基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现

基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 超声波倒车雷达 摘 要 随着我国经济飞速发展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒车所引发的事故也越来越多。这些事故常常给驾驶员带来许多的麻烦，因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。 倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，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，解除了驾驶员泊车和启动车俩时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。本文介绍了以AT89S52单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统，该倒车雷达根据超声波测距原理研制，采用温度补偿技术、开机自检技术和优化的软硬件技术，将测得的结果送至数码管显示，同时进行三级声光报警。驾驶员只需坐在驾驶室就能做到心里有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和效率。 关键词:倒车雷达、超声波、单片机AT89S52 1 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 英语翻译: Abstract With the rapid development of China's economy, more and more people have their own car, while parking and reversing caused by the accident is also increasing. These incidents are often caused a lot of trouble to the driver, therefore, help the driver reverse parking and reversing radar came into being. Parking sensor full name is "reversing anti-collision radar," also known as "parking aids" is a safe car parking assist device, capable of voice or a more intuitive display of obstacles around the situation told the driver to lift the driver both parking and start the car around, when the problems caused by the visit and to help the driver to remove the dead, and blurred vision defects. This paper introduces the AT89S52 microcontroller as the core of a low-cost, high accuracy, miniaturization, and a digital display and sound and light alarm function parking sensor system, reversing radar, the principle of ultrasonic distance measurement based on the development, use of temperature compensation, the boot self-test hardware and software technology and optimization technology, the measured results sent to the digital display, three levels of sound and light alarm simultaneously. Can do just sitting in the cab driver had an idea greatly improved the parking and reversing the safety and efficiency. Keywords: reversing radar, ultrasound, MCU AT89S52 2 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 目 录 引 言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 第一章 倒车雷达工作原理 1.1 单片机的发展及其应用----------------------------8 1.2 超声波测距--------------------------------------9 1.3超声波测距原理-----------------------------------11 1.4超声波倒车雷达系统工作原理-----------------------12 1.5超声波倒车雷达的芯片选择-------------------------13 1.6 超声波倒车雷达的工作原理------------------------15 第二章 系统硬件设计与相应的软件设计 2.1倒车语音及报警电路及控制程序---------------------16 2.2 超声波发射电路与接收电路及其距离测算程序-------17 2.3超声波检测接受电路-------------------------------18 2.4 超声波测距仪的算法设计--------------------------19 2.5距离计算程序-------------------------------------19 2.6倒车语音电路和报警电路及其控制程序-------------------27 2.6.1倒车语音电路----------------------------------28 2.6.2倒车语音及报警控制程序------------------------29 第三章 主程序 3.1主程序-------------------------------------------31 3.2超声波发生子程序和超声波接收中断程序------------33 3 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 第四章 安装调试及分析 4.1 硬件部分----------------------------------------38 4.2 软件实现与操作----------------------------------40 第五章 测距仪改进的设想------------------------------41 第六章 心得体会与 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf --------------------------------42 第七章 英语翻译及参考文献----------------------------44 4 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 引言 1.1 倒车雷达研究的背景及意义 随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而倒车事故给车主带来的许多麻烦，例如撞上别人的车、消防水笼头，如果伤及儿童更是不堪设想，有鉴于此，汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生，倒车雷达的加装可以解决驾驶人员后顾之忧，大大降低了倒车事故的发生。 倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，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，解除了驾驶员泊车和启动车俩时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。提高驾驶的安全性。倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发生超声波，然后通过反射回来的超声波判断前方是否有障碍物，以及障碍物的 5 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 距离、大小、方向、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。 1.2 国内外倒车雷达的发展现状 通常的倒车雷达主要由感应器(探头)、主机、显示设备等三部分组成。感应器发出和接受超声波信号，并将接受到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角45度辐射，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的儿童等;显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车。根据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式。粘贴式感应器后有1层胶，可直接粘在后保险杠上;钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去;悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接有数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。倒车防撞雷达发展到现在已经历经5代。 第一代的倒车雷达系统是轰鸣器。倒车时，如果车后1.5米-1.8米处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示 6 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 车辆离障碍物越近。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。 第二代倒车雷达可以显示车后障碍物离车的距离。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别:绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有0.8米以上;黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有0.6米-0.8米;红色代表危险距离，表示离障碍物 的距离，必须停止倒车。 只有不到0.6米 第三代用液晶荧屏显示，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的障碍物的距离。该雷达动态显示，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。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。 第四代魔幻镜倒车雷达，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米内的障碍物，并一不用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功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。其外型就是一块倒车镜，所以可以不 7 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。 第五代倒车雷达是专门为高档轿车生产的，它的整合了高档轿车具备的影音 系统，可以在显示器上观看DVD影像。因为是新品，售价也较高。 倒车雷达的发展实际上已经融入了整车的设计，随着技术的成熟，价格的降低，倒车雷达将会逐渐普及成为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 配置。 第一章 倒车雷达工作原理 1.1、单片机的发展及其应用 单片机又称微控制器，是在一块硅片上集成了各种部件化微型计算机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。单片机体积小、重量轻、具有很强的灵活性而且价格不高，越来越得到广泛的应用。8051在小中型应用场合很常见，已成为单片机领域的实际标准。80年代中期，Intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售形式转给世界许多著名IC制造厂商，如PHILIPS、西门子、AMD、OKI、NEC、Atmel等，这样8051就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百个品种的大家族。90年代，PHILIPS推出支持16位计算的X4系列。XA系列是16位单片机，又可完全兼容8051的指令系统。Intel推出的80C51也是 8 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 与8051在机器代码级兼容，这样保证了8051用户到21世纪技术的领先性。随着硬件的发展，8051软件工具已有C级编译器及实时多任务操作系统(RIOS)，单片机的程序设计更简单、更可靠、实时性更强。因而8051系列是单片机教学的首选机型。而有内部可擦写RAM的89C51/52是目前我们常用的芯片。 1.2超声波测距 1.2.1 超声波测距的基本原理 1、超声波发生器 为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 2、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它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 9 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 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。 1.3超声波测距原理 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340m/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=340t/2 认识超声波 1.3.1 超声波是指振动频率大于20KHz以上的,其每秒的振动次数(频率)甚高，超出了人耳听觉的上限(20000Hz)，人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方 式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超声成象所用的频率范围在 2?5MHz之间，常用为3?3.5MHz(每秒振动1次为1Hz，1MHz=106Hz,即每秒振动100万次，可闻波的频率在16,20，000HZ 之间)。 1.3.2 利用超声波测距 10 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 超声波测距是单片机控制超声波传感器发射出超声波束，遇到障碍后返回，然后接收它的回波，利用发、收过程中产生的时间差，就可以计算出前方物体离超声波传感器的实际距离。设计为了能测量汽车不同位置障碍物距离，设计成多传感器测距。经分析可知:频率为400KHZ左右的超声波在空气中传播的效率最佳，因此，为了方便处理，发射的超声波被调制成40KHZ左右、具有一定间隔的调制脉冲波信号，如图1所示。 1.4超声波倒车雷达系统工作原理 倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了这种方法。 11 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 1.4.1 系统工作原理框图 所示，驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，如图A 超声波发送模块向后发射40kHz的超声波信号，经障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机AT89C2051将此信号送入显示模块，同时触发语音电路，发出同步语音提示，当与障碍物距离小于1m、0.5m、0.25m时，发出不同的报警声，提醒驾驶员停车。 图A 系统工作原理框图 1.5超声波倒车雷达的芯片选择 1单片机控制芯片 AT89C2051简介: AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。 12 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚， 输出(I/O)端口，其中P1是一个完整的8位双向15个双向输入/ I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。 主要功能特性: 兼容MCS51指令系统 2k可反复擦写(>1000次)Flash ROM 5个双向I/O口 6个中断源 两个16位可编程定时/计数器 2.7-6.V的宽工作电压范围 时钟频率0-24MHz 128x8bit内部RAM 两个外部中断源 两个串行中断 可直接驱动LED 两级加密位 低功耗睡眠功能 内置一个模拟比较放大器 可编程UARL通道 软件设置睡眠和唤醒功能 13 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 1.6 超声波倒车雷达的工作原理 倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了这种方法。 如图A所示，驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，超声波发送模块向后发射40kHz的超声波信号，经障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机AT89C2051将此信号送入显示模块，同时触发语音电路，发出同步语音提示，当与障碍物距离小于1m、0.5m、0.25m时，发出不同的报警声，提醒驾驶员停车。 图A 系统工作原理框图 14 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 第二章 系统硬件设计与相应的软件设计 2.1倒车语音及报警电路及控制程序 单片机采用89S51 或其兼容系列。采用12MHz 高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0 端口输出超声波转化器所需的40KHz 方波信号，利用外中断0 口检测超声波接受电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4 位共阳LED 数码管，段码用74LS245 驱动，位码用PNP9012 三极管驱动。单片机系统及显示电路如下图所示: 15 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 2.2 超声波发射电路与接收电路及其距离测算程序 超声波发射电路原理图如下图所示。 超声波发射电路原理图 发射电路主要由反向器74LS04和超声波发射换能器T构成，单片机P1. 0端口输出的40 kHz方渡信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后进到超声波换能器的另一个电极。用这种推挽形式将方渡信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上拉电阻R、R，一方面可以提高反向器74LS041011 输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。 压电超声波转换器的功能:利用压电晶体谐振工作。内部结构 16 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 上图所示，它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，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一超声波发生器;如没加电压，当共振板接受到超声波时，将压迫压电振荡器作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接受转换器。超声波发射转换器与接受转换器其结构稍有不同。 2.3超声波检测接受电路 参考红外转化接收期刊的电路采用集成电路CX20106 J4，这是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz 与测距超声波频率40KHz 较为接近，可以利用它作为超声波检测电路。实验 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 其具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变C4 的大小，可改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。 17 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 2.4 超声波测距仪的算法设计 下图示意了超声波测距的原理 即超声波发生器T在某一时刻发出一个超声渡信号，当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。 距离的计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为:d=s/2=(c×t)/2 其中d为被测物与测距器的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。 2.5距离计算程序: *************************************************** 距离计算程序 (=计数值*17/1000cm) *************************************************** work: PUSH ACC PUSH PSW PUSH B MOV PSW, #18h MOV R3, 45H MOV R2, 44H 18 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 MOV R1, #00D MOV R0, #17D LCALL MUL2BY2 MOV R3, #03H MOV R2, #0E8H LCALL DIV4BY2 LCALL DIV4BY2 MOV 40H, R4 MOV A,40H JNZ JJ0 MOV 40H,#0AH ;最高位为零，不点亮 JJ0: MOV A, R0 MOV R4, A MOV A, R1 MOV R5, A MOV R3, #00D MOV R2, #100D LCALL DIV4BY2 MOV 41H, R4 MOV A,41H JNZ JJ1 19 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 MOV A,40H ;次高位为0，先看最高位是否为不亮 SUBB A,#0AH JNZ JJ1 MOV 41H,#0AH ;最高位不亮，次高位也不亮 JJ1: MOV A, R0 MOV R4, A MOV A, R1 MOV R5, A MOV R3, #00D MOV R2, #10D LCALL DIV4BY2 MOV 42H, R4 MOV A,42H JNZ JJ2 MOV A,41H;次次高位为0，先看次高位是否为不亮 SUBB A,#0AH JNZ JJ2 MOV 42H,#0AH ;次高位不亮，次次高位也不亮 JJ2: MOV 43H, R0 POP B POP PSW 20 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 POP ACC RET **************************************************** * 两字节无符号数乘法程序 * **************************************************** R7R6R5R4 <= R3R2 * R1R0 MUL2BY2: CLR A MOV R7, A MOV R6, A MOV R5, A MOV R4, A MOV 46H, #10H MULLOOP1: CLR C MOV A, R4 RLC A MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 RLC A 21 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 MOV R6, A MOV A, R7 RLC A MOV R7, A MOV A, R0 RLC A MOV R0, A MOV A, R1 RLC A MOV R1, A JNC MULLOOP2 MOV A, R4 ADD A, R2 MOV R4, A MOV A, R5 ADDC A, R3 MOV R5, A MOV A, R6 ADDC A, #00H MOV R6, A MOV A, R7 22 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 ADDC A, #00H MOV R7, A MULLOOP2: DJNZ 46H, MULLOOP1 RET **************************************************** * 四字节/两字节无符号数除法程序 * **************************************************** R7R6R5R4/R3R2=R7R6R5R4(商)...R1R0(余数) DIV4BY2: MOV 46H, #20H MOV R0, #00H MOV R1, #00H DIVLOOP1: MOV A, R4 RLC A MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 RLC A MOV R6, A MOV A, R7 23 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 RLC A MOV R7, A MOV A, R0 RLC A MOV R0, A MOV A, R1 RLC A MOV R1, A CLR C MOV A, R0 SUBB A, R2 MOV B, A MOV A, R1 SUBB A, R3 JC DIVLOOP2 MOV R0, B MOV R1, A DIVLOOP2: CPL C DJNZ 46H, DIVLOOP1 MOV A, R4 RLC A 24 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 MOV R4, A MOV A, R5 RLC A MOV R5, A MOV A, R6 RLC A MOV R6, A MOV A, R7 RLC A MOV R7, A RET delay_250: push psw push 07h mov r7,#0ffh delay_250_1: nop nop nop nop djnz r7,delay_250_1 pop 07h 25 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 pop psw ret END 2.6倒车语音电路和报警电路及其控制程序 SC1060是本公司最新开发应用于倒车雷达等的新型语音芯片，外围元件少,电路简单,控制方便,成本低. 引脚功能 脚号 名称 功能 1 CNT 脉冲触发信号 2 RST 脉冲计数复位 3 BUSY 工作状态反馈 4 IO NC 5 VSS 电源负 6 PWM2/DAC DAC信号输出 7 VDD 电源正 8 PWM1 NC 注:NC脚悬空不接. 26 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 电路原理图 外接功放应用电路 2.6.2倒车语音及报警控制程序 报警设备是用单片机控制脉冲，在一定的距离让发光二极管发光，来作为报警信号，提示具体位置。 27 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 1.声光报警: mm0: MOV A,43h; cjne A,#00h,nn1 mm1: MOV A,42h; cjne A,#00h,qq1 ajmp mm2 qq1:cjne a,#05h,nn1 mm2: MOV A,41h; cjne A,#01h,qq2 lcall BJ1 qq2:cjne a,#02h,nn1 lcall bj1 nn1: setb et0 mov th0,00h mov tl0,00h SETB TR1 ;重新开启测距定时器 SETB EA SJMP Start1 BJ1: clr p1.6 ;40KHZ lcall DELAY20MS lcall DELAY20MS lcall DELAY20MS 28 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 lcall DELAY20MS lcall DELAY20MS setb p1.6 RET 其他的硬件电路 复位开关电路 第三章 主程序 主程序首先是对系统环境初始化，设置定时器TO工作模式为16位定时计数器模式，置位总中断允许位EA并给显示端口PO和P2清O。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为了避免超声渡从发射器直接传送到接收器引起的直射渡触发，需要延时约0. l ms(这也就是超声波测距器会有一个最小可测距离的原因)后，才打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用的是12MHz的晶振，计 29 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 数器每计一个数就是1μs，当主程序检测到接收成功的标志位后， 即超声波来回所用的时间)按式(4,2)计算，即将计数器T0中的数( 可得被测物体与测距器之间的距离，设计时取20?时的声速为344ms(不同温度下超声波产波速率不同)则有: , D=(c×t),2=172T,10 000 cm (4,2) O 其中T为计数器T0的计数值。 O 测出距离后结果将以十进制BCD码方式送往LED显示约0.5 s，然后再发超声波脉冲重复测量过程。为了有利于程序结构化和容易计算出距离，主程序采用c语言编写。下图为主程序流程图。 主程序流程图 3.1主程序如下: ******************************************** 30 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 * 主 程 序 * ******************************************** START: MOV SP,#4FH 为最高位) MOV R0,#40H ;40H-43H为显示数据存放单元(40HMOV R7,#0BH CLEARDISP: MOV @R0,#00H INC R0 DJNZ R7,CLEARDISP MOV 20H,#00H MOV TMOD,#11H ;T1为 T0为16位定时器 MOV TH0,#00H ;65毫秒初值 MOV TL0,#00H MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H MOV P0,#0FFH MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH MOV P3,#0FFH MOV R4,#04H ;超声波肪冲个数控制(为赋值的一半) SETB PX0 SETB ET1 31 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 SETB EA SETB TR1 ;开启测距定时器 start1: LCALL DISPLAY JNB 00H,START1 ;收到反射信号时标志位为1 CLR EA LCALL WORK ;计算距离子程序 clr EA MOV R2,#32h;#64H ;测量间隔控制(约4*100=400MS) LOOP: LCALL DISPLAY DJNZ R2,LOOP CLR 00H setb et0 mov th0,00h mov tl0,00h SETB TR1 ;重新开启测距定时器 SETB EA SJMP Start1 3(2超声波发生子程序和超声波接收中断程序 超声波发生子程序的作用是通过P1 O端口发送2个左右超声波脉冲信号(频率约40kHz的方波)，脉冲宽度为12μs左右，同时把计数器T0打开进行计时。超声波发生子程序较简单，但要求程序运行 32 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 时间准确，所以采用汇编语言编程。下图所示流程图， 超声波测距器主程序利用外中断O检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号(即INT0引脚出现低电平)，立即进入中断程序。进入该中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。 如果当计时器溢出时还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志宇赋值2以表示本次测距不成功。 程序如下: 超声波测距器 33 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 ; IC :AT89C51 ; OSCCAL :XT (12M) ; display :共阳LED显示 测距范围0.4CM-4M，堆栈在4FH以上，20H用于标志 ; ;显示缓冲单元在40H-43H，使用内存44H、45H、46H用于计算 距离 VOUT EQU P1.0 ; 红外脉冲输出端 speak equ p1.1 ******************************************** * 中断入口程序 * ******************************************** ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH reti ORG 0013H RETI ORG 001BH LJMP INTT1 34 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 ORG 0023H RETI ORG 002BH RETI *************************************************** * 中断程序* * **************************************************** ;T1中断，发超声波用 ;T1中断，65毫秒中断一次 INTT1: CLR EA CLR TR0 clr ex0 MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H MOV TH1,#00H MOV TL1,#00H SETB ET0 SETB EA SETB TR0 ;启动计数器T0，用以计 intt11:CPL VOUT ;40KHZ nop 35 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 nop nop nop nop nop nop nop nop DJNZ R4,intt11 ;超声波发送完毕， MOV R4,#04H lcall delay_250 ;延时，避开发射的直达声波信号 SETB EX0 ;开启接收回波中断 RETIOUT: RETI;外中断0，收到回波时进入 PINT0: nop jb p3.2,pint0_exit CLR TR0 ;关计数器 CLR EA ; CLR EX0 ; MOV 44H,TL0 ;将计数值移入处理单元 MOV 45H,TH0 ; mov th0,#00h 36 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 mov tl0,#00h ob p3.2,$ j SETB 00H ;接收成功标志 pint0_exit:RETI 第四章 安装调试及分析 4.1 硬件部分 由于本项目规模较大，时间紧张、加之我们经验不足，我们的第一套方案不顺利,CAD设计制版后组装的实验板没能调出正确结果，也没有资金和时间再做一块板。我们采用了第二套备用方案，根据自己原有的电路图通过专业技术员的改动做成了一块板子，这样性能比较稳定，我们通过软件编程和调试完成了设计课题要求的任务及系统要求的功能。 一个系统要良好运行，就需每一个模块或每一个部分都要调试正确。它可以进行单独调试，将程序下载入89S52芯片，将所测距离显示在数码管上。采用数码管显示的是障碍物到超声波探头的距离(可以很直观地显示出距离的大小(与实际调试时完全相符，效果良好，直观且精确，符合标准。 超声波测距仪的制作和调试，其中超声波发射和接收采用Φ15 的超声波换能器TCT40-10F1(T 发射)和TCT40-10S1(R 接收)，中心频率为40kHz，安装时应保持两换能器中心轴线平行并相距4,8cm，其余元件无特殊要求。若将超声波接收电路用金属壳屏蔽起 37 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 来，则可提高抗干扰能力。根据测量范围要求不同，可适当调整与接收换能器并接的滤波电容C4 的大小，以获得合适的接收灵敏度和抗干扰能力。 这个板不管前面有无遮挡物总是显示27，这是因为标有T字样的超声波接收头没有收到正确的回波信息导致工作异常引起的，我们发现接收头比较娇嫩，轻微的磕碰就会导致内部器件错位影响正常工作，但是只要稍稍旋转或者上下拨动一下接收头，很多情况就会排除故障又能正常工作了。最小检测距离为27厘米，是为了防止超声波发射传感器发出超声波沿电路板或者外壳直接进入超声波接收传感器内引起误判断，所以程序要求超声波发射若干时间后必须停止若干时间，这个时间大约是超声波在空气中传播20多厘米的时间，这段时间内是不接受信号的，主要就是为了躲开直接传导的信号避免引起误判断。 附电路的PCB图 38 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 实物图 4.2 软件实现与操作 系统软件的整体结构各模块在前面已介绍。先在WAVE下编完程序，然后编译好通过后，生成目标文件十二和十六进制，烧录到89S52片子中时，先下载监控程序加上我们编译好的十六进制程序，再写入芯片中即可调试，通过不断修改完善，最终很好地实现了我们的目标。 根据实际情况可以修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。根据所设计的电路参数和程序，测距仪能测的范围为27cm-400cm，测距仪最大误差不超过3cm。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。 39 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 第五章 测距仪改进的设想 电路板上包括超声波收发传感器、接收放大电路、四位LED数码显示、四位按键(四个按钮和蜂鸣器属于功能预留，程序中无定义)，电源部分自带整流、滤波、稳压电路，允许交流7,15V或者直流9,16V输入。语音模块为后期制作，没有在原来电路板上体现。电路板上有四个按钮和蜂鸣器没有用，这是为后续开发应用所预留的，我们可以在程序中定义为开关功能，按下一个按键，电路板开始测距、按下另一个按键电路板停止测距，或者定义为多档距离报警设定，当检测到低于设定距离时，驱动蜂鸣器报警。其我们的电路板也可以在加以改进，例如用1602的液晶模块代替数码管显示、增加语音电路实现语音播报探测距离，温度控制等等。但是这些程序比较复杂，最主要的改进是温度控制，由于受环境温度、湿度的影响，超声传感器的测量值与实际值总有一些误差，温度测量的精度不仅直接影响了速度的测量精度，而且也间接影响距离的测量精度，所以温度的测量很关键。我们测量得结果与实际误差是3cm。由于超声波也是一种声波，其声速c与温度有关，下表列出了几种不同温度下的超声波声速。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，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，即可求得距离。不同温度下超声波声速表: 温度-30 -20 -10 0 10 20 30 100 /? 40 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 声速313 319 325 323 338 344 349 386 -1) c/(m?s 今后如果我们加上采用温度传感器将温度转化为电量。经信号放大电路放大到适当的范围，再由A,D转换器转换成数字量来完成，进行结果补偿，构成一个高精度的数字温度检测系统。可以将这一设计用于其它精度要求较高的应用，这正好符合我们把学习举一反三的宗旨，这一方面是我们改进的主要方向。 第六章 心得体会与总结 此次毕业设计的课题为基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现控制系统的开发，这个课题是专业知识(单片机的应用)和实际很好的一次结合。由于学习中这一块的知识接触的比较少，所以做起来难度较大，对我们来说是一个很大的挑战。 为了完成毕业任务，我去图书馆和网上查了很多资料，和同学讨论的很多，从一开始的一片模糊不知道从什么地方下手到慢慢的清晰慢慢的了解慢慢的清晰，一步一步的做下来使我学到了很多。 虽然时间比较紧迫，任务量比较大，但是我们还是认真的完成了学校布置的任务，看到自己的毕业的作品心理还是很高兴，尽管有些地方是现成的摸板，有些地方我们还没有完全的吸收掉，但总体上还是很不错的，我们的预期目的达到了。 虽然这个设计在实际操作中还有很多不足之处，但是已经达到了我们的预期目的。第一，这是我第一次进行电子方面的电路及产 41 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 品的实际产品设计，对电子产品的设计流程有了大致的了解掌握了一定的电子设计方面的技能。第二，在设计的过程中不断的进行看书查资料，巩固了自己所学的专业知识和深化所学的增加了自己的认识。第三，培养了自己发现问题解决问题的能力。为我们能够进一步精通和掌握相关专业课程的知识并能够举一反三学会全方位、更有深度的知识的能力打下了坚实的基础。第四，通过基本完成软硬件设计、CAD线路制版、电路安装、调试等完整环节，形成电子整机。虽然在制作过程中，我们大家都尽心尽力，团结一致克服困难，但在软件下载时遇到了不少的阻力。但在老师和我们大家的不断努力和协助下通过使用现有的单片机应用板，将自己的程序下载进去，不断校改，多次调试后得到了我们想要的结果, 从而完成了毕业设计的项目要求。经过自己亲手的实践过程，使我学到了许多课本里学不到的东西，积累了一定的经验和教训，在实践的过程中锻炼了自己的动手能力和团队协作能力，为自己以后能更快的投入工作提供了一定的经验～ 42 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 英语翻译 Microcontroller reset is to make the CPU and other system features are in a defined initial state, and from this state to work, reset PC = 0000H, the microcontroller from the first - a unit to take command. Whether it is connected to the microcontroller when the power is just the beginning, or after power failure or failure to be reset. MCU reset conditions are: the RST pin must be coupled with continued two machine cycles (ie 24 oscillations) is high. Clock frequency in this article 12MHz, each machine cycle is 1μs, then the only 2μs time high above, appears in the RST pin high after the implementation of the second machine cycle reset. Reset circuit constituted by the capacitor series resistance, combined with the map, "the capacitor voltage can not be mutated"in nature, can know when the system is a power, RST will be a foot high, and that the duration of this high by the circuit The RC values to decide. Appropriate combination of RC values can ensure a reliable reset. The circuit in addition to a power-on reset functions, to reset, just press the RESET button, then power through resistance, 43 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 voltage, reset in the RESET high end. Clock circuit main task is to provide a working frequency. Internal microcontroller used to form a high-gain inverting amplifier oscillator, the amplifier input and output are XTAL1 and XTAL2, XTAL1 and XTAL2 on the external clock source can constitute a clock circuit. Both internal and external clock generation mode. This design uses the internal clock generation means. Circuit connection shown in Figure 3.2, both ends of the jumper XTAL1 and XTAL2 crystal resonator (oscillator frequency 12MHZ), and internal self-excited oscillator inverter constituted. The issue of pulse timing control directly into the on-chip components. In addition, the capacitance of the frequency tuning role, as an external crystal oscillator, capacitor selection 20pF, practical application, and capacitor resonator near as possible to install in the SCM to reduce the parasitic capacitance, the oscillator stable and reliable work. Ultrasonic transmitting circuit includes ultrasonic generator circuit and the ultrasonic transmitter control circuit of two parts, ultrasound probes (also known as "ultrasonic transducer") use CSB40T. 40KHz is the use of 44 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 ultrasonic oscillation drive circuit 555 produce ultrasonic probe. 555 constituted by the multivibrator timer (shown in Figure 3.3). Power, the power by charging the capacitor and, when <1 / 3, the oscillator output = 1, the discharge end. When the charge to ? 2 / 3, the oscillator output flip to 0, then discharge tube turns on, the discharge end (DIS) grounded, capacitor C discharges through the ground, so that decline. Present down to ? 1 / 3, the oscillator output and turn into 1, discharge and cut-off time, so that the discharge end (DIS) is not grounded, power, and again by charging the capacitor, and also allows from 1 / 3 up to 2 / 3, flip-flop flip took place, again and again to be a continuous change in the output of the oscillator pulse. Pulse width of ? 0.7, determined by the capacitor discharge time; = 0.7 (+), determined by the capacitor charging time, pulse period T ? +. The oscillation frequency calculated as f = 1.43 / ((+2)). Ultrasonic transmitter circuit (shown in Figure 3.4) will be designed to be adjustable resistance for the purpose of adjusting the signal frequency, so that the transducer 40kHz with the natural frequency of the same. 45 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 Formed using 555 timer multivibrator duty cycle can regulate a wide range, and circuit design is simple, small footprint. 555 timer is reset terminal 4 feet, use it to control the emission of ultrasonic pulses. When the 4 pin is low, there is oscillation pulse output 555; is high, the timer 555 is cleared, there is no output. Thus, the 4 foot connecting with the MCU control signals can control the transmitter. To ensure that 555 has sufficient drive capability, should adopt the +12 V supply that is = 12V. 4 feet for the ultrasonic emission control signal input from the microcontroller control. Acoustic receivers includes receiving ultrasound probe, the signal amplification circuit and waveform converting circuit of three parts. Ultrasonic probe must be used with the transmitter probe corresponding models, the key is the frequency to be consistent, the design uses CSB40R, otherwise it will not produce resonance effects due to reception, if not impossible to receive. As the probe transformed by the very weak sine wave signal, it must be amplified by the amplifier. Sine wave signal microcontroller can not directly 46 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 be received waveform must change. In accordance with the principles discussed above, the microcontroller needs only the first echo of the moment. Receiving circuit shown in Figure 3.6. Ultrasonic wave propagation in the air, its energy is proportional to the distance attenuation, namely, the closer the signal is stronger, the greater the distance the weaker the signal, usually between 1mV ~ 1V. Different receiving the probe output signal intensity is different. The larger the scope of the input signal, the gain of the amplifier made two requests: First, to a large amplification gain to meet the needs of small-signal; the second is to enlarge the gain to be able to change to meet the needs of a large range of signal change . In addition, because the input signal is sinusoidal, it is necessary to zoom into the AC amplifier circuit design. To reduce the use of negative power, single supply amplifier, signal amplification and conversion using LM324 op amp general, the first three for the amplifier design, the latter level for the comparator design. LM324 dual power supply either, or you can single-supply operation, it can meet the requirement. To meet the needs of communication signals, each level of the 47 基于单片机的汽车倒车雷达的设计与实现 amplifier circuits are used RC-level migration, which in Figure 3.6, and capacity are 10μF, to achieve single-supply conditions, exchange of signal amplification. For AC signals, the capacitor is short, so the gain of the first three amplifiers are 10. Close proximity, the two have been able to gain amplified output signal of sufficient strength, the third-level signal saturation may occur, but the distance must be three-stage amplification. Here's the fourth film as LM324 comparator inverting potential, the circuit shown in Figure 3.5, there is a threshold voltage, the voltage comparator inverting input voltage. Threshold voltage adjustment potentiometer available. When the> time, = 0, is low: when