超聲波倒車雷達系統(tǒng)設計說明

1、目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979865 摘要：3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979866 Abstract4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979867 第一章緒論5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979868 1.1引言5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979869 1.2超聲波測距原理以與理論分析5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979870 第二章系統(tǒng)概述6 HYP

2、ERLINK l _RefHeading_Toc417979871 2.1方案選擇6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979872 2.1.1方案一6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979873 2.1.2方案二7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979874 2.2系統(tǒng)設計原理7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979875 2.3系統(tǒng)組成8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979876 2.3.1主控制器8 HYPERLINK l _RefHeadi

3、ng_Toc417979877 2.3.2顯示電路8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979878 2.3.3 HC-SR04超聲波模塊8 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979879 第3章系統(tǒng)硬件設計9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979880 3.1主控芯片STC89C519 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979881 3.1.1單片機特點：9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979882 3.1.2部結構9 HYPERLINK l _RefH

4、eading_Toc417979883 3.1.3引腳圖以與部分引腳功能9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979884 3.2液晶顯示模塊10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979885 3.2.1模塊簡介：10 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979886 3.2.2引腳功能說明：11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979887 3.2.3系統(tǒng)顯示模塊電路11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979888 3.3超聲波測距模塊11 HYPERLIN

5、K l _RefHeading_Toc417979889 3.3.1模塊簡介11 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979890 3.3.2模塊工作原理：12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979891 3.3.3模塊電氣參數(shù)12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979892 3.3.4系統(tǒng)超聲波模塊電路12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979893 3.4報警電路模塊12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979894 3.4.1蜂蜜器簡介12 HYP

6、ERLINK l _RefHeading_Toc417979895 3.4.2系統(tǒng)報警電路模塊12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979896 第四章系統(tǒng)軟件設計13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979897 4.1主程序設計13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979898 4.1.1主程序簡介13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979899 4.1.2程序代碼13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979900 4.2 LCD顯示模塊程序設計15

7、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979901 4.2.1模塊簡介15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979902 4.2.2程序代碼15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979903 4.3超聲波測距模塊程序設計18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979904 4.3.1模塊簡介18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979905 4.3.2模塊代碼18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979906 4.4報警模塊程序設計2

8、0 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979907 4.4.1模塊簡介20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979908 4.4.2模塊代碼20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979909 4.5輔助代碼20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc417979910 結論24超聲波倒車雷達系統(tǒng)的設計文摘:在了解超聲波測距原理和51單片機基本原理的基礎上，提出并實現(xiàn)了基于超聲波測距的汽車倒車雷達系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時，超聲波傳感器在單片機的控制下發(fā)出脈沖信號，超聲波在傳播過程中遇到障礙物后被反射。反射波

9、由超聲波接收器接收，然后送入51單片機進行處理，從而實現(xiàn)對汽車倒車過程中障礙物的實時監(jiān)測，并通過顯示屏和報警器向駕駛員報警。該系統(tǒng)由以STC89C51單片機為主控模塊的硬件系統(tǒng)、由超聲波發(fā)射和接收模塊組成的傳感器模塊、液晶顯示模塊、蜂鳴器報警模塊和軟件程序設計組成。關鍵詞:單片機；超聲波測距；液晶顯示器；報警；設計第一章:緒論1.1簡介近年來，隨著科技推動汽車工業(yè)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國汽車保有量逐年增加。同時，對于一個司機來說，倒車是必須掌握的技能。與前進相比，倒車需要更加謹慎。在街道、車庫、停車場等地倒車時，往往是因為駕駛員沒有時間同時顧及車的前方、后方和外圍，尾部盲區(qū)導致

10、的交通事故不在少數(shù)。在這些事故中，輕者造成自己的車和他人財產受損，重者可能危及人的生命。如今，后視鏡已經不能滿足人們安全倒車的需求。據(jù)初步調查統(tǒng)計，15%的汽車事故是由于倒車后視野不好造成的。因此，人們對車輛倒車操作的便利性提出了更高的要求，增加車輛的后視能力，開發(fā)用于檢測車輛后方障礙物的倒車雷達成為近年來的熱點之一。然而，安全避障的前提是快速準確地測量障礙物與車輛之間的距離。超聲波在傳播中不受電磁場、顏色和護理的影響。同時，超聲波傳感器具有信息處理簡單、硬件實現(xiàn)容易、價格低廉等優(yōu)點，因此作為一種測距傳感器被廣泛使用?；赟TC89C51單片機和HC-SRF04超聲波測距模塊，設計并實現(xiàn)了一種

11、超聲波測距倒車雷達。1.2超聲波測距原理及理論分析聲波是物體的機械振動狀態(tài)(或能量)的傳播形式。一般來說，頻率在20Hz到20000 Hz之間的機械波可以被人耳感知為聲波，頻率在20Hz以下的機械波為次聲波，頻率在20000Hz以上的機械波稱為超聲波。高于100MHz的機械波稱為超超聲波。因為超聲波方向性好，穿透能力強，很容易獲得更集中的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/813391.htm t _blank 聲能特征通常用于測距。超聲波測距是根據(jù)聲波在空氣介質中從發(fā)射到接收的傳播時間來測量聲波的傳播距離。本文所用的

12、超聲模塊是由超聲脈沖回波渡越時間法實現(xiàn)的。設從超聲波脈沖發(fā)出到傳感器接收到的時間為T，超聲波在空氣中的傳播速度為C，則傳感器到目標物體的距離D可由下式得到D = ct /2第2章:系統(tǒng)概述2.1方案選擇選項1超聲波測距模塊使用SRF08測距模塊檢測障礙物的位置。為了保證車身的準確定位，系統(tǒng)設計采用三個模塊同時檢測后方和左右。當探測到的障礙物距離車身小于1米時，系統(tǒng)紅燈閃爍，蜂鳴器報警。測量過程中，液晶屏實時顯示車身后部與左右障礙物的距離。由于SRF08超聲波模塊的接口采用I2C總線接口設計，可以與PIC等舵機處理器配合使用，因此模塊使用方便。SRF08是一種高性能的雙探頭超聲波，探測距離為3c

13、m-6m。獨特的觸發(fā)指令可以使SRF08工作在連續(xù)檢測模式，即完成一次距離檢測后可以自動進行第二次檢測，相當于連接了一個微處理器。同時，SRF08超聲波測距模塊包含36個寄存器，在測距模式下需要操作相應的寄存器。在測距模式下，每次將命令寫入命令寄存器時，將開始測距，并且在開始測距的同時，回聲記錄緩沖器的數(shù)據(jù)將被清除。根據(jù)測量順序，測量的距離將以2B為單位記錄在村莊登記簿中。由于距離測量需要一定的等待時間，這個時間可以通過主控芯片修改SRF08測量寄存器中的數(shù)據(jù)來改變。等待片刻后，安裝總線上的其他模塊即可開始測距操作，使三個測距模塊在短時間內工作，實現(xiàn)高效、實時、準確的測距定位。因為需要直觀清晰

14、地顯示三個位置的測距信息，同時考慮到顯示的美觀和顯示效果，需要顯示位寬更高的顯示器。因此，本設計方案選用LCD 12864顯示實時信息。系統(tǒng)的軟件部分主要包括主功能部分、液晶顯示部分，包括液晶顯示的初始化、寫命令、寫數(shù)據(jù)等。SRF08的超聲波測距部分包括I2C公交車的啟動和停止、數(shù)據(jù)的讀寫、測距和判斷等。此外還包括延時、報警等部分。系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。圖2.1 SRF 08超聲波模塊測距系統(tǒng)框圖選項2超聲波模塊采用SRF04超聲波模塊檢測障礙物，STC89C51單片機作為主控制器，LCD1602作為顯示輸出，蜂蜜裝置報警。HC-SRF04超聲波測距模塊使用IO觸發(fā)測距，IO口給出至少10u

15、s的高電平信號啟動模塊。當模塊啟動時，超聲波接收器在接收到回波時會在輸出引腳輸出一個高電平。當主控芯片檢測到輸出信號時，可以啟動定時器，當此端口變?yōu)榈碗娖綍r，可以讀取定時器的值。這個時候就是這個測距的時候了，然后就可以計算距離了。這種連續(xù)的周期性測量可以實現(xiàn)實時測距的功能。由于SRF04模塊本身不含寄存器，測量時需要消耗單片機的硬件資源。因此，本方案采用尾部單傳感器進行測量。如果用LCD12864作為顯示輸出，會浪費很多資源，所以選擇LCD1602作為顯示輸出部分。通過主控芯片，將超聲波模塊測得的與車尾障礙物的距離與系統(tǒng)的報警閾值進行比較。如果超過閾值，報警器可以有效避免與障礙物碰撞。方案系統(tǒng)

16、的軟件部分包括STC89C51單片機的時鐘、中斷的編寫，LCD1902顯示部分包括LCD的初始化、命令和數(shù)據(jù)的編寫以及SRF04超聲波測距模塊的控制。從以上兩種方案可以看出，第一種方案測量精度高，同時很多超聲波模塊可以很好的實現(xiàn)基本功能，但是硬件成本高，電路比較復雜，軟件設計比較復雜。第二種方案電路設計簡單，檢測靈敏，軟件設計簡單，易于實現(xiàn)。因此，本文的設計基于方案二。2.2系統(tǒng)設計原則在該系統(tǒng)中，STC89C51單片機向SRF04超聲波測距模塊發(fā)送啟動信號，并接收來自SRF 04模塊的返回信號。單片機的時鐘記錄返回信號的持續(xù)時間，計算距離。測量的距離被發(fā)送到LCD1602進行顯示，并與系統(tǒng)距

17、離閾值進行比較。如果低于閾值，蜂鳴器將發(fā)出警報。2.3系統(tǒng)組成本文設計了一種基于89S51單片機的超聲波測距倒車雷達系統(tǒng)。系統(tǒng)總體框圖主要由主控制器、超聲波測距模塊、單片機復位、時鐘振蕩、液晶顯示和報警提示組成。系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)的基本框圖主控制器單片機STC89C51具有低壓供電、體積小的特點，四個端口只需要兩個端口就可以滿足電路系統(tǒng)的設計需要。顯示電路電路采用LCD1602液晶顯示，從P0口輸出數(shù)據(jù)。HC-SR04超聲波模塊發(fā)射器發(fā)出長度約為6mm、頻率為40KHZ的超聲波信號。該信號被物體反射并被接收頭接收，接收頭實質上是一個壓電換能器。接收到信號后，產生mV級的微弱電

18、壓信號，通過接收電路放大信號，得到回送信號。第三章系統(tǒng)硬件設計3.1主控芯片STC89C513.1.1單片機的特點:性價比極佳。高集成度、小尺寸和高可靠性。強大的控制功能單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置具有典型性和規(guī)律性，容易形成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。零件結構MCS-51單片機將CPU、RAM、ROM定時器、計數(shù)器和多功能I/O口集成在一塊芯片上。包括:一個8位的CPU4KB ROM或EPROM28字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器4個8位并行I/O口，其中P0和P2為地址/數(shù)據(jù)線，可尋址64KB ROM和64KB RAM；可編程全雙工串行端口；它有五個中斷源、兩個優(yōu)先級和一個嵌套中斷結構。兩個16位定時器/計數(shù)器

19、；一種芯片振蕩器和時鐘電路。3.1.3引腳圖和一些引腳功能圖3.1 STC 89 c 51引腳圖一些引腳功能:Vcc和Vss是電源引腳；XTAL2(18針):接外晶振和微調電容的一端；在89C51芯片中，它是振蕩電路反相放大器的輸出，振蕩電路的頻率是晶體的固有頻率。xtal 1(19腳):連接外晶振和微調電容的另一端；在芯片中，它是振蕩電路反相放大器的輸入。使用外部時鐘時，此引腳必須接地。RST/VPD(9腳):RST為復位信號輸入，其高電平有效。ALE/PROG(30引腳):數(shù)據(jù)鎖存允許信號端子。PSEN(29針):程序存儲允許輸出信號端子。EA/Vpp(31針):外部程序存儲器地址許可輸入

20、/固化編程電壓輸入。輸入/輸出端口P0/P1/P2/P33.2液晶顯示模塊3.2.1模塊介紹:字符液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣液晶顯示器。目前常用的有16*1、16*2、20*2、40*2線。1602LCD分為背光和背光兩種。底座控制器大部分是HD44780，有背光的比沒有背光的厚。背光與否對應用沒有影響。實物如圖3.1所示。圖3.1 LCD液晶顯示器實體圖02液晶顯示器的主要技術參數(shù):顯示容量:162字符；芯片工作電壓:4.55.5V；工作電流:2.0毫安(5.0v)；模塊的最佳工作電壓:5.0V；字符尺寸:2.95 4.35(寬高)毫米；3.2.2引腳功能描述:引

21、腳1: VSS是地電源。針腳2: VDD接5V正電源。腳3: VL是LCD的對比度調節(jié)端子，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高。當對比度過高時，就會產生“鬼影”。使用時，可通過10K電位器調節(jié)對比度。腳4: RS是寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。引腳5: R/W是讀寫信號線，高電平可以讀，低電平可以寫。當RS和R/W都為低時，可以寫指令或顯示地址，當RS為低時，R/W為高時，可以讀忙信號，當RS為高時，可以寫數(shù)據(jù)。引腳6:E端子是使能端子。當E端子從高電平跳到低電平時，LCD模塊執(zhí)行命令。腳7 14: D0 D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳:背光陽極。第16腳:背光的

22、負極。系統(tǒng)顯示模塊電路3.3超聲波測距模塊模塊介紹超聲波測距由HC-SR04超聲波傳感器實現(xiàn)。該模塊可提供2 cm-400 cm的非接觸式測距功能，測距精度可達3 mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器和控制電路。模塊圖如圖3.2所示。圖3.2 HC-SR04超聲波模塊3.3.2模塊的工作原理:1)利用IO觸發(fā)測距，通過單片機給出至少10us的高電平信號；2)模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，并自動檢測是否有信號返回；3)信號返回時，通過IO輸出一個高電平，高電平的持續(xù)時間就是聲波在介質中的傳播時間。4)超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高層時間*聲速(340m/S)/2；模塊的電氣參數(shù)引腳功

23、能:提供5V正電源，GND為電源地，TRIG觸發(fā)控制信號輸入和ECHO回聲信號輸出。3.3.4系統(tǒng)超聲波模塊電路3.4報警電路模塊3.4.1蜂蜜裝置簡介蜂鳴器是一種集成結構的電子發(fā)聲器。按DC電壓可分為有源和無源。本文采用無源蜂鳴器。3.4.2系統(tǒng)報警電路模塊第四章系統(tǒng)軟件設計4.1主程序設計主程序介紹該系統(tǒng)的一般流程包括以下步驟:首先初始化LCDl602 LCD，然后喚醒單片機的時鐘，初始化后啟動超聲波測距，打開時鐘，接收回波信號。關閉時鐘，計算距離，在LCD上顯示，并與系統(tǒng)距離閾值進行比較。低于系統(tǒng)閾值的警報。同時，數(shù)據(jù)被送到液晶顯示器顯示。流程圖如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)流程圖程序代碼

24、無效總管(無效)無符號字符TempCyc無符號長巨力；int I；delay 400 ms()；/開始等待，等待LCM工作。LCM init()；/LCM初始化delay 5 ms()；/延遲片刻(不要)DisplayListChar(0，0，MCU studio)；DisplayListChar(0，1，email)；read datalcm()；for(temp cyc = 0；TempCyc 10TempCyc+)while(1)TMOD = 0 x 01；/設T0為模式1，gate = 1；TH0 = 0；TL0 = 0；ET0 = 1；/允許T0中斷EA = 1；/打開總中斷whil

25、e(1)StartModule()；/ DisplayOneChar(0，1，ASCII0)；而(！RX)；/當RX為零時等待TR0 = 1；/打開計數(shù)while(RX)；/當RX為1時計數(shù)并等待TR0 = 0；/關閉計數(shù)juli = Conut()；/計算如果(朱莉 0 x 19)/到達字符串末尾時退出。If (X =700)|flag=1) /超出測量范圍顯示“-”。flag = 0；DisplayOneChar(6，1，ASCII11)；DisplayOneChar(7，1，ASCII10)；/顯示點DisplayOneChar(8，1，ASCII11)；DisplayOneChar(9

26、，1，ASCII11)；DisplayOneChar(10，1，ASCII12)；/顯示m其他disbuff0= S % 1000/100；disbuff1= S % 1000% 100/10；disbuff2= S % 1000% 10% 10；DisplayOneChar(6，1，ASCIIdisbuff0)；DisplayOneChar(7，1，ASCII10)；/顯示點DisplayOneChar(8，1，ASCIIdisbuff1)；DisplayOneChar(9，1，ASCIIdisbuff2)；DisplayOneChar(10，1，ASCII12)；/顯示m4.4報警模塊的編

27、程4.4.1模塊介紹報警模塊主要用來驅動蜂鳴器和液晶燈，以達到報警的效果。模塊代碼無效嗶嗶聲()int I；SPK = 0；for(I = 0；i 50i+)dela Yus 2 x(100)；SPK =！SPK；SPK = 1；4.5輔助代碼部分代碼主要用于輔助整個代碼框架，主要包括系統(tǒng)包含的函數(shù)接口的聲明，從而與系統(tǒng)硬件的各個硬件接口聲明定義，以及系統(tǒng)的一些常見的延時函數(shù)和標志函數(shù)?？梢院喕a，減少整個代碼的冗余，使程序在運行過程中簡潔。用函數(shù)聲明的系統(tǒng)硬件接口#include /設備配置文件#include #定義RX P2_3#定義TX P2_2#定義SPK P1_0 /霍恩定義#定

28、義LED P1_1#定義LCM_RW P2_5 /定義LCD引腳#定義LCM_RS P2_4#定義LCM_E P2_6#定義LCM_Data P0#定義Busy 0 x80 /用于檢測LCM狀態(tài)字中的Busy IDvoid LCM init(void)；void DisplayOneChar(無符號char X，無符號char Y，無符號char DData)；void DisplayListChar(無符號char X，無符號char Y，無符號char code * DData)；void delay 5 ms(void)；void Delay400Ms(無效)；無效解碼(無符號字符掃描碼

29、)；void WriteDataLCM(無符號字符wd LCM)；void writecommandcm(unsigned char wcl cm，BuysC)；無符號char read datalcm(void)；無符號char ReadStatusLCM(void)；無符號char代碼mcustudio = 畢葉she Ji ；未簽名字符代碼email = 居里: ；無符號字符代碼Cls= ；無符號字符代碼ASCII15 = 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 ， 8 ， 9 ，-， M ；靜態(tài)無符號字符DisNum = 0；/用于顯示的指針無符號int time = 0；無符號長S = 0；位標志= 0；unsigned char disbuff4 = 0，0，0，0，；系統(tǒng)各級的延遲功能:/5毫秒延遲無效延遲5毫秒(無效)無符號int TempCyc = 5552while(TempCyc-)；/400毫秒延遲無效延遲400毫秒(無效)無符號