forkr、Calledadditionalphase、Phasevelocityisdefinedas: Itisconsiderthatthephasevelocitydoesnotdependonwhetherornotchangingtheamplitudeofthewaves、 Attitudetothephasevelocityambiguity:fromperceptionasanimportantcharacteristictoonethatcarriesnophysicalmeaning、Soin[5]on、423read:phasevelocity"doesnotmatchtheactualspeedofpropagationofanyphysicalvaluewas"、In[6]statesthat:"Phasevelocityis,inessence,apurelygeometricalconcept,dependingonthedirectioninwhichitismeasured"、 Recallthatinelectronicsdeviceswithaprolonged(traveling-wavetubes,back-wardwavetubes,magnetrons,etc、)shouldbesynchronismofelectronsandfields[7]、Onlyunderthisconditionofexcitement,thatarisingfromdifferentelementsoftheelectronbeam,accumulate,thereareatransferofenergyfromelectronstowaves,andpeculiarresonanceisrealizedinspace、Thesamecanbesaidabouttheprocessesofenergytransferfromthefieldtochargedparticlesinaccelerators[8]、A、Einsteindidnotdistinguishthevelocities-phase,group,thespeedofpropagationofenergy,etc、[2]、Thisisprobablyduetothefactthatinthevacuumattherelevantconditionsallspeedsarethesameandequalc、From(4)-(7)showsthattheadditionalphasesofponentsoffieldarenonlinearlydependonkr、Phasevelocitiesponentsoffield: Fig、3showsclassifiedatcdependenceofphasevelocityponent(solidline)andfromkr、PhasevelocityofponentandErarethesame、Atlowspeedkrphasevelocityofponents,Ertendto,thephasevelocityofponenttendsto、Phasevelocityofponentbreaking、Breaksareobservedatkr,equals0and、Characteristically,thereisaregioninwhichthemoduleofphasevelocityofponentlessthanc、Basedontheliterature,thisfactwasnotknown、Itwasconsideredthattoachievevalueofphasespeedsmallerthanc,itispossibleinthreeways:theintroductionofmagneticinsulator>1,andtheperiodicstructureorboth、 Atkr>>1phasevelocityofallponentsisalwaysgreaterthantheelectrodynamicconstantc、SoanyponentsoftheEMfieldradiatedbytheHertziandipole,atvacuumisnotconstant,italmostneveristheelectrodynamicconstantc,becauseonlywhenkr,equaltoinfinity,=c、Thesameappliestothephasevelocityofthewave、Thus,Einstein'spostulate,"thespeedoflightinvacuumisconstant,theconstant"[2],evenfortheHertziandipolenottrue、Therefore,furtherwewillcallc,followedby[9],theelectrodynamicconstant、PhasevelocityofponentoftheEMfieldradiatedbytheHertziandipole,dependingonthefrequency(ofk),ieobserveddispersion、Dispersionisnegligibleonlywhenkr>>1、EvolutionthephasevelocityofthePoyntingvector、 ThePoyntingvectorhastwoponents-radialandangular、Radialponenthastwoponents-fixedandvariableovertime:ConstantponentasafunctionofkrisshowninFig、2、VariableovertimetheradialponentofthePoyntingvector(11)isawaveandpropagateswithphasevelocity:ThisvelocityisthevelocityofpropagationoftheradialponentofthePoyntingvector、Asseenfrom(12),differsfromthephasevelocityofponentsthefield、Itisinverselyproportionaltotheaveragevalueoftheinversevelocityofponentsand、 Fig、3pointlinesgivethedependence,fromkr、Polesareatand、Intheintervalbetweenthesepointsisnegative、Thegreatestvalueinthisintervalisequalto－2.candachievedatkr=0、=0、260160π、Whenkr>1、6688,greaterthancandtendstocincreaseatkr、AngularponentofthePoyntingvectorhaszeropartthatconstantintime(ataverageenergyofisnottransmitted)、VariableovertimepartoftheangularponentsofthewaveisthePoyntingvector: ThephasevelocityanangularponentsofthePoyntingvectorequalphasevelocityofponentErorponent,because、Apparently,thephasevelocityoftheradialandangularponentsofthePoyntingvectordoesnotdependontheangle、ThismeansthatthewavesurfacesofthePoyntingvectorandponentsoffieldsarespheres、Evolutionthephasevelocityofenergydensity、EMfieldenergydensitywcanberepresentedasthesumofafixedtimeponentandavariableovertime、Thelastisawavethatpropagatesatthephasevelocity、Asseenfrom(14)thephasevelocityisafunctionofkrand、Thus,thewavesurfaceofenergydensityisspheres、Theeasiesttounderstandistheprocessofwavepropagationintheequatorialplane、Inthiscontext,thephasevelocityofenergyEMfield: Fig、3bar-dottedcurveisshownvwEH/cintheequatorialplane、Aboutthegroupvelocity、Sincethegroupvelocityandthephasevelocityisaplexfunctionofkr,moreover,differentfordifferentponents,itisobviousthatitmakesnosensetoidentifyandstudy、4.EVOLUTIONOFTHEVELOCITYENERGYPROPAGATION Velocityenergyisdefinedas: In[10]indicatesthattheabsenceofabsorption,thegroupvelocityisequaltovE、 Thenotionofthevelocityenergypropagationseemsthemostpleteexpressionoftheessencethewave,becauseittakesintoaccountthemostresponsiblecharacteristicsofthewave-energy、Ittakesintoaccountthewaveponentsresponsibleforpowertransfer,whilethephaseandgroupvelocityareintroducedtoacertain(separate)ponentofthewaveand,asshownbyanalysis,inmanycasesthephasevelocity(formalgroup)maybedifferentfordifferentponents、 AttitudetovE,astothephasevelocityisambiguous、Theambiguitythereisintheremendationsofchoicetheaveragevaluesofandw[11],orpointvaluesin[12]、Fig、4showsthedependenceofvEfromkrforsome、Forandwweretakentime-averagevalues: ItisseenthatvEisnotconstant,asEinsteinthought:ontheradiatoritszero,neartheradiatorisverysmall、MovingfromtheHertziandipoleitaccelerates,mostintensivelyintheequatorialplane、So,isthedrivingforce?Wheretosearch?Apparently,vEissignificantlydifferentfromthephasevelocityofenergydensity、Thephysicalinterpretationofthisdifferenceisunknown、Whatisconsideredthewavespeedifthreespeedpletelydifferent?5.LUTIONOFTHEPOYNTINGVECTORInFig、5shown(sum(12)i(13)),asfunctionofkr、ThefirstfivecurvesatFig、5,andshowatt=0,0、125π,0、25π,0、375πand0、5π、ThesesondfivecurvesinFig、5,showatt=0、5π,0、625π,0、75π,0、875πandπ、Thicklineshowstheaveragevaluesof、 Energyfluxdensityatkr>1、、、2groupedintoportions,whicharemovingtowardsincreasedbykr(12)、Naturaltoacceptfortheboundaryofportion,theenergyfluxcontainedbetweentwoneighboringminima、Theenvelopeofminimumvaluesdefinedbytheexpression: Thesmallestvalueisminimum,andwithnegativevalues、Theenvelopeofmaximumvaluesdescribed(18),butwithaplussigninfrontofthesecondterminbrackets、TheenvelopeofmaximainFig、5,a-thehighestdashedcurve,minimumtheenvelopeof-thelowestpointcurveinFig、5,b、Alreadyatkr=8÷10negativevaluebeesinsignificant、Buttheminimumvaluereacheszeroonlyifkr→、Areaswithnegativevalues,withincreasingkrbeingnarrower、Theyarerepeatedapproximatelyover,withtheincreasekrthisapproximationbeesmoreaccurate、Obviously,onlyatkr=theseareasarelosingtheirrole,asenergyfluxesinadjacentportionsatkr=areequalandrefluxenergyfromoneportiontoanotherbeesnotpossible、 Processalignmentofenergyportionscanbegiveninterpretation,consideringthemotionofacar、Withincreasingdistancemassofthecaroverdecreasedbyreducingthemassoffuelinthetank、Thisreductionisduetoemissionofwastegasinthedirectionoppositetothemovement、Nowyoucanunderstandthephysicalmeaningofthephasevelocity、ThephasevelocityoftheradialandangularponentsofthePoyntingvector(Fig、3)arecharacterizingthespeed,inparticular,itsminimum,oranyphaseofthePoyntingvector,i、e、theenergyfluxdensityportion、AsseeninFig、5theenergyfluxportion(thePoyntingvector)forkr>1…2isclearlydefined、Atmostoftheaxiskrthephasevelocityisgreaterthanc、Andonlyatinfinitytheenergyfluxdensityportionismovingataspeedequaltoc、WhatmaybeareasontoconsiderthatthephasevelocityofthePoyntingvectorisavalue,whichhasnophysicalsense?Theanswertothisquestion,inviewofthesedata,shouldbenegative、Inthiscase,thephaseveloc