【正文】 超聲波倒車?yán)走_(dá)的硬件設(shè)計(jì)摘 要超聲波倒車?yán)走_(dá)采用超聲波測(cè)距原理，駕駛者在倒車時(shí)，將汽車的擋位推到倒車擋，便啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)，在控制器控制下，由裝置在車尾保險(xiǎn)扛上的探頭發(fā)出超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后計(jì)算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由LED顯示器顯示數(shù)據(jù)和蜂鳴器聲發(fā)出警示信號(hào)，從而使駕駛者倒車時(shí)不至于撞到障礙物。整個(gè)過(guò)程，駕駛員無(wú)須回頭便可知車后的情況，使停車和倒車更容易，更安全。本文在查閱、分析國(guó)內(nèi)外倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)有關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新研究成果，對(duì)基于超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的研制進(jìn)行了深入的探討和研究。該系統(tǒng)分為測(cè)距模塊、系統(tǒng)控制模塊和顯示報(bào)警模塊，并分別對(duì)其進(jìn)行方案分析，構(gòu)建了倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架和設(shè)計(jì)方案；在硬件電路中，詳細(xì)闡述了運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可視倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的測(cè)距實(shí)現(xiàn)原理，分析了STC89C52單片機(jī)為主控單元的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，并通過(guò)系統(tǒng)仿真研究，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性和可行性。關(guān)鍵字：超聲波,倒車?yán)走_(dá),傳感器,STC89C52單片機(jī)The hardware design of automobile reversing radar system based on ultrasound distance measurementABSTRACTThe ultrasonic distance principle, drivers in reverse, the gears to push the car back and start against Reverse gear radar, under the control of the controller, the device to carry on the rear insurance send ultrasonic probe, obstacle, sensor, echo signal after receiving echo signal controller, which calculated data processing, the distance between the body and the obstacles and obstacles, then LED by a warning signal and noise, thus make the drivers reverse not mask obstacles. The whole process, without turning and car drivers that after, parking and reverse easier, more safety.Based on the analysis of domestic consulting, reverse radar system on the basis of relevant technology, bining the latest research results of the based onultrasonic ranging backdraft radar warning system is discussed and studied. This system is divided into rangefinder module, the system control module and display alarming module, and carries on the analysis, to construct the backing of the earlywarning radar system architecture and design scheme, In the hardware circuit, this paper expounds the application of visualization technology realization of location backdraft radar warning system, and analyzes the realization principle for the control unit of STC89C52 system hardware and software design, and through the system simulation verified the feasibility and reliability of the system.Key words: ultrasonic sensors, radar, reversing STC89C52目 錄摘 要 1第一章 緒論 5 5 6 課題研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)目標(biāo) 8： 9第二章 課題設(shè)計(jì)原理與思路 9 超聲波測(cè)距原理 9 影響精度的因素分析 11 發(fā)射接收時(shí)間對(duì)測(cè)量精度的影響分析 11 當(dāng)?shù)芈曀賹?duì)測(cè)量精度的影響分析 12 14 16 16： 17第三章 系統(tǒng)硬件電路介紹 17 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 18 STC89C52引腳具體介紹 18 STC89C52主要功能如表31所示 19 時(shí)鐘電路 20 最小系統(tǒng) 21 21 21 超聲波測(cè)距電路 22 顯示器LCD1602 25 液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn) 25 液晶顯示器的原理 26 LCD1602主要參數(shù)以及引腳功能 28 數(shù)字溫度計(jì)DS18B20 31 31 DS18B20的介紹 31 穩(wěn)壓電源電路 32 預(yù)警電路 33： 34第四章 硬件與軟件的調(diào)試 34 34 35 36 36： 37第五章 結(jié) 論 37致 謝 38參考文獻(xiàn) 39附錄1 英文原文 40附錄2 中文翻譯 46附錄3 程序源代碼 51第一章 緒論改革開放以來(lái)，私家車慢慢的去帶來(lái)了自行車，國(guó)家信息中心信息資源部主任徐長(zhǎng)明預(yù)計(jì)，2006年中國(guó)乘用車總量將達(dá)到420萬(wàn)輛。在國(guó)際市場(chǎng)上，％上升至2006年的11％。到2006年年底，國(guó)內(nèi)汽車需求量將達(dá)700萬(wàn)輛，超過(guò)汽車消費(fèi)大國(guó)日本，成為僅次于美國(guó)的世界第二大汽車消費(fèi)國(guó)。2009年轎車將大量進(jìn)入家庭，從定性角度看，轎車市場(chǎng)發(fā)展至少還將有20年的快速增長(zhǎng)。如果國(guó)內(nèi)GDP2020年比2000年翻兩番的話，2020年前后中國(guó)將超過(guò)美國(guó)，汽車需求量將達(dá)到2000萬(wàn)輛，成為世界第一大汽車市場(chǎng)?，F(xiàn)在的汽車越來(lái)越多，車位也越來(lái)越多，泊位卻越來(lái)越小。新司機(jī)越來(lái)越多，女司機(jī)也越來(lái)越多，刮蹭、倒車事故等越來(lái)越多，因倒車事故引發(fā)的糾紛也越來(lái)越多。以上的事實(shí)及數(shù)字讀起來(lái)索然無(wú)味，但卻實(shí)實(shí)在在地告訴我們一種新的消費(fèi)趨勢(shì)正在形成，一片近乎空白的市場(chǎng)已凸現(xiàn)眼前?，F(xiàn)在汽車出廠大多都不配備倒車?yán)走_(dá)，有安裝倒車?yán)走_(dá)的車也是和倒車?yán)走_(dá)廠家合作生產(chǎn)?；诖耍阕灾髟O(shè)計(jì)開發(fā)一種主要用于售后市場(chǎng)的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、成本低廉的倒車?yán)走_(dá)。也許你還沒(méi)有買車，也許你已經(jīng)是好多輛車的車主了，但你一定見(jiàn)過(guò)或遇到過(guò)倒車不當(dāng)造成的刮蹭和倒車事故。“倒，倒，再倒，好，停?！毕嘈乓话愕能囍髟谕＼噲?chǎng)泊位時(shí)，都會(huì)遇到車輛保管員的“熱情招呼”。即使駕駛技術(shù)嫻熟的駕車?yán)鲜衷诘管嚂r(shí)難免會(huì)因從后視鏡判斷距離失誤而發(fā)生意外，何況越來(lái)越多的新手司機(jī)在技術(shù)生疏，方向感差的情況下倒車，發(fā)生事故的概率大大增加了。鑒于此，汽車高科技產(chǎn)品家族里，專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車?yán)走_(dá)”便應(yīng)運(yùn)而生了。而且，越來(lái)越先進(jìn)的產(chǎn)品便投放到市場(chǎng)中，已廣為人知。倒車?yán)走_(dá)是汽車泊車的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示和告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除駕駛員泊車和起動(dòng)車輛對(duì)前后左右探視所引起的困擾，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。 經(jīng)過(guò)五年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)了六代的技術(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、防炫目、和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這四種。(1)倒車?yán)忍嵝选暗管囌?qǐng)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)在只有小部分商用車還在使用。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會(huì)響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說(shuō)，它對(duì)司機(jī)并沒(méi)有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)。(點(diǎn)評(píng)：汽車在倒車狀態(tài)，語(yǔ)音提示路人小心，但價(jià)格便宜，100元左右就能買到，基本屬于淘汰產(chǎn)品。)(2)蜂鳴器提示這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時(shí)，~，蜂鳴器就會(huì)開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。(點(diǎn)評(píng)：沒(méi)有語(yǔ)音提示，也沒(méi)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(duì)駕駛員幫助不大。價(jià)格在200~400元之間。)(3)數(shù)碼波段顯示比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，；如果是人。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)品由三種顏色來(lái)區(qū)別：綠色代表安全距離，；黃色代表警告距離，~；紅色代表危險(xiǎn)距離，你必須停止倒車。(點(diǎn)評(píng)：第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，但比較實(shí)用，但安裝在車內(nèi)不太美觀，價(jià)格在400~1000元左右。)(4)液晶熒屏顯示這一代產(chǎn)品有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動(dòng)汽車，顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離。 (點(diǎn)評(píng)：動(dòng)態(tài)顯示，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，價(jià)格在800~1500元之間。不過(guò)液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。)(5)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(cè)知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。 (點(diǎn)評(píng)：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)倒視鏡的位置。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，不過(guò)價(jià)格稍高，在1000~2000元之間。)(6) 無(wú)線倒車?yán)走_(dá)全新無(wú)線液晶倒車?yán)走_(dá)，融無(wú)線連接、 倒車?yán)走_(dá)、彩色液晶顯示、BP警示音、于一體。由于普通倒車?yán)走_(dá)安裝時(shí)，從車后雷達(dá)主機(jī)到車前儀表臺(tái)上顯示器要布一條線，這樣要拆裝車內(nèi)的裝飾板、膠條等，非常不方便。現(xiàn)在最新推出的第六代無(wú)線液晶倒車?yán)走_(dá)，一舉解決此問(wèn)題，車后主機(jī)和顯示器之間無(wú)線連接，方便快捷。更可在大巴、卡車等車身長(zhǎng)的車上使用，使安裝更容易。 (點(diǎn)評(píng)：第六代無(wú)線倒車?yán)走_(dá)特點(diǎn)： ,數(shù)碼顯示。，省去拆卸車內(nèi)裝飾麻煩，安裝更容易。，高貴典雅。，車后探頭方位閃動(dòng)，智辨左右。，可以適應(yīng)不同的環(huán)境。)小結(jié)：據(jù)此，本課題以經(jīng)濟(jì)、方便、實(shí)用、能跟上時(shí)代為主，選擇類似第五代的以STC89C52為核心的超聲波倒車?yán)走_(dá)為研究和設(shè)計(jì)對(duì)象。 課題研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)目標(biāo)本系統(tǒng)主要為八個(gè)大模塊，它們分別是：STC89C52最小系統(tǒng)模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、雙溫度測(cè)量模塊、LCD顯示模塊、聲音報(bào)警模塊、串口通信模塊、萬(wàn)年歷模塊。其中串口通信模塊和萬(wàn)年歷模塊是附加模塊，附加模塊是為了資源利用最大化。 系統(tǒng)采用單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)作為主控制器,系統(tǒng)采用+5V電壓供電。以單片機(jī)為核心，主要可以實(shí)現(xiàn)以下基本功能：通過(guò)采樣獲取到超聲波的傳播時(shí)間，用軟件來(lái)計(jì)算出距離，并且可以采集環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)距補(bǔ)償。在此基礎(chǔ)上添加了兩個(gè)附加功能：萬(wàn)年歷顯示和串口通信。本論文前半部分主要介紹模塊的功能、元器件的參數(shù)與選取以及選取的理由，后半部分是加載程序后的各功能的調(diào)試，與調(diào)試結(jié)果。計(jì)劃實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：首先實(shí)現(xiàn)主要功能：測(cè)量并顯示具體距離，；其次實(shí)現(xiàn)雙溫度顯示語(yǔ)音報(bào)警功能；然后后實(shí)現(xiàn)附加功能：萬(wàn)年歷顯示與串口通信；最后是對(duì)設(shè)計(jì)的總結(jié)。內(nèi)容如圖11所示：超聲波發(fā)射模塊STC89C52最小系統(tǒng)LCD顯示模塊串口通信模塊（附加）聲音報(bào)警模塊超聲波接收模塊圖11雙溫度測(cè)量模塊萬(wàn)年歷模塊（附加）： 第一章主要論述了汽車安裝倒車?yán)走_(dá)的意義、倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展過(guò)程以及課題研究的內(nèi)容與設(shè)計(jì)目標(biāo)。第二章 課題設(shè)計(jì)原理與思路 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷的檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射與接收回波的時(shí)間差t,然后求出來(lái)距離，式中的C為超聲波的波速。由于超聲波也是一種聲波，其速度C與溫度有關(guān)，不同溫度下的聲速會(huì)有所不同。在使用時(shí)，如果溫度變化不太大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求非常高，則必須通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕ＵＢ曀俅_定已后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得其間的距離。這就是超聲波測(cè)距的機(jī)理。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，會(huì)在發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就會(huì)立即返回來(lái)，超聲波接收器收到發(fā)射返回波就立即停止計(jì)時(shí)。假設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為，根據(jù)計(jì)時(shí)器的記錄時(shí)間，發(fā)射點(diǎn)與礙物之間的距離，如圖21所示 圖21 超聲波測(cè)距的基本原理圖21中的被測(cè)距離為H，兩探頭的中心距離的一半用M表示，超聲波單程傳播的距離用表示，由圖可得： () ()將式（）帶入式（）得： ()在整個(gè)傳播過(guò)程中，超聲波所傳播的距離為：