汽車倒車雷達解讀

1、四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 前言 隨著汽車的普及，越來越多的家庭擁有了汽車。汽車的數(shù)量逐漸增加，造成公路、 街道、停車場、車庫等越來越擁擠。汽車駕駛員越來越擔心車的安全了，其中倒車就是 一個典型。 我們所設(shè)計的汽車倒車雷達主要是針對汽車倒車時人無法目測到車尾與障礙物的 距離而設(shè)計開發(fā)的。 該設(shè)計將51單片機技術(shù)與超聲波的測距技術(shù)、 傳感器技術(shù)等相結(jié)合， 可檢測汽車倒車，其障礙物與汽車的距離，通過發(fā)光二極管閃爍的頻率來顯示距離，障 礙物越近，閃爍的頻率越高，并根據(jù)障礙物與車尾的距離遠近實時發(fā)出報警。 雖然我們設(shè)計的倒車雷達和轎車上的倒車雷達有很大的差別。 但這個設(shè)計把我們平 時學(xué)

2、到的理論運用到實踐里去了，同時教會了我們怎么樣使用實驗室的儀器，提高了我 們動手實踐的能力和文字表達能力。 01 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 1. 汽車倒車雷達的初步認識 1.1 汽車倒車雷達的原理 倒車雷達是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計開發(fā) 的。探頭裝在后保險杠上，主要于前后保險杠上安裝。探頭能夠以最大水平 120 度垂直 70度范圍輻射，上下左右搜尋目標。 它最大的好處是能探索到那些低于保險杠而司機從 后窗難以看見的障礙物，并報警，如花壇、路肩、蹲在車后玩耍的小孩等。 倒車雷達的顯示器裝在后視鏡上，它不停地提醒司機車距后面物體還有多少距離， 到危

3、險距離時，蜂鳴器就開始鳴叫，以鳴叫的間斷 / 連續(xù)急促程度，提醒司機對障礙物 的靠近，及時停車。 倒車雷達就相當于超聲波探頭，從整體上來說超聲波探頭可以分為兩大類：一是用 電氣方式產(chǎn)生超聲波，其二是用機械方式產(chǎn)生超聲波，鑒于目前較為常用的是壓電式超 聲波發(fā)生器，它有兩個電晶片和一個共振板，當兩極外加脈沖信號，它的頻率等于壓電 晶片的固有震蕩頻率時，壓力晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，將機械的能轉(zhuǎn)為 電信號的這一過程，這就成了超聲波探頭的工作原理。為了更好地研究超聲波和利用起 來，人們已經(jīng)設(shè)計和制造出很多超聲波發(fā)聲器，超聲波探頭加以運用在使用汽車倒車雷 達上。 這種原理用在一種非接觸檢測技術(shù)

4、上， 用于測距來說其計算簡單 ,方便迅速 ,易于做 到實時控制，距離準確度達到工業(yè)實用的要求。倒車雷達用于測距上，在某一時刻發(fā)出 超聲波信號，在遇到被測物體后的射回信號波，被倒車雷達接收到，得用在超聲波信號 從發(fā)射到接收回波信號這一個時間而計算出在介質(zhì)中的傳播速度， 這就可以計算出探頭 與被探測到的物體的距離。 1.2 汽車倒車雷達的組成 倒車雷達有這幾部分構(gòu)成： 超聲波傳感器：用于發(fā)射及接收超聲波信號，通過超聲波傳感器可以測量距離。 主機：發(fā)射正弦波脈沖給超聲波傳感器，并處理其接收到的信號，換算出距離 值后，將數(shù)據(jù)與顯示器通訊。 顯示器或蜂鳴器：接收主機距離數(shù)據(jù)，并根據(jù)距離遠近顯示距離值和提

5、供不同 級別的距離報警音。 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計 按照系統(tǒng)設(shè)計的功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超 聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖 1 所示。 單片機主控芯片使用 51 系列 AT89S51單片機，該單片機工作性能穩(wěn)定，同時也是 在單片機課程設(shè)計中經(jīng)常使用到的控制芯片。 發(fā)射電路由單片機輸出端直接驅(qū)動超聲波發(fā)送。 接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調(diào)試工作小較小。系統(tǒng)設(shè)計框 圖如圖 1 所示。 顯示模塊 超聲波接 收模塊 單片機控制系統(tǒng) AT89C51 超聲波發(fā) 射模塊 供電單元 圖 1 系統(tǒng)設(shè)

6、計框圖 硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、 超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電 路、報警輸出電路、供電電路等幾部分。單片機采用 AT89S51，系統(tǒng)晶振采用 12MHz高 精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機用 P2.7 端口輸出超聲波 換能器所需的 40kHz的方波信號， P3.5 端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。 顯示 電路采用簡單實用的 3 位共陽 LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的 P2口，位碼輸出 端口分別為單片機的 P3.4、P3.2、P3.3 口, 數(shù)碼管位驅(qū)運用 PNP三極管 S9012三極管驅(qū) 動。 2.1 AT89S51 單片機 AT89S51

7、是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS位8 單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器 , 器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲 技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 AT89S51集 Flash 程序存儲器既可在線編程 （ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中， ATMEL公司的功能強大，低價位 AT89S51單片機可為您提 供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要性能參數(shù)： 全雙工串行 UART通道 低功耗空閑和掉電模式 中斷可從空閑模喚

8、醒系統(tǒng) 看門狗（ WD）T 及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標識和快速編程特性 與 MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 閃速存儲器 靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP 字節(jié)或頁寫模式） 4.0 5.5V 的工作電壓范圍 2 個16位定時/計數(shù)器 全靜態(tài)工作模式： 0Hz 33MHz 32 個可編程 I/O 口線 1000 次擦寫周期 6 個中斷源 三級程序加密鎖 128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 除此以外 AT89S51還提供一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 同時， AT89S51可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式 停

9、止 CPU的工作，但允許 RAM，定時計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電 方式保存 RAM中 的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù) 位。 AT89C51引腳圖如圖 2 所示。 圖2 AT89C51引腳圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 2.2 超聲波測距的系統(tǒng)及其組成 本系統(tǒng)由單片機 AT89S51控制，包括單片機系統(tǒng)、發(fā)射電路與接收放大電路和顯示 電路幾部分組成。硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和 超聲波接收電路三部分。單片機采用 AT89S51。采用 12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn) 定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機

10、用 P2.7 端口輸出超聲波換能器所需的 40kHz 的方 波信號， P3.5 端口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的 3 位共陽 LED數(shù)碼管，段碼輸出端口為單片機的 P2口，位碼輸出端口分別為單片機的 P3.4 、 P3.2、P3.3 口, 數(shù)碼管位驅(qū)運用 PNP三極管 S9012三極管驅(qū)動。超聲波接收頭接收到反 射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單片機 P3.5 輸入一個低電平脈沖。單片機控制 著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內(nèi)部計時器 T0計時，當檢測到 P3.5 由 高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止?nèi)部計時器計時。單片機將測得的時間與聲速相乘再除 以 2

11、即可得到測量值，最后經(jīng) 3 位數(shù)碼管將測得的結(jié)果顯示出來。 2.2.1 超聲波測距單片機系統(tǒng) 超聲波測距單片機系統(tǒng)主要由： AT89S51單片機、晶振、復(fù)位電路、電源濾波部份 構(gòu)成。由 K1，K2 組成測距系統(tǒng)的按鍵電路。用于設(shè)定超聲波測距報警值。超聲波測距 單片機系統(tǒng)如圖 3 所示。 圖 3 超聲波測距單片機系統(tǒng) 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 2.2.2 超聲波發(fā)射、接受電路 超聲波發(fā)射電路由電阻 R1、三極管 BG1、超聲波脈沖變壓器 B 及超聲波發(fā)送頭 T40 構(gòu)成，超聲波脈沖變壓器，在這里的作用是提高加載到超聲波發(fā)送頭兩產(chǎn)端的電壓，以 提高超聲波的發(fā)射功率，從而提高測量距

12、離。接收電路由 BG1、BG2 組成的兩組三級管 放大電路構(gòu)成；超聲波的檢波電路、比較整形電路由C7、D1、D2 及 BG3組成。 40kHz 的方波由 AT89S51單片機的 P2.7 輸出，經(jīng) BG1推動超聲波脈沖變壓器，在脈沖變壓器 次級形成 60VPP的電壓，加載到超聲波發(fā)送頭上，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波。發(fā)送 出的超聲波，遇到障礙物后，產(chǎn)生回波，反射回來的回波由超聲波接收頭接收到。由于 聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大，整形，最后 輸出一負跳變，輸入單片機的 P3 腳。超聲波發(fā)射如圖 4 所示，接收電路如圖 5 所示。 圖 4 超聲波測距發(fā)送單元圖

13、圖 5 超聲波測距接收單元 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 該測距電路的 40kHz 方波信號由單片機 AT89S51 的 P2.7 發(fā)出。方波的周期為 1/40ms，即 25s，半周期為 12.5 s。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便 可產(chǎn)生 40kHz方波。由于單片機系統(tǒng)的晶振為 12M晶振，因而單片機的時間分辨率是 1s， 所以只能產(chǎn)生半周期為 12s或 13s的方波信號，頻率分別為 41.67kHz 和 38.46kHz。 本系統(tǒng)在編程時選用了后者，讓單片機產(chǎn)生約 38.46kHz 的方波。 由于反射回來的超聲波信號非常微弱，所以接收電路需要將其進行放大。接收到的

14、 信號加到 BG1、BG2組成的兩級放大器上進行放大。每級放大器的放大倍數(shù)為70 倍。放 大的信號通過檢波電路得到解調(diào)后的信號，即把多個脈沖波解調(diào)成多個大脈沖波。這里 使用的是 I N 4148 檢波二極管，輸出的直流信號即兩二極管之間電容電壓。該接收電 路結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，制作難度小。 2.2.3 顯示電路 本系統(tǒng)采用三位一體 L E D 數(shù)碼管顯示所測距離值。數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示，段 碼輸出端口為單片機的 P2口，位碼輸出端口分別為單片機的 P3.4、P3.2、P3.3 口,數(shù) 碼管位驅(qū)運用 PNP三極管 S9012三極管驅(qū)動。系統(tǒng)顯示電路如圖 6 所示。 圖 6 系統(tǒng)顯示電路 2.2

15、.4 供電電路 本測距系統(tǒng)由于采用的是 LED數(shù)碼管用為顯示方式，正常工作時，系統(tǒng)工作電流約 為 30-45mA，為保證系統(tǒng)統(tǒng)計的可靠正常工作，系統(tǒng)的供電方式主要交流AC6-9 伏，同 時為調(diào)試系統(tǒng)方便，供電方式考慮了第二種方式，即由 USB口供電，調(diào)試時直接由電腦 6 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 USB口供電。 6 伏交流是經(jīng)過整流二極管 D1-D4整流成脈動直流后，經(jīng)慮波電容 C1慮波 后形成直流電，為保證單片機系統(tǒng)的可電，供電路中由 5 伏的三端稱壓集成電路進行穩(wěn) 壓后輸出 5 伏的真流電供整個系統(tǒng)用電，為進一步提高電源質(zhì)量， 5 伏的直流電再次經(jīng) 過 C3、 C4 濾波

16、。系統(tǒng)供電電路如圖 7 所示。 圖 7 系統(tǒng)供電電路 2.2.5 報警輸出電路 為提高測測距系統(tǒng)的實用性， 測距系統(tǒng)的報警輸出提供開關(guān)量有兩種方式。 方式一： 報警信號由單片機 P3.1 端口輸出，繼電器輸出，可驅(qū)動較大的負載，電路由電阻 R6、 三極管 BG9、繼電器 JDQ組成，當測量值低于事先設(shè)定的報警值時，繼電器吸合，測量 值高于設(shè)定的報警值時，繼電器斷開。方式二：報警信號由單片機 P0.2 口輸出，提供 聲響報警信號，電路由電阻 R7、三極管 BG8、蜂鳴器 BY組成，當測量值低于事先設(shè)定 的報警值時，蜂鳴器發(fā)出“滴、滴、滴”報警聲響信號，測量值高于設(shè)定的報警值 時，停止發(fā)出報警聲響

17、。報警輸出電路如圖 8 所示。 圖 8 報警輸出電路 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 3.1 軟件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)是基于超聲波測距的倒車雷達。系統(tǒng)由系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)碼管顯示模塊、 發(fā)射接收控制模塊、運算結(jié)果處理模塊、聲光報警模塊?？傮w框架圖如圖9 所示 系統(tǒng)各功能模塊 統(tǒng)始模 塊 系初化 數(shù)碼 管顯 示模 塊 射收制 發(fā)接控 運 算 結(jié) 果 處 理 模 塊 聲光 報警 模塊 圖9 總體框架圖 3.2 主程序設(shè)計 主程序先對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時器 0 為計數(shù)，設(shè)定時器 1 定時。置位總中斷允 許位 EA。進行程序主程序后，進行定時測距判斷，當測距標志

18、位ec=1 時，測量一次， 超聲波測距頻度是 4-5 次/ 秒。測距間隔中，整個程序主要進行循環(huán)顯示測量結(jié)果。當 調(diào)用超聲波測距子程序后，首先由單片機產(chǎn)生 4 個頻率為 38.46kHz 超聲波脈沖，加載 的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動內(nèi)部計時器 T0 進行計時， 為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時，單片機需要延時 約 1.5 -2ms 時間后，才啟動對單片機 P3.5 腳的電平判斷程序。當檢測到 P3.5 腳的電 平由高轉(zhuǎn)為低電平時，立即停止 T0計時。由于采用單片機采用的是 12 MHz的晶振，計 時器每計一個數(shù)就是 1s，當超聲波測距子程序

19、檢測到接收成功的標志位后， 將計數(shù)器 T0中的數(shù)計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離。 設(shè)計時取 15時的聲速為 340 m/s 則有： d=(c t)/2=172 T0/10000cm其中， T0為計數(shù)器 T0 的計算值。測出距離后結(jié)果 將以十進制 BCD碼方式送往 LED顯示約 0.5s ，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。 3.3 超聲波測距子程序及其流程圖 產(chǎn)生超聲波程序流程圖如圖 10 所示。 圖 10 產(chǎn)生超聲波程序流程圖 產(chǎn)生超聲波程序代碼為： void wdzh() TR0=0; TH1=0 x00; TL1=0 x00; csbint=1; sx=0; delay(1700)

20、; csbfs(); 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 csbout=1; TR1=1; i=yzsj; while(i-) i=0; while(csbint) / 判斷接收回路是否收到超聲波的回波 i+; if(i=3300) csbint=0; TR1=0; s=TH1; s=s*256+TL1; TR0=1; csbint=1; jsz=s*csbc; / 計算測量結(jié)果 jsz=jsz/2; 產(chǎn)生超聲波的子程序：為了方便程序移置及準確產(chǎn)生超聲波信號，本測距的超聲波 產(chǎn)生程序是用匯編語言編寫的進退聲波產(chǎn)生程序。產(chǎn)生的超聲波個數(shù)為 UCSBFS SEGMENT CODE RSEG

21、 UCSBFS PUBLIC CSBFS CSBFS: mov R6,#8h ; 超聲波發(fā)射的完整波形個數(shù)：共計四個 here: cpl p2.7 ;輸出 40kHz 方波 nop nop djnz R6,here RET END 10四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 3.4 超聲波測距流程圖 超聲波測距流程圖如圖 11 所示 11 圖 11 超聲波測距流程圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院電子工程系課程設(shè)計報告 4. 設(shè)計總結(jié) 確定設(shè)計題目后，我們首先分析了汽車倒車雷達與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系，然后對汽 車倒車雷達系統(tǒng)功能進行描述， 確定汽車倒車雷達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖， 最后進行電路設(shè)計。 通過本次

22、課程設(shè)計，我體會到了學(xué)習不但要把書本知識學(xué)好，要得弄懂東西還要自己勤 翻書，上網(wǎng)查資料，要勤動腦，學(xué)會思考，可以從各個方面去思考同一個問題，最重要 的是要學(xué)會學(xué)以致用。把一個大的電路分割成很多小模塊后會容易很多，設(shè)計起來也相 對靈活，會有一個清晰的思路。 通過本次的課程設(shè)計，把上學(xué)期剛剛學(xué)過的單片機知識和加入到了設(shè)計的過程中， 其中的單片機應(yīng)用是一個難點，利用單片機是一種十分有效的方法，它可以讓我們簡化 一部分硬件電路的設(shè)計，并且可以快捷簡便的控制電路。但是在使用單片機的過程中， 遇到了很多困難，其中包括硬件和軟件的問題。在編程的過程中，雖然控制的目的很明 了，但是具體實施起來，程序的編譯就有

23、些困難了。如雷達的原理和程序的編寫，對于 這樣的問題我通過在網(wǎng)上和圖書館里查閱資料對它有了大概的了解。 通過這次課程設(shè)計 讓我清楚了現(xiàn)在專業(yè)課的重要點，通過現(xiàn)在的專業(yè)課汽車電器與電子控制系統(tǒng) 讓我們學(xué)習了解汽車身上的電子電路的結(jié)構(gòu)，明白其工作和設(shè)計的原理。同時讓我清楚 了要實現(xiàn)汽車的某一個功能不僅要會設(shè)計電路而且要懂得如何編寫程序， 只有電路和程 序同時正確才能正確完成自己設(shè)計的初衷。 所以在接下來的學(xué)習中我不僅要學(xué)好現(xiàn)在的 專業(yè)課而且還要復(fù)習原來的 C語言程序的編寫。經(jīng)過全組同學(xué)的努力，設(shè)計終于完成了， 雖然用到了很多學(xué)過的知識，但對于單片機的應(yīng)用然有很多的問題，不夠熟練，掌握的 不夠全面，也不夠深入，只了解一些比較膚淺的知識。 同時也十分感謝陳老師的幫助， 在寫課程設(shè)計的過程中陳老師給我指出了我課程設(shè) 計中的不足，幫我不斷的完善了我的課程設(shè)計。 也讓我自己清洗的認識到了自己的不足。 在今后的學(xué)習和生活中我會努力地學(xué)習理論知識，并且有效地將理論和實踐相結(jié)合。 5. 參考文獻 1 康華光：電子技術(shù)基礎(chǔ)