【正文】 ................................................................... 4 2 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的總體方案論證 ........................................................................... 5 超聲波測(cè)距 PWM 信號(hào)方案論證 ............................................................................. 5 超聲波測(cè)距 PWM 信號(hào)硬件實(shí)施方案 .............................................................. 5 超聲波測(cè)距 PWM 信號(hào)軟件實(shí)施方案 .............................................................. 6 超聲波測(cè)距 PWM 信號(hào)實(shí)施方案比較 .............................................................. 6 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)硬件方案論證 ........................................................................ 7 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)軟件方案論證 ........................................................................ 9 3 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ................................................................................. 10 SPCE061A 精簡(jiǎn)開發(fā)板電路原理 ............................................................................ 10 SPCE061A 簡(jiǎn)介 ................................................................................................. 10 電源模塊 ............................................................................................................ 10 放音模塊 ............................................................................................................ 11 超聲波測(cè)距模塊電路的設(shè)計(jì) .................................................................................. 11 超聲波諧振頻率調(diào)理電路的設(shè)計(jì) .................................................................... 11 超聲波回波信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì) .................................................................... 12 超聲波測(cè)距模式選擇電路的設(shè)計(jì) .................................................................... 13 轉(zhuǎn)接板電路的設(shè)計(jì) .................................................................................................. 14 顯示電路的設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 15 二極管閃爍報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ............................................................................ 15 LCD 顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ................................................................................ 15 各模塊接口分配 ...................................................................................................... 16 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 4 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................................................. 17 超聲波測(cè)距原理 ...................................................................................................... 17 μ39。現(xiàn)在市場(chǎng)上的倒車?yán)走_(dá)大多采用超聲波測(cè)距原理，駕駛者在倒車時(shí)，啟動(dòng)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。 課題背景 隨著生活 質(zhì)量的提高，工作的需要，科技的發(fā)展，人們將越來越多的在生活中和工作中將汽車作為其日常的生活工具。 倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展歷史 在幾年的時(shí)間里，隨著技術(shù)發(fā)展和用戶需求的變化，倒車?yán)走_(dá) 經(jīng)過了大致六代的 技術(shù)改良和 發(fā)展。從某種意義上說，它對(duì)司機(jī)并沒有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。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，表示障礙物離車體距離有 米以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有 ~ 米；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示離 障礙物只有不到 ~ 米的距離。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。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)空氣沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語音功能。從外觀上來看，這 套系統(tǒng)比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上來看，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 ，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。越來越多的倒車?yán)走_(dá)已經(jīng)不再僅限于提供倒車報(bào)警的單一功能，集成多種報(bào)警娛樂等功能的倒車?yán)走_(dá)已經(jīng)成為一種現(xiàn)實(shí)。 課題任務(wù)及要求 本次設(shè)計(jì)的超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)是以 SPCE061A 單片機(jī)為控制器，搭配 3 個(gè)超聲波測(cè)距模塊及 LCD、二極管、語音 3 部分組成的報(bào)警模塊所構(gòu)成。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 課題的主要內(nèi)容及目的 本文對(duì)超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，共分五章。 本設(shè)計(jì)的核心是 測(cè)距 。超聲波測(cè)距的關(guān)鍵在于發(fā)射信號(hào)的脈沖時(shí)長(zhǎng)，接收信號(hào)的數(shù)據(jù)處理，及消除其本身的余波干擾。其電路如下圖 所示： 圖 NE555構(gòu)成的 PWM信號(hào)提供電路 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 此硬件實(shí)施方案具有如下特點(diǎn)： (1) NE555 外圍電路容易搭建，驅(qū)動(dòng)電壓與 SPCE061A 一致，無需另接電源； (2) 硬件電路輸出穩(wěn)定，不易受干擾。它與 .硬件實(shí)現(xiàn)電路相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1) PWM 信號(hào)是用程序?qū)崿F(xiàn)的，減少了整個(gè)設(shè)計(jì)的成本； 2) SPCE061A 具有 16位的處理能力，其輸出的 PWM 信號(hào)無論是在頻率的精度，或是持續(xù)輸出的穩(wěn)定性上，都具有極佳的表現(xiàn)； 由 SPCE061A 同時(shí)控制 PWM 信號(hào)輸出和反射信號(hào)的計(jì)算，具有更好的靈活性，容易實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。當(dāng)超聲波測(cè)距模塊探測(cè)到障礙物的存在時(shí)，會(huì)接收到若干脈沖數(shù)目的反射信號(hào)，信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)即反映了障礙物與測(cè)試系統(tǒng)的位置關(guān)系。 單片機(jī) SPCE061A 的定 時(shí)器 B 產(chǎn)生 40KHz 的的信號(hào)為超聲波測(cè)距模組的提供超聲波信號(hào)，當(dāng)信號(hào)發(fā)出遇到障礙物后，信號(hào)將按原路返回，這時(shí)在車尾的 傳感器將檢測(cè)出返回來的超聲波信號(hào)。 3. SPCE061A 凌陽 16位單片機(jī) SPCE061A 是本倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的控制器，也是數(shù)據(jù)處理的中心。超聲波 測(cè)距模組分別在左后方，右后方和正后方，當(dāng)超聲波測(cè)距模組的探頭探測(cè)出有障礙物時(shí)，就會(huì)有以下語音提示： 表 語音報(bào)警 表 情況一 情況二 情況三 條件 正后方和左后方與右后方同時(shí)有障礙物 左后方有障礙物 右后方有障礙物 語音提示 后方 左后方 右后方 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 5. LCD 顯示電路 使用 LCM1602A 液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn) LCD 顯示。 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)軟件方案論證 軟件設(shè)計(jì)是超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分。各個(gè)部分函數(shù)都可相互調(diào)用又相對(duì)獨(dú)立可調(diào)，保證調(diào)試的便利與程序的可讀性。凌陽的 16 位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而 設(shè)計(jì)的。電源模塊的電路原理圖見圖 所示 ： 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 電源模塊的電路原理圖 放音模塊 由于本倒車?yán)走_(dá)需要實(shí)現(xiàn)語音提示障礙物的方向，故放音模塊便不可缺少。 如 LM386 的工作電壓在 4V 以上，輸出功率低于 100mW,而 SPY0030 的工作電壓僅需 ，且輸出功率能達(dá)到 700mW 左右，較低的工作電壓，又能有很好的輸出效果，這使得本系統(tǒng)即使脫離固定電源，僅使用電池供電，也能完全正常工作。 圖 CD4049引腳圖 為了防止絕緣電阻下降而導(dǎo)致超聲波轉(zhuǎn)換性能的下降，在超聲波傳感器與信號(hào)調(diào)理電路之間需要串如一個(gè)耦合電容。經(jīng)過處理的信號(hào)輸入至 LM311 的正端與 3腳提供的基準(zhǔn)電壓相比較然后輸出，若輸出為低電平，則說明無回波信號(hào)或信號(hào)太小，若輸出為高電平，則會(huì)被 SPCE061A 所接收然后做數(shù)據(jù)處理。 圖 超聲波測(cè)距模式選擇電路原理圖 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 轉(zhuǎn)接板電路的設(shè)計(jì) 文前已說明轉(zhuǎn)接板是在 SPCE061A I/O 數(shù)目不足，傳感器數(shù)量較多的情況下，針對(duì) 超聲波測(cè)距模塊的輸入輸出信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)這一特點(diǎn)，沒有選擇擴(kuò)展SPCE061A 的口線，而是使用 CD4052 模擬開關(guān)來控制三個(gè)傳感器的選通與否。此外， CD4052還設(shè)有另外一個(gè)電源端 VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS 電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān) 可傳輸峰－峰值達(dá) 15V 的交流信號(hào)。 圖 二極管閃爍報(bào)警電路原理圖 LCD 顯示報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 由于使用的 LCM1602A 液晶模塊已經(jīng)模塊化，外圍電路較為簡(jiǎn)單，不再給出。其中 IOB8， IOB9 兩口具 有 PWM脈寬調(diào)制輸出的特殊功能，IOB2， IOB3 具有外部中斷源輸入的特殊功能，故設(shè)計(jì) B 口的 IOB2， IOB9 作為超聲波測(cè)距模塊外部中斷輸入和 PWM信號(hào)輸出接口。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 4 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距原理 本設(shè)計(jì)使用超 聲波脈沖法測(cè)距。 假設(shè)室溫下聲波在空氣中的傳 播速度是 ，測(cè)量得到的聲波從聲源到達(dá)目標(biāo)然后返回聲源的時(shí)間是 t 秒，則距離 d 可以由下列公式計(jì)算： )()/(33550 stscmd ?? () 由于 聲波經(jīng)過的距離是聲源與目標(biāo)之間的兩倍，聲源與目標(biāo)之間的距離應(yīng)該是d/2。了解μ 39。當(dāng)需要編寫某寫硬件驅(qū)動(dòng)時(shí)，可能會(huì)需要編寫 C語言頭文件，而其他文件一般不需要作變動(dòng)。功能上，該部分僅有超聲波傳感器通 道選通功能，這樣主程序較為簡(jiǎn)潔，便于閱讀與調(diào)試。該部分主要完成超聲波測(cè)距的控制，輸出結(jié)果處理等功能。該部分 主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)外的語音播放功能。由于系統(tǒng)的各功能基本由各模塊完成，所以主系統(tǒng)初始化 通道選擇（ ch） 完成一次測(cè)距 測(cè)距數(shù)據(jù)處理 延時(shí) 20ms ch2? 通道清零 (ch=0) N Y 開始 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 程序的流程并不復(fù)雜。 為了保證超聲波測(cè)距結(jié)果的準(zhǔn)確性，每一個(gè)由回波信號(hào)獲得的測(cè)量值將經(jīng)過兩次參數(shù)不同的測(cè)距得到，而對(duì)同一個(gè)障礙物將六次進(jìn)行測(cè)距，獲得的六個(gè)測(cè)量值中非零值的平均數(shù)才會(huì)最終返回到單片機(jī)供輸出部分調(diào)用。經(jīng)過延時(shí)，打開 EXT1 外部中斷， TimerB開始對(duì)回波信號(hào)的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若兩次測(cè)試 EXT1 都沒有接收到回波信號(hào)則表明系統(tǒng)工作范圍內(nèi)無障礙物。由于語音部分已由凌陽公司提供相應(yīng)的語音庫函數(shù)，播放語音時(shí)直接調(diào)用對(duì)應(yīng)的接口函數(shù) (API)即可實(shí)現(xiàn)該部分的功能。