超聲波倒車雷達系統(tǒng)設(shè)計.docx

目 錄摘 要：3Abstract4第一章 緒 論51.1 引言51.2 超聲波測距原理以及理論分析5第二章 系統(tǒng)概述62.1 方案選擇62.1.1 方案一62.1.2 方案二72.2 系統(tǒng)設(shè)計原理72.3 系統(tǒng)組成82.3.1 主控制器82.3.2 顯示電路82.3.3 HC-SR04超聲波模塊8第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計93.1 主控芯片STC89C5193.1.1 單片機特點：93.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)93.1.3 引腳圖以及部分引腳功能93.2 液晶顯示模塊103.2.1 模塊簡介：103.2.2 引腳功能說明：113.2.3 系統(tǒng)顯示模塊電路113.3 超聲波測距模塊113.3.1 模塊簡介113.3.2 模塊工作原理：123.3.3 模塊電氣參數(shù)123.3.4 系統(tǒng)超聲波模塊電路123.4 報警電路模塊123.4.1 蜂蜜器簡介123.4.2 系統(tǒng)報警電路模塊12第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計134.1 主程序設(shè)計134.1.1 主程序簡介134.1.2 程序代碼134.2 LCD顯示模塊程序設(shè)計154.2.1 模塊簡介154.2.2 程序代碼154.3 超聲波測距模塊程序設(shè)計184.3.1 模塊簡介184.3.2 模塊代碼184.4 報警模塊程序設(shè)計204.4.1 模塊簡介204.4.2 模塊代碼204.5 輔助代碼20結(jié)論2427超聲波倒車雷達系統(tǒng)設(shè)計摘 要：基于超聲波測距的汽車倒車雷達系統(tǒng)是在了解超聲波測距原理以及51單片機基本原理的基礎(chǔ)上提出并實現(xiàn)的，該系統(tǒng)工作時，在單片機控制下超聲波傳感器發(fā)出脈沖信號，超聲波在傳播過程中遇到障礙物后反射，反射波由超聲波接收裝置接收后送至51單片機處理,從而實現(xiàn)汽車倒車過程中障礙物的實時監(jiān)測并通過顯示屏以及警報器提醒駕駛員。本系統(tǒng)是由以STC89C51單片機作為主控模塊，超聲波發(fā)射接收模塊構(gòu)成傳感器模塊，LCD顯示模塊，蜂鳴器報警模塊等硬件系統(tǒng)以及軟件程序設(shè)計組成。關(guān)鍵詞：單片機；超聲波測距；LCD顯示；報警；程序設(shè)計The design of ultrasonic reversing radar systemAbstract：Automobile reversing radar system based on ultrasonic distance measurement is in the understanding of the principle of ultrasonic distance measurement and the basic principle of 51 single chip microcomputer based on the proposed and implemented , The system is working, Under the control of the microcontroller ultrasonic sensor sends out pulse signals , Ultrasonic obstacle in the process of propagation after reflection The reflected wave from the ultrasonic receiving device receives the evacuation to 51 single chip processing, So as to realize real-time monitoring obstacles car reversing the process object and through the display and alarm to remind the driver . This system is composed of MCU STC89C51 as the main control module , Ultrasonic transmitting and receiving modules sensor module , LCD display module , The buzzer alarm module of hardware system and software program design composition.Key words: Single chip microcomputer；Ultrasonic ranging；LCD display；Alarm；Program design第一章 緒 論1.1 引言近年來，隨著科技帶動汽車行業(yè)的快速發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，我國汽車數(shù)量正在逐年增加。同時對于一名駕駛員來說，倒車是必須掌握的技能，與前進相比倒車更加需要小心謹慎，在街道，車庫，停車場等場所倒車時，往往因為駕駛員無暇同時顧及汽車前后和四周以及尾部視線盲區(qū)等原因引起的交通事故不在少數(shù)，這些事故中輕則對自己的車和他人的財物造成損傷，重則可能危及人的性命?，F(xiàn)如今后視鏡已越來越不能滿足人們安全倒車的需求了。據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計，15的汽車事故是由汽車倒車后視不良造成的。因此，人們對汽車倒車操縱的便捷性提出了更高的要求，增加汽車的后視能力研制汽車尾部探測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的測量障礙物與汽車之間的距離。超聲波具有在傳播中不受電磁場，色彩以及關(guān)照等影響的特性，同時超聲波傳感器處理信息簡單，硬件易于實現(xiàn)以及價格低廉等優(yōu)點，被人們廣泛的用作測距傳感器。本文基于STC89C51單片機以及HC-SRF04超聲波測距模塊進行研究，從而設(shè)計實現(xiàn)了超聲波測距倒車雷達。1.2 超聲波測距原理以及理論分析聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式，一般來說，頻率在20Hz20000Hz之間的機械波能被人耳感知為聲波，頻率低于20Hz的機械波為次聲波，頻率高于20000Hz的機械波稱為超聲波。而高于100MHz的機械波則稱之為特超聲波。由于超聲波具有方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能的特性一次常常被用于測距。超聲波測距是依據(jù)聲波從發(fā)射到接收過程中的在空氣介質(zhì)中的傳播時間測出聲波的傳播距離的。本文使用的超聲波模塊是借助于超聲脈沖回波渡越時間法來實現(xiàn)的。 設(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經(jīng)歷的時間為 t ，超聲波在空氣中的傳播速度為 c ，則從傳感器到目標物體的距離 D 可用下式求出D = ct /2第二章 系統(tǒng)概述2.1 方案選擇2.1.1 方案一超聲波測距模塊采用SRF08測距模塊對障礙物的位置進行檢測，為了保證檢測對車身的準確定位，系統(tǒng)設(shè)計采用3個模塊分別在尾部和左右同時檢測，當(dāng)檢測到障礙物距離車身小于1米時系統(tǒng)紅燈閃爍同時蜂鳴器報警在測量過程中通過LCD顯示屏實時顯示車身尾部以及左右距離障礙物的距離。由于SRF08超聲波模塊接口采用I2C總線接口設(shè)計，可以與PIC等總舵處理器配合使用，因此該模塊使用方便。SRF08是一款高性能的雙探頭超聲波,其探測距離為3厘米-6米，獨特的觸發(fā)指令可以讓SRF08工作在連續(xù)探測模式下，也就是能夠自動在完成一個距離探測后自動進行第二次探測，相當(dāng)于連接了一個微處理器。同時SRF08超聲波測距模塊內(nèi)部含有36個寄存器，測距模式需要對相應(yīng)寄存器進行操作，在測距模式下每向命令寄存器寫入一次命令就會啟動一次測距，啟動測距時，回波記錄緩沖區(qū)數(shù)據(jù)也將同時清除。測量得到的距離將按照測量的順序按照2B為單位一次進村入寄存器，由于一次測距需要一定的等待時間，這個時間可以通過主控芯片修改SRF08測量范圍寄存器中的數(shù)據(jù)來改變。在等待時間片刻，可以對掛載總線上的其他模塊進行啟動測距操作，從而實現(xiàn)3個測距模塊的在短時間內(nèi)工作，達到高效，實時，準確的測距定位。由于需要直觀明了的顯示3個位置的測距信息，考慮到顯示美觀以及顯示效果，需要顯示位寬較高的顯示器，因此該設(shè)計方案選擇LCD 12864顯示實時信息。系統(tǒng)軟件部分主要包括主函數(shù)部分，LCD顯示部分，包括對LCD顯示屏的初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)等，對SRF08超聲波測距部分包括對I2C總線的啟動，停止，讀寫數(shù)據(jù)以及距離測量以及判斷等部分。另外包含延時，報警等部分。系統(tǒng)框圖如圖2.1所示圖2.1SRF08超聲波模塊測距系統(tǒng)框圖2.1.2 方案二超聲波模塊采用SRF04超聲波模塊對障礙物進行檢測，STC89C51單片機作為主控制器，LCD1602做顯示輸出，蜂蜜器報警。HC-SRF04超聲波測距模塊采用 IO 觸發(fā)測距，IO口給至少 10us 的高電平信號，啟動模塊，當(dāng)模塊啟動后，超聲波接收器接收到回波時會在輸出引腳輸出高電平，當(dāng)主控芯片檢測到輸出信號就可以開定時器計,當(dāng)此口變?yōu)榈碗娖綍r就可以讀定時器的值,此時就為此次測距的時間,方可算出距離.如此不斷的周期測,就可以達到實時測距的功能。由于SRF04模塊自身不含寄存器，因此在測量時需要耗費單片機硬件資源，因此此方案采用尾部單傳感器測量，如果采用LCD12864顯示器做顯示輸出，則會浪費大量資源，因此選用LCD1602做顯示輸出部分。通過主控芯片以以及超聲波模塊測量出汽車尾部句障礙物的距離，與系統(tǒng)的報警閾值進行比較。超過閾值，報警達到有效的避免與障礙物碰撞的目的。該方案系統(tǒng)軟件部分包含，STC89C51單片機的時鐘，中斷的編寫，LCD1902顯示部分包含對液晶顯示器的初始化，命令的寫入，以及數(shù)據(jù)的寫入，對SRF04超聲波測距模塊的控制。從以上兩種方案可以看出方案一測量精度高，同時超聲波模塊較多能很好的實現(xiàn)基本功能，但是硬件成本較高，電路較為復(fù)雜，同時軟件設(shè)計較為復(fù)雜。方案二電路設(shè)計簡單，同時檢測靈敏，軟件設(shè)計較為簡單易于實現(xiàn)。因此本文設(shè)計基于方案二進行。2.2 系統(tǒng)設(shè)計原理該系統(tǒng)由STC89C51單片機向SRF04超聲波測距模塊發(fā)送啟動信號，同時接收SRFO4模塊的返回信號，由單片機內(nèi)部時鐘記錄返回信號持續(xù)時間并計算出距離，將所測距離送至LCD1602顯示，同時與系統(tǒng)距離閾值進行比較，如果小于閾值則通過蜂鳴器報警。2.3 系統(tǒng)組成本課題以89S51單片機為核心設(shè)計的一種超聲波測距倒車雷達系統(tǒng)，系統(tǒng)整體框圖主要由主控制器、超聲波測距模塊、單片機復(fù)位、時鐘振蕩、液晶顯示、報警提示組成。系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)基本框圖2.3.1 主控制器單片機STC89C51具有低電壓供電和體積小等特點，四個端口只需要兩個口就能滿足電路系統(tǒng)的設(shè)計需要。2.3.2 顯示電路顯示電路采用LCD1602液晶顯示屏，從P0口輸出數(shù)據(jù)。2.3.3 HC-SR04超聲波模塊經(jīng)發(fā)射器發(fā)射出長約 6mm ，頻率為 40KHZ 的超聲波信號。此信號被物體反射回來由接收頭接收，接收頭實質(zhì)上是一種壓電效應(yīng)的換能器。它接收到信號后產(chǎn)生 mV 級的微弱電壓信號并通過接收電路將信號放大得到回送信號。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 主控芯片STC89C513.1.1 單片機特點：有優(yōu)異的性價比。集成度高，體積小，又很高的可靠性控制功能強單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置都比較典型、規(guī)范、且容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。3.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51單片機是在一塊芯片上集成了 CPU、RAM、ROM定時器、計數(shù)器和多功能I/O口。其中包括：一個8位CPU;4KB ROM或EPROM128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器4個8位并行I/O口，其中P0，P2為地址/數(shù)據(jù)線，可尋址64KB ROM和64KB RAM；一個可編程全雙工串行口；具有5個中斷源，兩個優(yōu)先級，嵌套中斷結(jié)構(gòu)；兩個16位定時/計數(shù)器；一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。3.1.3 引腳圖以及部分引腳功能圖3.1 STC89C51引腳圖部分引腳功能：Vcc，Vss為電源引腳；XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在89C51 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。RST/VPD(9 腳)：RST 是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號端。PSEN(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。EA/Vpp(31 腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。輸入/輸出端口P0/P1/P2/P33.2 液晶顯示模塊3.2.1 模塊簡介：字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別。實物圖如圖3.1所示。圖3.1 LCD液晶顯示器實物圖602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個字符；芯片工作電壓:4.55.5V；工作電流:2.0mA(5.0V)；模塊最佳工作電壓:5.0V；字符尺寸:2.954.35(WH)mm；3.2.2 引腳功能說明：第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。3.2.3 系統(tǒng)顯示模塊電路3.3 超聲波測距模塊3.3.1 模塊簡介超聲波測距采用HC-SR04超聲波傳感器實現(xiàn),該模塊能提供2cm400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達到3mm,模塊包括超聲波發(fā)射器，接收器，以及控制電路。模塊實物圖如圖3.2所示圖3.2 HC-SR04超聲波模塊3.3.2 模塊工作原理：1)采用 IO 觸發(fā)測距，通過單片機給至少 10us 的高電平信號;2)模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；3)有信號返回，通過 IO 輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是即為聲波在介質(zhì)中的傳播時間。4)超聲波從發(fā)射到返回的時間測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S)/2;3.3.3 模塊電氣參數(shù)引腳功能：提供5V正電源，GND為電源地線，TRIG觸發(fā)控制信號輸入端，ECHO回響信號輸出端。3.3.4 系統(tǒng)超聲波模塊電路3.4 報警電路模塊3.4.1 蜂蜜器簡介蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電分為有源與無源之分，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(shè)計4.1 主程序設(shè)計4.1.1 主程序簡介本系統(tǒng)大致流程包括先開始，對LCDl602液晶顯示器進行初始化，然后對單片機時鐘驚醒初始化，初始化結(jié)束后，啟動超聲波測距，打開時鐘，接收回波信號。關(guān)閉時鐘，計算距離，通過LCD顯示，并與系統(tǒng)距離閾值進行比較。低于系統(tǒng)閾值報警。同時將數(shù)據(jù)送至LCD顯示。程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 系統(tǒng)流程圖4.1.2 程序代碼void main(void)unsigned char TempCyc;unsigned long juli;int i;Delay400Ms(); /啟動等待，等LCM講入工作狀態(tài)LCMInit(); /LCM初始化Delay5Ms(); /延時片刻(可不要)DisplayListChar(0, 0, mcustudio);DisplayListChar(0, 1, email);ReadDataLCM();for (TempCyc=0; TempCyc10; TempCyc+)while(1) TMOD=0x01; /設(shè)T0為方式1，GATE=1； TH0=0; TL0=0; ET0=1; /允許T0中斷 EA=1; /開啟總中斷while(1) StartModule();/ DisplayOneChar(0, 1, ASCII0); while(!RX);/當(dāng)RX為零時等待 TR0=1; /開啟計數(shù) while(RX);/當(dāng)RX為1計數(shù)并等待 TR0=0;/關(guān)閉計數(shù) juli = Conut();/計算 if(juli 0x19) /若到達字串尾則退出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, 1, ASCII11); DisplayOneChar(10, 1, ASCII12);/顯示M else 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M 4.4 報警模塊程序設(shè)計4.4.1 模塊簡介報警模塊主要用于驅(qū)動蜂鳴器與LCD小燈，達到報警的效果。4.4.2 模塊代碼void beep() int i;SPK = 0;for(i = 0; i 50; i+)DelayUs2x(100);SPK =!SPK;SPK = 1;4.5 輔助代碼該部分代碼主要用于對整個代碼框架起輔助作用，主要包括系統(tǒng)中所包含的函數(shù)接口聲明，以及系統(tǒng)硬件各個硬件接口申明定義，以及系統(tǒng)常用延時函數(shù)，一些標志函數(shù)。起到了精簡代碼的所用，減少了整個代碼的冗余度，同時使程序在運行的過程中簡潔。系統(tǒng)硬件接口以及函數(shù)聲明#include /器件配置文件#include #define RX P2_3#define TX P2_2#define SPK P1_0 /喇叭定義#define LED P1_1#define LCM_RW P2_5 /定義LCD引腳#define LCM_RS P2_4#define LCM_E P2_6#define LCM_Data P0#define Busy 0x80 /用于檢測LCM狀態(tài)字中的Busy標識void LCMInit(void);void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData);void DisplayListChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char code *DData);void Delay5Ms(void);void Delay400Ms(void);void Decode(unsigned char ScanCode);void WriteDataLCM(unsigned char WDLCM);void WriteCommandLCM(unsigned char WCLCM,BuysC);unsigned char ReadDataLCM(void);unsigned char ReadStatusLCM(void);unsigned char code mcustudio =bi ye she ji ;unsigned char code email = ju li:;unsigned char code Cls = ;unsigned char code ASCII15 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,.,-,M;static unsigned char DisNum = 0; /顯示用指針 unsigned int time = 0;unsigned long S=0;bit flag =0;unsigned char disbuff4 = 0,0,0,0,;系統(tǒng)各級別延時函數(shù)：/5ms延時void Delay5Ms(void)unsigned int TempCyc = 5552;while(TempCyc-);/400ms延時void Delay400Ms(void)unsigned char TempCycA = 5;unsigned int TempCycB;while(TempCycA-)TempCycB=7269;while(TempCycB-); void zd0() interrupt 1 /T0中斷用來計數(shù)器溢出,超過測距范圍 flag=1; /中斷溢出標志 void delayms(unsigned int m