【正文】 基于單片機的汽車倒車雷達的設計與實現(xiàn)基于單片機的汽車倒車雷達的設計與實現(xiàn)畢業(yè)論文目 錄引 言…………………………………………………………………5第一章 倒車雷達工作原理 單片機的發(fā)展及其應用8 超聲波測距9 超聲波倒車雷達的工作原理15第二章 系統(tǒng)硬件設計與相應的軟件設計 超聲波發(fā)射電路與接收電路及其距離測算程序17 超聲波測距儀的算法設計19第三章 主程序 第四章 安裝調(diào)試及分析 硬件部分38 軟件實現(xiàn)與操作40第五章 測距儀改進的設想41第六章 心得體會與總結42第七章 英語翻譯及參考文獻4429 引言 倒車雷達研究的背景及意義隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通運輸車輛的不斷增多，由此產(chǎn)生的交通問題越來越成為人們關注的問題。其中倒車事故由于發(fā)生的頻率極高，已引起了社會和交通部門的高度重視。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠大于汽車前進時的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而倒車事故給車主帶來的許多麻煩，例如撞上別人的車、消防水籠頭，如果傷及兒童更是不堪設想，有鑒于此，汽車高科技產(chǎn)品家族中，專為汽車倒車泊位設置的“倒車雷達”應運而生，倒車雷達的加裝可以解決駕駛人員后顧之憂，大大降低了倒車事故的發(fā)生。倒車雷達全稱叫“倒車防撞雷達”，也叫“泊車輔助裝置”，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倆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。提高駕駛的安全性。倒車雷達的原理與普通雷達一樣，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計開發(fā)的。通過感應裝置發(fā)生超聲波，然后通過反射回來的超聲波判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車雷達體積大小及實用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。 國內(nèi)外倒車雷達的發(fā)展現(xiàn)狀通常的倒車雷達主要由感應器（探頭）、主機、顯示設備等三部分組成。感應器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接受到的信號傳輸?shù)街鳈C，再通過顯示設備顯示出來。感應器裝在后保險杠上，以角45度輻射，檢測目標，能探索到那些低于保險杠而駕駛員從后窗又難以看見的障礙物并報警，如花壇、蹲在車后玩耍的兒童等；顯示設備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車距后面物體還有多少距離，到危險距離時，蜂鳴器就開始鳴叫，提示駕駛員停車。根據(jù)感應器種類不同，倒車雷達可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式。粘貼式感應器后有1層膠，可直接粘在后保險杠上；鉆孔式感應器是在保險杠上鉆一個洞，然后把感應器嵌進去；懸掛式感應器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設備種類不同，倒車雷達又可分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式。數(shù)字式顯示設備是一只如傳呼機大小的盒子，安裝在駕駛臺上，直接有數(shù)字表示汽車與后面物體的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員一目了然。倒車防撞雷達發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)歷經(jīng)5代。第一代的倒車雷達系統(tǒng)是轟鳴器。倒車時，轟鳴器就會開始工作，轟鳴越急，表示車輛離障礙物越近。沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。第二代倒車雷達可以顯示車后障礙物離車的距離。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，；紅色代表危險距離，必須停止倒車。第三代用液晶熒屏顯示，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的障礙物的距離。該雷達動態(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。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強，所以誤報也較多。第四代魔幻鏡倒車雷達，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2米內(nèi)的障礙物，并一不用等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達把后視鏡倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多功能整合在一起，并設計了語音功能，是目前市面上最先進的倒車雷達系統(tǒng)。其外型就是一塊倒車鏡，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。第五代倒車雷達是專門為高檔轎車生產(chǎn)的，它的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。因為是新品，售價也較高。倒車雷達的發(fā)展實際上已經(jīng)融入了整車的設計，隨著技術的成熟，價格的降低，倒車雷達將會逐漸普及成為標準配置。第一章 倒車雷達工作原理、單片機的發(fā)展及其應用單片機又稱微控制器，是在一塊硅片上集成了各種部件化微型計算機，這些部件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存貯器RAM、程序存貯器ROM、定時器/計數(shù)器和多種I/O接口電路。單片機體積小、重量輕、具有很強的靈活性而且價格不高，越來越得到廣泛的應用。8051在小中型應用場合很常見，已成為單片機領域的實際標準。80年代中期，Intel公司將8051內(nèi)核使用權以專利互換或出售形式轉給世界許多著名IC制造廠商，如PHILIPS、西門子、AMD、OKI、NEC、Atmel等，這樣8051就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百個品種的大家族。90年代，PHILIPS推出支持16位計算的X4系列。XA系列是16位單片機，又可完全兼容8051的指令系統(tǒng)。Intel推出的80C51也是與8051在機器代碼級兼容，這樣保證了8051用戶到21世紀技術的領先性。隨著硬件的發(fā)展，8051軟件工具已有C級編譯器及實時多任務操作系統(tǒng)（RIOS），單片機的程序設計更簡單、更可靠、實時性更強。因而8051系列是單片機教學的首選機型。而有內(nèi)部可擦寫RAM的89C51/52是目前我們常用的芯片。 超聲波測距的基本原理超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器原理壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結構如圖1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超聲成象所用的頻率范圍在 2∽5MHz之間，常用為3∽（每秒振動1次為1Hz，1MHz=106Hz,即每秒振動100萬次，可聞波的頻率在16－20，000HZ 之間）。 利用超聲波測距超聲波測距是單片機控制超聲波傳感器發(fā)射出超聲波束，遇到障礙后返回，然后接收它的回波，利用發(fā)、收過程中產(chǎn)生的時間差，就可以計算出前方物體離超聲波傳感器的實際距離。設計為了能測量汽車不同位置障礙物距離，設計成多傳感器測距。經(jīng)分析可知：頻率為400KHZ左右的超聲波在空氣中傳播的效率最佳，因此，為了方便處理，發(fā)射的超聲波被調(diào)制成40KHZ左右、具有一定間隔的調(diào)制脈沖波信號，如圖1所示。倒車雷達只需要在汽車倒車時工作，為駕駛員提供汽車后方的信息。由于倒車時汽車的行駛速度較慢，和聲速相比可以認為汽車是靜止的，因此在系統(tǒng)中可以忽略多普勒效應的影響。在許多測距方法中，脈沖測距法只需要測量超聲波在測量點與目標間的往返時間，實現(xiàn)簡單，因此本系統(tǒng)采用了這種方法。 系統(tǒng)工作原理框圖如圖A所示，駕駛員將手柄轉到倒車檔后，系統(tǒng)自動啟動，超聲波發(fā)送模塊向后發(fā)射40kHz的超聲波信號，經(jīng)障礙物反射，由超聲波接收模塊收集，進行放大和比較，單片機AT89C2051將此信號送入顯示模塊，同時觸發(fā)語音電路，發(fā)出同步語音提示，當與障礙物距離小于1m、發(fā)出不同的報警聲，提醒駕駛員停車。圖A 系統(tǒng)工作原理框圖1單片機控制芯片AT89C2051簡介：AT89C2051是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復擦寫的只讀Flash程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大AT89C2051單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。 AT89C2051是一個功能強大的單片機，但它只有20個引腳，15個雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是一個完整的8位雙向I/O口，兩個外中斷口，兩個16位可編程定時計數(shù)器,兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。同時AT89C2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(xù)運行。主要功能特性：兼容MCS51指令系統(tǒng)2k可反復擦寫(1000次）Flash ROM5個雙向I/O口6個中斷源兩個16位可編程定時/計數(shù)器時鐘頻率024MHz128x8bit內(nèi)部RAM兩個外部中斷源兩個串行中斷可直接驅(qū)動LED兩級加密位低功耗睡眠功能內(nèi)置一個模擬比較放大器可編程UARL通道軟件設置睡眠和喚醒功能 超聲波倒車雷達的工作原理倒車雷達只需要在汽車倒車時工作，為駕駛員提供汽車后方的信息。由于倒車時汽車的行駛速度較慢，和聲速相比可以認為汽車是靜止的，因此在系統(tǒng)中可以忽略多普勒效應的影響。在許多測距方法中，脈沖測距法只需要測量超聲波在測量點與目標間的往返時間，實現(xiàn)簡單，因此本系統(tǒng)采用了這種方法。 如圖A所示，駕駛員將手柄轉到倒車檔后，系統(tǒng)自動啟動，超聲波發(fā)送模塊向后發(fā)射40kHz的超聲波信號，經(jīng)障礙物反射，由超聲波接收模塊收集，進行放大和比較，單片機AT89C2051將此信號送入顯示模塊，同時觸發(fā)語音電路，發(fā)出同步語音提示，當與障礙物距離小于1m、發(fā)出不同的報警聲，提醒駕駛員停車。圖A 系統(tǒng)工作原理框圖