1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 倒车防撞雷达的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 由于存在视觉盲区 ,无法看清车后的障碍物 ,司机在倒车时很容易刮伤汽车 ,甚至发生事故。为了减少因此带来的损失 ,汽车倒车雷达装置应运而生。 汽车倒车雷达 能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，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视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。 本课题以 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机为核心 , 与超声波测距技术、语音播报
2、等相结合，可检测到汽车倒车中，其障碍物与汽车的距离，通过液晶显示屏显示距离，并根据障碍物与车尾距离远近实时发出报警等级 1。 软件方面，使用汇编语言对小车的行驶和超声波检测以及语音播报进行编程，来顺利完成课题的效果。 最后，整个完成的系统就 可以实现倒车过程中，探测障碍距离并且语音提示是否达到危险情况，使得小车可以及时停车再通过转弯来躲避。 关键词： 倒车雷达；超声波；传感器；测距；单片机 - 2 - Abstract Because of the existence sense of vision blind area, after cant see a pure car of the st
3、umbling block, the very easy scoring car for driver to reverse the car, even trouble happen. For the sake of decrease therefore bring of loss, so automobile reverse radar came to being .Automobile reverse radar is the car parking or reverse safety devices, to voice or more intuitive to show that the
4、 driver, remove obstacles around the pilot parking, reversing the vehicle and starting around visits caused by the driver, and help to eliminate the blind and the view of vision, improve the driving safety defects. The design uses the AT89C51 which is the SCM of ATMEL, ultrasonic sensors range to re
5、alize ultrasonic backing radar. Its systems turn to measure tiny calculator technique and super voice wave be apart from a technique and spread feeling machines techniques etc. to combine together, can examination arrive the car reverse the car medium, its stumbling block and car of distance, pass a
6、 LCD manifestation to hold a manifestation distance, and according to stumbling block and car tail distance far near solid hour send out to report to the police grade. On software, using assembly language on the car ride and ultrasonic detection, and voice broadcast programming to complete the proje
7、ct successful . Finally, the completed system can have the effect that in the reverse process, detecting obstacles and prompts from the risk of whether the situation is dangerous or not by voice and then turn to escape. Key Words: Reversing Radar; Ultrasonic; Sensors; Distance; SCM - 3 - 目 录 1 引言 .1
8、 1.1 研究背景 .1 1.2 本课题研究的内容与意义 .1 2 总体设计 .2 2.1 总体设计框图 .2 2.2 各单元模块方案选择 .2 2.2.1 电机模块选择方案 .3 2.2.2 传感器模块选择方案 .3 2.2.3 超声波处理模块选择方案 .3 2.2.4 显示模块选择方案 .4 2.2.5 语音播报模块选择方案 .4 3 硬件设计 .5 3.1 电机驱动模块 .5 3.1.1 电机驱动芯片 .5 3.1.2 电机驱动电路图 .5 3.2 超声波检测与处理模块 .6 3.2.1 超声波测距原理 .6 3.2.2 超声波测距芯片介绍 .8 3.2.3 超声波测距电路原理图 .9
9、3.3 LCD 显示模块 .10 3.3.1 LCM12864 芯片 .10 3.3.2 LCD 显示工作原理 . 11 3.4 语音播报模块 .12 3.4.1 ISD4004 芯片介绍 .12 3.4.2 语音播报工作原理 .13 4 软件设计 .16 4.1 软件设计方法 .16 4.2 系统工作流程图 .16 5 运行与调试 .18 5.1 硬件调试 .18 5.1.1 工艺性故障 .18 5.1.2 电路设计错误 .18 5.2 软件调试 .19 5.3 误差分析 .19 6 结论与展望 .21 致 谢 . 错误 !未定义书签。 - 4 - 参考文献 .22 附录 1 系统实物图 .
10、23 附录 2 系统原理图 .24 附录 3 源程序清单 .25 附录 4 毕业设计作品说明书 .30 - 1 - 1 引言 1.1 研究 背景 随着 世界经济与科学技术的不断发展，科技产品日新月异。汽车的普及使人们从原始的走路方式迈进极具历史性的一大步， 21 世纪伴随着 中国经济的持续增长 和居民生活条件和品质的提高 ， 汽车的价格却是在持续下降使得越来越多的人们拥有购车的能力与需求。 在享受汽车给人们带来便利的同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。 虽然每辆车都有后视镜，但不可避免地都存在一个后视盲区。 据初步调查统计， 15的汽车事故是由汽车倒车 “ 后视 ” 不良造成的 ，因而配置一
11、倒车辅助性装置成为人们的需求。而 早期的倒车防撞仪可以测试车后一定距离范围的障碍物 从而发出警报，后来发展到根据距离分段报警 ，其性能虽在一定程度上帮助了驾驶员但却并不能使得消费者得到很方便的使用。新型的倒车雷达能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，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视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。 1.2 本课题研究的内容与意义 本课题利用超声波传感器作为倒车雷达，实现语音实时播报安全距离。主要采用脉冲测距法，测量超声波在测量点与目标间往返时间，实现简单。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理器三
12、部分组成。工作时，超声波发射器发出超声波脉冲，超声波接收器接收遇到障碍物反射回来的反射波，准确测量超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间，根据超声波的传播速度，可以计算出障碍物距离。然后通过液晶显示屏显示距离，并根据障碍物与车尾距离远近实时发出语音播报。 本设计的理论设计方案、分析方法及设计中的特色与创新点等对公交车语音报站、 LCD 数字显示、雷达测距等相关的设计与实现具有一定的参考意义。 - 2 - 2 总体设计 通过收集各硬件模块资料信息，对其进行有效的分析选择，最终选出最合理的设计方案。 2.1 总体设计框图 图 2-1 倒车雷达系统总框图 系统 总 框图如图 2-1所示。单片机 AT
13、89C51 是整个系统的核心部件， 起着控制 协调各部分电路的工作 作用 2。该系统 主要由以下模块组成： 单片机控制电路、超声波发射与接收电路、 LCD显示电路以及语音 播报 电路等几部分组成。单片机(AT89C51)发出短暂的 40KHz 信号，经放大后通过超声波 发射器 输出 ， 超声波信号发射的同时开始计时，超声波信号在空气中传播遇到障碍物后发生反射，反射的回波信号经过处理后输入到单片机的 INTO 端产生中断，计 数器停止计数。通过计数器测得的脉冲数可得到超声波信号往返所需要的时间，从而达到测距的目的。超声波探头选用 DYP-ME007 超声波传感器，谐振频率为 40 kHz；超声
14、波 发射与接收电路采用 LM1812 专业集成电路， 此元件的优点在于 不仅外围元件较少，电路简单，而且有更好的稳定性及可靠性；语音报警电路采用 ISD4004，可实现汽车倒车过程中的语音报警。 2.2 各单元模块方案选择 通过收集各硬件模块资料信息，对其进行有效的分析选择，最终选出最合理的设计方案。 障碍物 超声波发射电路 超声波接收电 路 单片机 AT89C51 倒车（驱动） LCD 显示电路 语音电路 - 3 - 2.2.1 电机模块选择方案 对于小车驱动来说，其驱动轮 的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本实验要实现对路径的准确定位和精确测量，我们综合考虑了一下两种方案。 方案 1：采
15、用专用芯片 L293D 作为电机驱动芯片。 L293D 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片 L293D 可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。 方案 2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛 3。但是这种电路工作性能不够稳定。因此我们选用了方案 1。 2.2.2 传感器模块选择方案 压电式 超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号 5。 超
16、声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，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 ； 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，这时它就成为超声波接收器了 。 超声波传感器的基本特性有频率特性和 指向特性。因此 ,超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频 率 40KHz 的交流电压来激励 5，而超声接收传感器应与输入阻抗高的前置放大器配合使用，才能有较高得接收灵敏度 。结合上面要求，本次选用 DYP-ME007 作为超声波传感器的模块 6。 2.2.3 超声波处
17、理模块选择方案 超声波处理模块主要是在启动倒车雷达时负责发送和接收超声波并送入主控单元产生中断，从而测出倒车时障碍物与汽车的距离。超声波发送模块包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头（又称“超声波换能- 4 - 器” ）选用压电式，可采用软件发 生法和硬件发生法产生超声波。第一种方案可利用软件产生 40KHz 的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流在 100mA 以上的驱动电路 7。 第二种方案是利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这
18、种方法的优点是无须驱动电路，但缺乏灵活性。本设计采用第二种方法产生超声波发射信号。 40KHz 的超声波是利用 LC 震荡电路振荡产生的。本次设计选用元器件 LM1812。它是一种性能优良，且既 能发送又能接收超声波的通用性超声波集成器件。 2.2.4 显示模块选择方案 方案 1：点阵模块方案：最早的设计方案，由室内伪彩点阵屏发展而来 优势：原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。缺点：色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。 方案 2：点阵液晶显示器 (LCD)具有体积小、质量轻、功耗低、信息丰富等优点，已成为各种便携式电子信息产品的理想显示器。 因此，在设计中选择方案 2。
19、 2.2.5 语音播报模块选择方案 语音录放电路是一种用户可以随时录音和随意放音的语音电路。主要由语音处理器 和数字存贮器两部分构成，工作过程简述如下：录音时，声音由话筒转换成模拟信号，并经模数转换成数字信号存贮在数字存储器中。放音时，由数字信号转换成模拟信号，并通过扬声器使原音恢复。 本次课题采用 ISD4004 语音录放电路实现语音播报功能。 - 5 - 3 硬件设计 本系统硬件主要有六大模块组成： 单片机控制模块 、电机控制模块、超声波检测模块、 LCD 液晶显示模块和语音控制模块。 3.1 电机驱动模块 3.1.1 电机驱动芯片 L293D 是一款单片集成的高电压、高电流、 4 通道电机驱动，设计用于连接标准 DTL 或 TTL 逻辑电平，驱动 电感负载（诸如继电线圈、 DC 和步进电机）和开关功率晶体管等等。 为了简化为双桥应用， L293D 每个通道对都配备了一个使能输入端。 L293D逻辑电路具有独立的供电输入，可在更低的电压下工作。此外， L293D 还内置了箝位二极管。 L293D 芯片如图 3-1。 图 3-1 L293D 芯片 3.1.2 电机 驱动电路图 小车电机为直流减速电机，带有齿轮组，考虑不需调速功能，所以采用电机驱动芯片 L293D。 L293D 是著名的 SGS 公司的产品。为单块集成电路，高电压，
