基于STM32的可视化倒车雷达的设计——毕业论文.docx

1、 存档编号： 毕业论文（设计）题目：基于 STM32 的可视化倒车雷达的设计专 业： 电子信息工程 （嵌入式系统及应用方向）院 系： 信息工程学院 年 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 职 称： 湖北经济学院教务处 制湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入目录摘 要 .2ABSTRACT.3一、前言 .4（一）课题简介 .4（二）设计任务及要求 .6二、系统设计方案 .7（一）系统结构设计 .7（二）系统设计原理 .8三、硬件设计 .10（一）主控芯片 STM32F103C8T6 .10（二）传感器模块 .11（三）硬件电路连接 .14四、软件设计 .15（一）开发平台介绍 .15（二

2、）程序设计 .17五、系统功能测试 .18（一）系统功能测试 .19（二）测试结果分析 .20总结与展望 .21致谢 .22参考文献 .23附录 .24湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入摘 要随着汽车的数量持续增多，停车困难已经是毫无争议的事实，拥挤的停车场里常常让有车族无所适从，稍不慎则会发生撞车事件。虽然每辆车里面都有后视镜，但不可避免的都存在一个后视盲区。倒车雷达是汽车泊车或倒车时的倒车安全辅助装置，能用声音或更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了使用死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全系数

3、。本文设计了一个基于 STM32 的倒车雷达防撞系统。该系统利用超声波技术组建，包含温湿度监测模块。在设置范围内，可对与障碍物之间的距离进行测量，以及对所处环境进行温湿度信息采集，由系统控制中心显示采集到的数据，当数据异常时将发出警报，且阈值可手动调节。控制中心包括上位机 PC 机，采用串口通信传输数据。文中首先介绍了倒车雷达的产生背景和国内外研究现状，根据当前的研究状况和技术水平，进行了系统总体方案的设计。总体方案介绍系统采用的整体架构以及采用的技术方案。随后，按照总体设计方案描述，分别进行硬件和软件方案的设计。硬件设计主要介绍系统各个硬件组成模块，并对模块工作原理和模块功能进行分析。软件设

4、计主要包括上位机控制程序，并对每个部分都进行了详细的设计流程分析和设计原理分析。完成硬件和软件设计之后，对各个模块进行了功能性测试，测试结果表明本系统基本达到设计要求。关键词：超声波测距；倒车雷达；STM32；传感器湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入AbstractAs the number of cars continues to increase, parking difficulties are already uncontested facts, crowded parking lot often let the car family at a loss, a little a

5、ccident will happen crash. Although each car has a rearview mirror, but inevitably there is a rear view blind spot. The reversing radar is a reversing safety assisting device for car parking or reversing, which can be used to inform the driver of the obstacle around the vehicle by voice or more intu

6、itive display, and to remove the drivers parking, reverse and start the vehicle.This paper designs a STM32-based reversing radar collision avoidance system. The system is formed using ultrasonic technology, including temperature and humidity monitoring module. In this paper, the background of the re

7、versing radar and the research status at home and abroad are introduced. According to the current research situation and technical level, the design of the overall system is carried out. The overall scenario describes the overall architecture adopted by the system and the technical solutions adopted

8、. Subsequently, according to the overall design described, respectively, hardware and software design. The hardware design mainly introduces the hardware component module of the system, and analyzes the working principle and module function of the module. The software design mainly includes the host

9、 computer control procedure, and carries on the detailed design process analysis and the design principle analysis to each part. After the hardware and software design are completed, the functional tests of each module are carried out. The test results show that the system basically meets the design

10、 requirements.KEY WORDS: Ultrasonic Ranging; Reversing Radar; STM32; Sensor湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入一、前言在信息技术日渐成熟的今日，人们的生活习惯和方式已经越来越受到科学技术的影响。新的技术、新的服务的快速兴起刺激着人们的消费需求，汽车工业正是如此。随着人们生活水平的提高，汽车的使用也越来越普及，而由此引发的安全问题也随之而来，由倒车引发的事故，也越来越多。因此，为汽车提高倒车安全性就变得很有必要了。目前大多数家用中高档消费类汽车都配有倒车安全系统，但是还存在很多经济、实用的汽车、货车等，处于成本考虑

11、未加装倒车雷达，这就为这类汽车的使用安全增加了隐患。因此，本文设计了一种成本低廉、操作便捷、运行稳定的超声波可视化倒车雷达系统，为解决该类汽车的倒车安全问题提供经济适用的参考方案。（一）课题简介1. 选题意义我国目前汽车工业发展繁荣，拥有汽车的人群也越来越多，而随之而来的各种交通事故也层出不穷，如车辆行驶过程中的追尾、倒车过程中车尾碰撞甚至人员伤亡等。大多数中高档汽车会加装专门的倒车安全系统，但对一些经济适用性和传统货车等车型，在考虑成本的情况下未配备完备的倒车安全装置，这些车辆在公路、停车场、街道等处倒车时既要前瞻又要后顾，很容易发生安全事故。本课题就是在考虑成本的情况下，设计了一种价格低廉

12、测距防撞的倒车雷达系统，增强汽车的后视能力，改善目前仍以后视镜和人工观察为主要工具的倒车安全问题，提高车辆的行驶安全，具有广泛的经济和社会效应。2. 研究现状倒车雷达，即倒车防撞雷达，又叫泊车辅助装置。近年来，倒车雷达系统已成为各种中高级轿车的标准配置，如德国的奔驰、宝马，美国的别克、通用，日本的本田、丰田等车型均配有倒车雷达系统。倒车雷达系统其中一个主要功能测距，湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入目前主要有三种技术实现方式：微波雷达测距、激光测距和超声波测距。与激光测距和微波相比，超声波波速较小，适用于较近目标的测量，使用的技术要求低，对强光、烟雾、电磁干扰等恶劣环境有较强的抵抗能力

13、，同时超声波测距成本低廉，超声波指向性强，能量消耗慢，可以在空气、水等介质中远距离传播，此外，超声波传感器结构简单、体积小、信息处理过程简单，已被广泛用于各类测距和探测器材，如水下探测器、B 超等。其中，使用超声波测距技术的倒车雷达至今已历经五代发展。第一代倒车雷达，是一种提示性的倒车提示装置，是司机在切换倒挡后设备自动发出提示音：“请注意，倒车！” 。这就是第一款出现的倒车雷达。严格意义上来说，这不能算是雷达，因为无法主动避险，只能提醒周围人躲避。但款最原始的倒车提示装置，开启了倒车雷达的发展历程。第二代倒车雷达，它是一种蜂鸣器提示的倒车雷达，司机在挂倒挡后，通过轰鸣器的提示判断障碍物的远近

14、，蜂鸣提示越急，表示车辆离障碍物越近。它无法让司机获取准确距离，且必须距离较近才有提示。第三代倒车雷达，是用数码管来显示提示车主倒车距离，相比之前的产品，在挂倒挡后，第三代倒车雷达能很清楚的告诉车主障碍物的距离，有两种颜色显示，绿色表示安全，红色即危险，已初步具备倒车雷达的功能，但可操作性和美观性上仍有欠缺。第四代倒车雷达，使用液晶荧屏显示。从这一代开始倒车雷达进入动态显示阶段，从发动汽车开始变实时显示汽车周围障碍物距离，使用更方便，外观设计十分美观，但在前三代的基础上更加完善了许多。第五代倒车雷达，采用仿生超声波雷达技术，配备屏幕显示、语音等多种提示方式，同时集成温度显示、空气指数等信息显示

15、，并可嵌入安装到后视镜。3. 发展趋势目前超声波倒车雷达的应用场景还十分有限，测量精度相对较低、信息集成度低、信息传递方式不够多样化等问题还有待改善。在未来的发展中，倒车雷达的精湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入度和响应实时性将得到改善，可嵌入性将更加完备、功能集成也更加丰富，发展前景十分广阔。（二）设计任务及要求1. 设计任务本设计要求设计一个基于 STM32 的可视化的超声波雷达测距系统，通过STM32 微处理器采集超声波传感器和温湿度传感器的信号，通过液晶屏显示出来，当距离低于设定阈值时进行声光报警，上位机通过串口通讯实时显示下位机采集的信息。2设计要求基本功能：（1） STM3

16、2 做主控芯片，实现系统功能；（2） 测量并显示距离、温湿度；（3） 当距离低于阈值时声光报警，高于阈值后恢复；拓展功能：（1） 通过串口通讯与上位机（电脑）连接，同步显示传感器信息和报警；（2） 距离越近报警信号越急促；（3） 上下位机阈值可调。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入二、系统设计方案（一）系统结构设计根据设计要求，本系统将由三大模块构成：信息采集模块、信息处理模块、同步显示模块。信息采集模块负责采集所需的距离、温湿度信息，由超声波传感器、温湿度传感器完成。信息处理模块包括 STM32 微处理器、显示模块、键盘输入模块、声光报警模块、串口通讯模块，实现对传感器采集的信息进行

17、显示，同时按键调整报警阈值，距离低于阈值时声光报警模块发出报警信号，串口通讯模块负责将处理之后的信息发送到上位机。同步显示模块主要是 PC 端的应用程序，具备图形用户界面（ Graphical User Interface，GUI ） ，用于显示下位机传来的距离、温湿度信息，并可设定阈值进行报警提示。图 2- 1 系统结构图湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入（二）系统设计原理1. 超声波测距原理超声波是频率超过 20KHz 的机械波，作为一种特殊的声波，具备声波基本物理特性反射。同时，超声波方向性集中、能量损耗低、可在多种介质间传播，当声波在不同的介质间传播时，大部分能量会在介质面反射

18、。通过发射与接收的时间差与声波在介质中固定的传播速度，可以计算出发射点到反射点的距离。产生超声波需要用到超声波发生器，常用的超声波发生器一般有两种，一种是机械式发生器，另一种是电气式发生器。机械式包括加尔统笛、气旋笛和液哨等，电气式包括压电型、电动型和磁致伸缩型等。其中较常用的是压电式超声波发生器。压电式超声波发生器，是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。对它的两极外加脉冲信号，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，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为

19、超声波接收器了。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离，即时间差算法。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为 v，根据计时器记录的时间 T，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=vT/2。在压电式超声波传感器中，时间的测量通常用对脉冲计数得到，发射端发射脉宽为 t 的脉冲，往返的时间间隔以脉冲个数 n 反映出来，即 T=nt，则压电超声传感器测距公式为 s=vnt/2。虽然在超声波的传播速度 v 受温度和空气密度等因素影响，近似公式为：C=C0+0.607T（C0 为 0时的声波速度 332m/s，T 为实际温度） 。在倒车雷达的湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入使用中，由于是对精准度要求不是很高的较短距离的检测，精准度要求达到 1cm 即可，温度和空气密度影响可以忽略不计，因此本系统取传播速度 v=340m/s。