超聲波倒車雷達論文答辯

論文概述

倒車雷達全稱叫“倒車防撞雷達”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和啟動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除視野的死角和視線模糊的缺陷。本文描述了一個以凌陽SPCE061A為核心，由三個超聲波測距模塊構成的，提供語音報警功能和液晶顯示功能的超聲波倒車雷達系統?，F在是1頁\一共有24頁\編輯于星期六系統硬件框圖系統硬件框圖：SPCE061A轉接板語音報警LED閃爍報警LCD顯示模塊超聲波測距模塊

超聲波測距模塊超聲波測距模塊現在是2頁\一共有24頁\編輯于星期六系統硬件設計系統硬件主要有以下幾個部分：1.SPCE061A精簡開發(fā)板：

①.SPCE061A最小系統②.電源模塊③.放音模塊2.超聲波測距模塊電路：

①.超聲波諧振頻率調理電路②.超聲波回波信號處理電路③.模組電源接口選擇電路④.超聲波測距模式選擇電路3.轉接板電路的設計①.CD4052簡介②.轉接板電路原理4.顯示電路的設計：①.二極管閃爍報警電路②.LCD顯示報警電路

5.各模塊接口分配

現在是3頁\一共有24頁\編輯于星期六SPCE061A精簡開發(fā)板SPCE061A最小系統

SPCE061A最小系統包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊，外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復位電路（RESET）、指示燈（LED）等。有關SPCE061A單片機最小系統的各個模塊都做在61板中?，F在是4頁\一共有24頁\編輯于星期六1.SPCEA061A最小系統：現在是5頁\一共有24頁\編輯于星期六2.61板電源模塊

SPCE061A的內核供電電壓為3.3V,而I/O端口可接3.3V也可接5V，考慮到超聲波測距模塊需要供電電壓在4.5V以上時才能正常工作，故使用精簡開發(fā)板上提供的5V電源。電源模塊的電路原理圖如下圖所示?，F在是6頁\一共有24頁\編輯于星期六3.放音模塊

本系統中的放音模塊是利用SPCE061A精簡板內置的2路10位精度的數/模轉換器DAC將聲音數字信號轉換成模擬的音頻信號輸出。其電路原理圖如下圖所示?，F在是7頁\一共有24頁\編輯于星期六超聲波測距模塊

超聲波測距模組是為方便學生進行單片機接口方面的學習專門設計的模塊，超聲波測距模組可以方便地和61板連接。下圖為超聲波測距模組的結構框圖：

現在是8頁\一共有24頁\編輯于星期六1.超聲波諧振頻率調理電路

超聲波諧振頻率調理電路原理圖如下圖所示：

本電路工作所需要的40KHz方波由SPCE061A提供，該信號經CD4049進行頻率調理，以使超聲波傳感器發(fā)生諧振。從電路圖可以看出CD4049是由6個非門構成的六反相緩沖器/變換器。由于超聲波的傳播距離與它的振幅成正比，使用CD4049能使由單片機發(fā)出的振蕩信號的幅度增大一倍使超聲波傳播距離明顯的增長，測距的范圍得到擴大?，F在是9頁\一共有24頁\編輯于星期六2.超聲波回波信號處理電路超聲波回波信號處理電路原理圖如下圖所示：由于超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減程度與傳播距離成正比，其接收到的回波信號的幅值的單位通常在毫伏級甚至更小，所以超聲波回波信號處理電路的前級就需要提供很高的放大信號，使單片機能夠正常工作。本體統采用NE5532搭配外圍電路構成10000倍放大器來對接收到的信號進行放大處理。經過處理的信號輸入至LM311的正端與3腳提供的基準電壓相比較然后輸出，若輸出為低電平，則說明無回波信號或信號太小，若輸出為高電平，則會被SPCE061A所接收然后做數據處理。

現在是10頁\一共有24頁\編輯于星期六3.模組電源接口選擇電路電源接口選擇電路如下圖所示；J7為超聲波測距模組的外部電源接口，最高電壓不要超過12V，J9為電源選擇跳線，VCC_5即為由61板通過10PIN排線引入模組的電源；VCC即為模組的放大器、調理電路供電電源。當用戶使用61板為其供電時，要把VCC與VCC_5V短接（本方案的用法）；而使用外部電源時要把VCC與VCC_IN短接。

現在是11頁\一共有24頁\編輯于星期六4.超聲波測距模式選擇電路超聲波測距模式選擇電路的作用是為回波信號處理電路中LM331提供電壓比較的基準電壓，其電路原理圖如下圖所示：由電路圖可知，該電路可為LM311提供3組不同的電壓，分別對應短距離測距，中距離測距和可調測距三種不同的測距模式?，F在是12頁\一共有24頁\編輯于星期六轉接板電路的設計本方案設計，會涉及到多路傳感器選通控制，所以為了可靠地實現硬件的連接，需要制作一個利用模擬開關設計的轉接板。超聲波測距模組在使用時，只需要兩個端口就可完成測距，一個控制超聲波的發(fā)射，一個是檢測超聲波信號的接收信號；而在超聲波測距模組中，這兩個信號都為數字信號，對模擬開關的要求并不嚴格，所以選用CD4052作為模擬開關器件。

現在是13頁\一共有24頁\編輯于星期六1.CD4052簡介CD4052是一個2通道4選1開關，由于本系統中只有3路超聲波信號，故只需要其中的一個通道即可。開關接通哪一通道，由輸入的2位地址碼A0、A1來決定。A1和A0的信號由單片機程序控制“/E”是禁止端，當“/E”=1時，各通道均不接通。其引腳圖和真值表如下所示：現在是14頁\一共有24頁\編輯于星期六2.轉接板電路原理轉接板電路原理圖如下：現在是15頁\一共有24頁\編輯于星期六顯示電路的設計本系統的顯示電路部分分為發(fā)光二極管閃爍報警x顯示和LCD液晶屏顯示?，F在是16頁\一共有24頁\編輯于星期六1.二極管閃爍報警電路

二極管閃爍報警電路結構比較簡單，二極管直接與SPCE061A的I/O口相連，串聯一個限流電阻即可完成設計要求，該部分電路如下所示。

現在是17頁\一共有24頁\編輯于星期六2.LCD顯示報警電路

LCM1062A液晶顯示模塊能夠同時顯示16x02即32個字符。由于使用的LCM1602A液晶模塊已經模塊化，外圍電路較為簡單，不再給出?，F給出液晶屏各引腳的接線圖如下所示：其中RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器；R/W讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能?，F在是18頁\一共有24頁\編輯于星期六各模塊接口分配

本系統是以SPCE061A為控制器，故以其為中心進行接口分配。SPCE061A共有兩個I/O口，共32位。其中IOB8，IOB9兩口具有PWM脈寬調制輸出的特殊功能，IOB2，IOB3具有外部中斷源輸入的特殊功能，故設計B口的IOB2，IOB9作為超聲波測距模塊外部中斷輸入和PWM信號輸出接口。同時IOA1，IOA2，IOA3分別與LCD顯示模塊的三根控制線RS，R/W，E連接。IOB1，IOB2兩口與轉接板CD4052的A0，A1相連，用于傳感器測量通道的選通。A口的高8位作為LCD顯示模塊的數據口，IOB12，IOB13，IOB14三口與二極管閃爍報警模塊的接口相連?，F在是19頁\一共有24頁\編輯于星期六系統軟件設計本系統的軟件部分擬包含以下幾個模塊來實現設計所需要的功能。主程序：主程序主要負責控制整個系統的工作流程，完成各函數的正常調用。功能上，該部分僅有超聲波傳感器通道選通功能，這樣主程序較為簡潔，便于閱讀與調試。系統程序：主要包括system.c文件。其完成的功能有：系統端口初始化、測量結果處理、二極管閃爍刷新及LCD輸出顯示。中斷程序：主要包括IRQ.c和isr.asm文件，前者包括超聲波測距所需要的外部中斷服務代碼，顯示刷新服務代碼等。后者包括語音播放程序中斷服務代碼。超聲波測距程序：該部分程序主要包括ultrsonic_App.c和IRQ.c的部分文件。該部分主要完成超聲波測距的控制，輸出結果處理等功能。語音播放程序：主要包括Speech.c文件。該部分主要用于實現對外的語音播放功能。LCD初始化及驅動程序：主要包括1062LCD.asm和LCD1602_User.h文件。該部分實現LCD初始化和LCD讀寫命令等功能?，F在是20頁\一共有24頁\編輯于星期六1.主程序設計如右圖所示為主程序流程圖。由于系統的各功能基本由各模塊完成，所以主程序的流程并不復雜。圖中，延時部分由系統提供的IRQ4的1KHz中斷來提供，通道選擇即由IOB1、IOB2兩個I/O端口的輸出狀態(tài)選通CD4052的通道，以決定當前將進行哪個模塊的測距工作，三個超聲波測距模塊將不斷地交替探測障礙物的存在與否。

系統初始化通道選擇（ch）完成一次測距測距數據處理延時20msch>2?通道清零(ch=0)NY開始YN現在是21頁\一共有24頁\編輯于星期六2.超聲波測距程序的設計

測距參數設定TimerB產生PWM波延時設置TimerB用計時延時開EXT1外部中斷測距是否完成？Exit_flag=1?是否接收到回波信號？Exit_IRQ_flag=1?測距是否超時？開始測距結果處理Exit_flag=0進行一次遠距離測距Exit_flag=0結束YNNYYNNYYNNY

當調用測距函數進行測距時，IOB9口將輸出由TimerB產生的40KHz的PWM信號，對于短距離測距，該信號將持續(xù)0.5毫秒左右，發(fā)出20個以上40KHz的脈沖信號。此時關閉系統中斷，將TimerB設置為計數模式，用于計量超聲波信號從發(fā)射到接收的間隔時間；將TimerA設置為計時模式，提供避開余波開擾的延時，該部分的延時時間將由測試距離和PWM信號發(fā)射信號的持續(xù)時間來決定，對與短距離測距，本系統的延時時間在0.3毫秒左右。經過延時，打開EXT1外部中斷，TimerB開始對回波信號的脈沖數進行計數。當EXT1檢測到回波信號的脈沖時，會在中斷服務程序中讀取TimerB的計數值。該計數值經過處理換算即可得到相對于障礙物距離。若EXT1沒有接收到回波信號會重新設置參數，再進行一次較遠距離的測試，其工作流程與短距離測距完全一致。若兩次測試EXT1都沒有接收到回波信號則表明系統工作范圍內無障礙物。

現在是22頁\一共有24頁\編輯于星期六

3.語音播放程序的設計

開始是否超過3秒開語音中斷中斷初始化語音播放初始化停止播放播放服務程序結束當前播放結束？NNYYNYYN從流程圖上可以看出，為了避免多次語音播放重復和播放過于頻繁，在語音播放之間添加了基于IRQ5的2Hz中斷來進行延時。只有當距離上次語音播放的時間間隔超過3秒時，下一次的語音播放才會被系統允許。

現在是23頁\一共有24頁\編輯于星期六

4.二極管閃爍程序的設計開始初值是否為0？計數器開始計數輸出狀態(tài)取反結束是否溢出？YYNN