【正文】 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、倒車和啟動車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，為倒車導(dǎo)向，提示方向盤該如何打。駕駛者可根據(jù)操作指示完成倒車工作。它的運(yùn)用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動強(qiáng)度，降低倒車難度，避免駕駛員因方向感不強(qiáng)，判斷和操作失誤，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性，大量避免了由于倒車鏡死角和駕駛者目測據(jù)誤差等原因說引起的交通事故。同時(shí)在它的研制基礎(chǔ)上，如果完善動力執(zhí)行機(jī)構(gòu)和地圖導(dǎo)航功能，可實(shí)現(xiàn)倒車的自動控制，所以本課題的研究也將對最終實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。 目前國內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)以及使用發(fā)生了質(zhì)的變化。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這六代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和 魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。 第一代：倒車時(shí)通過喇叭提醒 。 ” 倒車請注意！ ” 想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有少部分商用車還在使用。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車?yán)走_(dá)，基本屬于淘汰產(chǎn)品。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時(shí)，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂 鳴聲越 急，表示車輛離障礙物越近。但沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但 不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對駕駛員幫助不大。 第三代： 數(shù)碼 波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在 開始顯示；如果是人，在 左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由 3 種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物距離有 以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有 ~； 紅色代表危險(xiǎn)距離，表示障礙物距離只有不到 ，必須停止倒車。 第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比較實(shí)用，但安裝在車內(nèi)影響美觀。 第四代：液晶屏動態(tài)顯示。這一代有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。 第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速 電腦 控制，可全天候準(zhǔn)確地測知 2m 以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提 電話 、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語音功能，是目前市面上最 先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。 第六代：專為高檔轎車配置的。第六代產(chǎn)品在第五代的基礎(chǔ)上新增了很多功能：外觀上看，比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看 DVD 影像。 課題的研究方法與內(nèi)容 本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用超聲波測距原理，包括超聲波傳感器 （ 俗稱探頭 ） 、控 制器和顯示器等幾個(gè)部分。駕駛者在倒車時(shí)，啟動倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時(shí)警示，從而使駕駛者倒車時(shí)做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。 本課題的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義在于 （ １ ） 將倒車自動化從被動防撞引向智能控制方向發(fā)展； （ ２ ） 體現(xiàn)了 “ 以人為本 ” 的駕 駛理念，倒車時(shí)駕駛者的視線可集中在前方，不需顧及車后狀況，增加 倒車的安全性和可靠性，并且它的應(yīng)用可減輕司機(jī)體力 和腦力勞動的強(qiáng)度； （ ３ ） 它取代了傳統(tǒng)倒車對人的駕車經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的依賴，使初學(xué)者不需要旁人指導(dǎo)也能根據(jù)提示完成 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 復(fù)雜的倒車任務(wù)； （ ４ ） 安全可靠的防碰撞預(yù)警，使駕駛者無論是白天還是夜晚都能實(shí)現(xiàn)安全倒車； （ ５ ） 這一方案建立在安裝小組件的基礎(chǔ)上，避免對汽車整車的影響，為應(yīng)用和普及創(chuàng)造了條件，經(jīng)濟(jì)性較好，易于普及。 本課題研究的主要內(nèi)容為： 超聲波倒車?yán)走_(dá)國內(nèi)外的研究歷史與現(xiàn)狀；超聲波測距原理及各種不同的方法；系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，硬件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)控制模塊、測距模塊即超聲 波發(fā)射和接收模塊，顯示報(bào)警模塊和溫度測量模塊設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)包括 按鍵 模塊、測距模塊、測溫模塊、顯示模塊設(shè)計(jì)等。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 2 基于 單片機(jī) 的倒車?yán)走_(dá)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體框圖 本系統(tǒng)以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，主要完成對鍵盤的響應(yīng)、 液晶 顯示等功能的控制，起到總控和協(xié)調(diào)各模塊之間工作的作用。單片機(jī)通過驅(qū)動蜂鳴器發(fā)響聲。 系統(tǒng)的總體框圖如圖 所示。 圖 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)總框圖 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，本設(shè)計(jì)可分為以下模塊：單片機(jī) 主控模塊、鍵盤模塊、超聲波模塊、液晶模塊、溫度測量模塊。下面對各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案逐一進(jìn)行論證分析。 超聲波收發(fā)模塊 鍵盤控制 STC89C52 顯示模塊 驅(qū)動電路 溫度測量模塊 報(bào)警模塊 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 各模塊的功能 通過按鍵對單片機(jī)的作用 ，是單片機(jī)對超聲波模塊進(jìn)行觸發(fā)。利用內(nèi)部的定時(shí)器判斷超聲波的收發(fā)時(shí)間。然后單片機(jī)在利用溫度測量模塊獲得實(shí)時(shí)溫度來對波速進(jìn)行補(bǔ)償。由單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算出波源和障礙物的距離。并通過液晶模塊和報(bào)警模塊體現(xiàn)出來。 按鍵 0：復(fù)位鍵； 按鍵 1：觸發(fā)單片機(jī)使其讓超聲波模塊工作； 按鍵 2：顯示設(shè)置上下限的菜單； 按鍵 3：切換按下的位； 按鍵 4：相 應(yīng)的變量值增加； 按鍵 5：相應(yīng)的變量減少； （ 1）采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號； （ 2）模塊自動發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回； （ 3）有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 測試距離 =（高電平時(shí)間 *聲速（ 340M/S）） /2； （由于聲速隨溫度會有變化所以增加了溫度補(bǔ)償模塊） 在常溫下，超聲波的傳播速度為 340m/s。一般溫度每升高 1 攝氏度，聲速增加約為 。則通過資 料可得波速與溫度的關(guān)系為 V=+. T 為現(xiàn)場溫度。 V 為實(shí)際波速。 用來顯示實(shí)時(shí)溫度和距離。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 3 硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)有超聲波 收發(fā) 電路、電源電路、報(bào)警電路、單片機(jī)硬件接口電路及 LCD 顯示電路組成，該系統(tǒng)的核心部分采用性能較好的 STC89C52 單片機(jī)，下面分步介紹各硬件部分的具體設(shè)計(jì)分析。 圖 系統(tǒng)硬件構(gòu)造圖 主控模塊 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash， 使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， 障礙物 發(fā)射傳感器 接收傳感器 發(fā)射 電路 接收 電路 單片機(jī) 報(bào) 警電路 測溫電路 數(shù)據(jù)顯示 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 STC89C52 單片機(jī)的基本組成框圖見圖 32。 時(shí) 鐘 電 路R O M / E P R O M / F l a s h 4 K BR A M 1 2 8 BS F R 2 1 個(gè)定 時(shí) 個(gè) / 計(jì) 數(shù) 器 2C P U總 線 控 制中 斷 系 統(tǒng)5 個(gè) 中 斷 源2 個(gè) 優(yōu) 先 級串 行 口全 雙 工 1 個(gè)4 個(gè) 并 行 口X T A L 2 X T A L 1R S TE AA L EP S E NP 0P 1P 2P 3V s sV c c 圖 32 STC89C52 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 STC89C52 單片機(jī)主要特性 1. 一個(gè) 8 位的微處理器 (CPU)。 2. 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等， SST89 系列單片機(jī)最多提供 1K 的 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 RAM。 3. 片內(nèi)程序存儲器 ROM(4KB)，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。但也有一些單片機(jī)內(nèi)部不帶 ROM/EPROM，如 8031， 8032， 80C31 等。目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢是將 RAM 和 ROM 都集成在單片機(jī)里面，這樣既方便了用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了 16K、 32K、 64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。 4. 四個(gè) 8 位并行 I／ O 接口 P0~P3，每個(gè)口既可以用作輸入，也可以用作輸出。 5. 兩個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器都可 以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的 52 系列單片機(jī)都會提供 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 6. 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。現(xiàn)在新推出的單片機(jī)都不只 5 個(gè)中斷源，例如 SST89E58RD 就有 9 個(gè)中斷源。 7. 一個(gè)全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 8. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 SST89V58RD 最高允許振蕩頻率達(dá) 40MHz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 STC89C52 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) STC89C52 系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級，可以實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制CPU 是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 STC89C52 單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時(shí)控制需求，如定時(shí)輸出、定 時(shí)檢測、定時(shí)掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。 89C52 單片機(jī)內(nèi)