1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的超声波倒车雷达设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - II -目录摘要 .IIIABSTRACT .IV第一章 绪论 .11.1 课题现状 .11.2 课题的研究目的和意义 .2第二章 超声波测距原理及方案选择 .42.1 测距原理 .42.1.1 超声波测距原理 .42.1.2 测量与控制方法 .42.1.3 理论计算 .42.2 系统方案比较与选择 .5第三章 系统硬件 .83.1 单片机 STC89C52.83.1.1 STC89C52 的功能描述 .83.1.2 STC89C52 的主要特性 .93
2、.1.3 STC89C52 单片机的内部系统 .93.2 超声波传感器，接收器 .133.3 LCD1602A 显示模块 .143.4 超声波发射、接收模块 .153.4.1 模块参数 .153.4.2 超声波原理及其系统组成 .163.5 电源电路 .163.5.1 三脚稳压模块 .173.6 显示电路 .183.7 二极管发光报警模块 .18第四章 系统软件设计 .204.1 系统程序总框图 .204.2 软件说明 .20- III -第五章 实物制作及系统调试 .225.1 系统万用板板制作 .225.1.1 电路原理图的设计 .225.1.2 万用板制作 .225.2 系统调试 .23
3、第六章 误差分析与设计总结 .246.1 发射接收时间对测量精度的影响分析 .246.2 提高精度的方案及系统设计 .246.3 软件设计的要求 .246.4 设计总结 .24参考文献 .26附录 .27致谢 .34基于单片机的超声波测距仪- IV -摘要近年来，我国的汽车数量正在逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事故。因此。增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。为此，设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。工作时，超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲，给测
4、量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。目前，国内外一般的超声波测距仪，其理想的测量距离为 1m-5m，因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中。本文根据声波在空气中传播原理，介绍了基于STC89C52 单片机的超声波测距器。本文设计的倒车雷达预警系统主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物的距离而设计的。本系统运用单片机技术、超声波测距技术和传感器技术进行设计，通过液晶屏显示障碍物与汽车的距离远近，并通过二极管发光示警。关键字：超声波传感器；单片机；测距；倒车雷达- V -Based on SCM ultrasonic r
5、angefinderAbstractIn recent years, the number of cars is increasing every year. In roads, streets, parking, garage and other crowded, narrow place reversing, the driver should not only forward, but also looking back, a little rear-end accident occurs accidentally. So. Increase the capacity of the ca
6、r rear view, the development car parking sensor rear obstacle detection has become a research hotspot in recent years. To this end, designed a microcontroller as the core, the use of ultrasonic ranging to achieve non-contact reversing radar system. Work, the ultrasonic transmitter continuously emits
7、 a series of consecutive pulses, to measure the logic circuit to provide a short pulse. Finally, the signal processing device based on time difference of received signal processing, automatic calculation of turnout and the distance between obstacles. At present, domestic and foreign general ultrason
8、ic range finder, the ideal measuring distance 1m-5m, so most car reversing radar for close-Ranging. Based on the principle of sound wave propagation in air is introduced based on ultrasonic range finder STC89C52 microcontroller. This reversing radar early warning system designed mainly for car parki
9、ng to the rear of the vehicle when the person can not visual distance with obstacles designed. The system uses microcontroller technology, ultrasonic distance measurement technology and sensor technology in design, through the LCD screen display distance obstacles and cars, and through the warning b
10、uzzer.Key words：Ultrasonic sensors，SCM ，location，parking sensor- 2 -第一章 绪论1.1 课题现状经过多年的发展，倒车雷达设计以及使用发生了质的变化。经过这几年的发展，倒车雷达系统已经经过了六代技术改良，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：倒车时通过喇叭提醒 。 “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，现在只有少部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意，从某种意义上来说，它对驾驶员并没有直接
11、的帮助，不能算真正的倒车雷达，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。这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后 1.8m1.5m 处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，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：数码波段显示具体距离或者距离范围。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在 1.8m 开始显示；如果是人，在0.9m 左右的距离开始显示。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 3 种颜色来区别：绿色代表安全距离，
12、表示障碍物距离有 0.8m 以上；黄色代表警告距离，表示障碍物距离只有 0.6m0.8m；红色代表危险距离，表示障碍物距离只有不到 0.6m，必须停止倒车。 第三代产品把数码和波段组合在一起，比较实用，但安装在车内影响美观。第四代：液晶屏动态显示。这一代有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，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 LCD 显示外观虽精巧，灵敏度较高，但抗干扰能力不强，所以误报也较多。第五代：魔幻镜倒车雷达。结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高
13、速电脑控制，可全天候准确地测知 2m 以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能，是目- 3 -前市面上最先进的倒车雷达系统。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。第六代：专为高档轿车配置的。第六代产品在第五代的基础上新增了很多功能：外观上看，比第五代产品更为精致典雅；从功能上看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看本文利用 C
14、TC89C52 单片机为中心配以超声波发射接收模块来测试车位距障碍物的距离，通过 HJ602A 显示模块把车位距障碍物的距离反映出具体数字，发光二极管长明来提示驾驶员。这种打车雷达的体积比较小且单片机的性价比比较高。1.2 课题的研究目的和意义总结一下在校四年来的学习成果。检查自己在综合运用所学知识解决实际问题的能力怎么样。一个是综合运用所学知识，一个是解决实际问题的能力。熟悉常用电子元器件的类型、标识、封装，也要了解陌生的电子原件的性能参数和使用。在我们的日常生活和工作中倒车视线不良一直是困扰驾驶员的难题，随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不
15、慎，则闯祸，烦事又烦人。虽然每辆车都有后视镜，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者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者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、倒车和起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，提高驾驶的安全性。倒车雷达的发明是迫在眉睫的，是必不可少的设备。最早出现的“倒车请注意，倒车请注意”的语音提示，只能起到警示附近行人的目的，对驾驶者掌握车后状况毫无帮助。较早出现的蜂蜜器提示，在倒车时，发出“滴滴滴”的声音，这是倒车雷达系统的开始，倒车时在车后一定距离有障碍物，当车尾与障碍物达到一定距离时就会发
16、出警报。现在的倒车后视系统，在车后安装摄像头，把车后的情况传送到驾驶员的显示屏。前者比较简单，而后者又太昂贵。本系统综合二者优点，利用超声波测距原理测出车尾到障碍物的距离，发出语音提示或报警响声，并把距离传至显示屏。超声波测距技术。是一种有源非接触性测距技术，是利用超声波在空气中的定向传播特性和固体反射特性，通过接收自身反射的超声波反射信号。根据超声波发出及- 4 -回波接收时间差及传播速度，计算出传播距离。由于超声波传感器具有成本低廉、采集速度快、距离分辨率高、质量轻、体积小和易于装卸的优点，不需要通过大量的计算就可获得数据因而其测距速度快，实用性好。同时超声波传感器不易受到天气条件、环境光
17、照及障碍物阴影、表面粗糙等因素影响- 5 -第二章 超声波测距原理及方案选择2.1 测距原理2.1.1 超声波测距原理本设计利用超声波测距仪测得的距离作为倒车的依据。超声波产生分有源和无源方式，本设计使用的是通过单片机产生 40kHz 的有源测距方式。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在温度为 20时约为 345m/s，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=345t/2。这就是所谓的时间差测距法。超声波测距的原理是利用超声波
18、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。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为：L=CT 式中 L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度；T 为测量距离传播的时间差(T 为发射到接收时间数值的一半) 1。2.1.2 测量与控制方法声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。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
19、。由于此超声波测距仪可以实现双向测距，所以需进行测距选择，而这个测距选择就以自动选择功能来实现。 2.1.3 理论计算 图 2.1 是比较准确的计算距离的方法，利用单片机发射 40kHz 超声波。声波遇到障碍物反射回来。若可以测出第一个回波到达的时间与发射脉冲之间的时间差 t，利用S=1/2vt,即可算得传感器与反射点间距离 s，由图可知，被测距离 H=scos。 - 6 - =arcsin(M/S)2； M 为两探头之间中心距离的一半，将代入 ，H=Scos(arcsin(M/S) ； 再将 S=1/2vt 代入，得 H=1/2vtcos(arcsin(M/S)； v 在一定温度下是一常数（
20、例在 T=15时，v=340.0 m/s） ，当被测距离远远大于M 时， cos(arcsin(M/S)1,所以式可以化简为 H=1/2vt3。2M 发射探头 接收探头S Ha图 2.1 超声波距离计算示意图 4当距离一定的时候，可以忽略发射和接受产生的角度的影响。此时，对距离影响最大的是温度。由于超声波也是一种声波，其声速 V 与温度 C 有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高的情况下，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可根据上述原理求得距离。2.2 系统方案比较与选择方案一：利用分立模块的超声波测距仪。系统包括超声波测距模组、LED 数码显示模组、驱动模组、控制模组及电源五部分。超声波测距模块主要由发射部分和接收部分组成，超声波的发射受主控制器控制；超声波换能器谐振在 40KHz 的频率，模块上带有 40KHz 方波产生电路。T R
