【文章內(nèi)容簡介】 物圖　顯示模塊元件的選用與論證本設(shè)計中選用的是 LCD1602 液晶屏顯示距離數(shù)據(jù)，LCD1602 是一種廣泛使用在工業(yè)中的字符型液晶顯示屏，能夠同時顯示 16 列 2 行即 32 個字符。而且 1602 中不僅有 160 個內(nèi)建的字符發(fā)生器 CGROM，集成常用字型，可以完全滿足用于所需的基本字符（不包括中文） ，還有 8 個字符發(fā)生器 CGRAM，可以憑借自己的喜好和程序需要定義一些簡單的漢字，在點數(shù)允許的情況下。價格 7 元。1602 液晶顯示屏的實物圖如下：基于單片機的倒車雷達的設(shè)計7圖 26　QC1602A 液晶顯示屏實物圖　語音模塊元件的選用與論證本設(shè)計選用的是宇音天下生產(chǎn)的芯片 SYN6288。ISD400x 系列的語音芯片是現(xiàn)在最常見的語音芯片，這一類芯片需要先將要播放的信息由錄音部分錄入到芯片中，再由播音部分播出，聲音保真，抗干擾能力強，功耗小，以其廣泛的應(yīng)用可以說明它的優(yōu)點毋庸置疑，但是以 8 位的為例，如果使用半集成的語音錄放模塊，價格在60 元以上而且元件的尺寸比較大，不適合本次的系統(tǒng)設(shè)計。與 ISD400x 系列的芯片相比，宇音天下公司生產(chǎn)的芯片更適合本次的設(shè)計，不論是早期的 OSYNO6188 還是本設(shè)計中使用的 SYN6288 都迅速的贏得了業(yè)界內(nèi)大批忠實的粉絲， SYN6288 擁有簡單的接口方便硬件連接使用，可以智能識別中文文本數(shù)字機常見的符號，通過上位機的串口可以直接發(fā)送需要播放的內(nèi)容，可以大大減小軟件編程的工作量，除此之外，它的功耗低、封裝尺寸小，半集成的語音模塊僅僅只有硬幣大小，價格僅需 50 元，加適合車載系統(tǒng)使用即節(jié)約成本也節(jié)約體積。SYN6288 語音模塊實物圖如下：圖 27　SYN6288 實物圖圖 28　喇叭的實物圖　報警模塊元件的選用與論證本設(shè)計中報警模塊使用三色 LED 和蜂鳴器進行報警。當(dāng)距離障礙物 100cm 及以上時綠色燈亮，蜂鳴器不發(fā)生鳴叫；當(dāng)距離障礙物 50cm100cm 時黃色燈低頻率閃爍，蜂鳴器發(fā)出頻率較低的鳴叫；當(dāng)距離障礙物在 50cm 以內(nèi)時紅色等高頻率閃基于單片機的倒車雷達的設(shè)計8爍，蜂鳴器發(fā)出頻率較高的鳴叫。圖 29　蜂鳴器及 LED 燈實物圖　電源及燒寫模塊元件的選用及論證本設(shè)計選用的是集成好的 USB 下載器同時供電和更新程序，由于本設(shè)計是針對車載系統(tǒng)開發(fā)，所以電源部分使用 USB 供電，但是由于在板上設(shè)計單獨的串口來更新程序明顯不實用，所以選擇集成好的 USB 下載器，既可以供電，也可以用來燒寫程序。價格 12 元。圖 210　USB 下載器實物圖基于單片機的倒車雷達的設(shè)計93　系統(tǒng)的硬件設(shè)計　整體的硬件設(shè)計通過分析上文中的系統(tǒng)的功能以及每部分的設(shè)計可以得出硬件部分的設(shè)計。單片機是整個系統(tǒng)的核心，外圍有 6 個模塊要與之相連，其中每個模塊的 VCC 和GND 端都與系統(tǒng)的高電平和低電平相連，除此以外，還有 1602 的根數(shù)據(jù)線，RS 寄存器選擇端、E 使能端和 RW 讀寫信號線，有 DHT11 的單總線數(shù)據(jù)端 DATA，有HC_SR04 的觸發(fā)控制信號輸入端 TRIG 和回響信號輸出端 ECHO，有 SYN6288 的RXD、 TXD、BUSY 和直接驅(qū)動喇叭的兩個 SPK 端以及 LED 燈和蜂鳴器端等。對于 51 系列單片機來說，P0 口為開漏輸出，內(nèi)部并沒有集成上拉電阻 [7]，所以若要使用 P0 作為普通的 I/O 端口輸出數(shù)據(jù)時，就必須外接 8 個上拉電阻，保證高電平的正確輸出，而很巧的是顯示模塊所使用的 1602 在內(nèi)部的 8 根數(shù)據(jù)總線 DB0DB7 上已經(jīng)集成了上拉電阻，所以將單片機的管腳中 與 1602 的 DB0DB7端順序相連，P0 口和 P2 口位于同一側(cè)，所以為了連線方便 1602 的另外三個控制端占用 P2 口的三個端口。又因為在功能上 LED 燈和蜂鳴器的報警模塊也屬于數(shù)據(jù)輸出端，在成品中的位置盡量靠近 1602，所以報警模塊的 4 個端口也與 P2 口的端口相連。從功能上看，HC_SR04 和 DHT11 屬于數(shù)據(jù)的輸入端，而且位置應(yīng)處于板的邊緣，同時兩者應(yīng)該距離較近，所以將 HC_SR04 的 ECHO 和 TRIG 以及 DHT11 的DATA 端連到 P1 口上。語音模塊使用的是上位機固定的串口 RXD/，TXD/上，同時由于程序下載也需要固定的串口端，所以這兩個端口復(fù)用。當(dāng)然為了保證單片機的正常工作還需要將它的 VCC(第 40 管腳) 接高電平，GND( 第 20 管腳)接低電平，RST( 第 9 管腳)接復(fù)位電路，XTAL1(第 19 管腳)、XTAL2( 第 20 管腳)接時鐘電路，EA/VPP( 第 31 管腳)直接接高電平，選擇內(nèi)部程序存儲器 [1]。本次硬件設(shè)計使用的軟件是 Protel99se，這個軟件集成了豐富的元件封裝，常用的器件基本都可以直接使用，當(dāng)遇到?jīng)]有封裝的元件時，Protel 也提供了原理圖庫文件和 PCB 的庫文件可以自己制作元件的封裝。而且還可以對繪制的電路圖進行電氣檢查、列出元件清單，當(dāng)然它最強大的功能還是印刷電路板的設(shè)計，可以幫助使用者對硬件進行排線等，雖然 DXP2022 比 Protel99se 更加先進，但是運行所需內(nèi)存較大，電腦運行慢，所以還是選擇 Protel99se?！∶總€模塊的硬件設(shè)計　測距模塊的硬件特點及外圍電路對于 HC_SR04 超聲波測距模塊來說，它的硬件設(shè)計非常簡單，外部沒有什么特基于單片機的倒車雷達的設(shè)計10別需要添加的元件，采用高電平觸發(fā) TRIG 發(fā)射超聲波信號，然后通過檢測 ECHO的高電平持續(xù)時間計算距離。所以只需將它的 VCC 接高電平（5V ） ，GND 接地，TRIG、 ECHO 分別接單片機的 、 即可。圖 31　HC_SR04 引腳圖　溫濕度模塊的硬件特點及外圍電路DHT11 溫濕度傳感器外部共有 4 個引腳，但是 NC 引腳懸空不接，所以在電路圖中只畫出了其中 3 個引腳。它的 VCC 需提供 的電壓，為了增強它的穩(wěn)定性要在它的 VCC 和 GND 之間接一個 100nF 的電容，用以去耦濾波。為了保證高低電平的正確輸入輸出，當(dāng)連接線少于 20 米時要在 DATA 端接一個 5K 大小的上拉電阻。圖 32　DHT11 引腳及外圍電路連接圖　顯示模塊的硬件特點及外圍電路在整體的硬件連接中已經(jīng)分析過 1602 的位置與占用端口的原因，由于自帶的排阻和端口在實物上的靠近，1602 的第 4 到第 14 引腳與單片機直接相連。將第 15 引腳 A 即背光電源正接高電平，第 16 引腳 K 即背光電源負接地，將第 1 引腳 VSS 地電源接地，第 2 引腳 VDD 接高電平，比較復(fù)雜的是第 3 引腳 V0，它是液晶顯示屏的對比度調(diào)整端，使用時應(yīng)該通過 10K 大小的電位器接。當(dāng)電位器阻值變化時，效果如下圖：基于單片機的倒車雷達的設(shè)計11圖 33　對比度過低圖 34　對比度過高圖 35　對比度合理圖 36　LCD1602 引腳及外圍電路連接圖　語音模塊的硬件特點及外圍電路語音模塊集成度比較高基本不用連接外部電路，只需將喇叭的兩端接到 SPK1和 SPK2 上，VCC 接高，GND 接地，BUSY 可接可不接， RXD 接單片機 TXD 端，基于單片機的倒車雷達的設(shè)計12TXD 也是可接可不接（不接是因為本系統(tǒng)中語音芯片有些功能沒有使用） 。電路圖如下：圖 37　語音模塊引腳及外圍電路連接圖　報警模塊的硬件特點及外圍電路由于所使用的單片機 STC89C52 的端口做普通的輸入輸出時，拉電流的能力是微安級別，灌電流的能力是 10 倍的毫安級別，要點亮 LED 燈微安級別的電流是遠遠不夠的，所以通常使用的灌電流連接方式電亮 LED，即 LED 的正極直接接高電平，負極接保護電阻后接單片機的輸入輸出口。同樣，蜂鳴器也采用灌電流的連接方式連接，但是在實驗中發(fā)現(xiàn)，這樣連接并不能讓蜂鳴器發(fā)出比較高的聲音，再一次修改了蜂鳴器的連接方式，蜂鳴器的正極直接接高電平，負極接三極管 NPN 的集電極，三極管的發(fā)射極接地，基極接保護電阻后接到單片機的輸入輸出口。圖 38　報警模塊引腳及外圍電路連接圖基于單片機的倒車雷達的設(shè)計134　系統(tǒng)的軟件設(shè)計　整體的軟件設(shè)計本設(shè)計的核心使用的 51 系列的單片機，在內(nèi)存上是無法與計算機相比的，所以要在數(shù)據(jù)空間的使用和程序的復(fù)雜度上盡量節(jié)省，最大限度的使用單片機已經(jīng)集成好的比如中斷、定時器、看門狗等功能，防止程序空間以及數(shù)據(jù)空間過大溢出。在編程的過程中盡量提高程序的模塊化，增加復(fù)用率。使用的編程語言是基于 51 單片機的 C 語言，編程難度小，理解方便，已有一些集成的函數(shù)方便調(diào)用，與計算機的 C 語言相比，它更接近底層，可以按位定義和運算，十分靈活，與對應(yīng)單片機的匯編語言相比他的優(yōu)點在于可讀性強，更接近人的語言，維護、更新、擴展都更加的方便。使用 Keil4 進行軟件的編程，這個軟件界面簡單使用方便，內(nèi)部包含了 C 的編譯器還集成了大量的庫函數(shù)，當(dāng)然最喜實用的時它強大的 Debug 功能，可以將整個程序逐步運行出來，可以減小當(dāng)程序直接燒寫到板子上風(fēng)險，也比普通的仿真軟件更容易看到每一步的結(jié)果和內(nèi)部的如定時器、寄存器、內(nèi)存等的實時狀態(tài)，是單片機軟件開發(fā)必備的幫手。圖 41　keil4 的 debug 圖除了軟件編程工具外還使用 進行硬件仿真 [4]，可以在電腦上直接觀看到程序的運行結(jié)果，還有一些比如示波器等測量儀器，比上面的 Debug 更加的直觀，方便對外圍電路的設(shè)計。缺點就是本次設(shè)計中使用的版本有些低有一些元件沒有對基于單片機的倒車雷達的設(shè)計14應(yīng)的仿真，只能采用模擬的方式。圖 42　倒車雷達系統(tǒng)仿真圖在仿真圖中 HC_SR04 用兩個按鍵模擬， SYN6288 用示波器模擬，DHT11 使用ATMEGA16 模擬。其余的元件都有自己的仿真庫文件。　每個模塊的軟件設(shè)計　主程序主程序是系統(tǒng)函數(shù)的入口，起總體協(xié)調(diào)的功能，主程序中盡量少出現(xiàn)具體的處理過程，采用函數(shù)調(diào)用及返回的方式對系統(tǒng)的其他模塊進行調(diào)度，合理安排每個模塊的先后順序。程序開始運行時先對各個模塊進行初始化，先初始化液晶屏，并且延時一段時間使其穩(wěn)定，然后清屏，緊接著初始化測距模塊和語音模塊。然后對單片機的定時器進行設(shè)定，程序中使用了定時器 0 和定時器 1，并且對系統(tǒng)的中斷進行設(shè)定。再然后顯示歡迎界面，并且播報程序開始運行。緊接著就進入主程序大循環(huán)部分，調(diào)用 HC_SR04 的 SR04_read_data 函數(shù)讀取距離數(shù)據(jù)，調(diào)用 DHT11 的 getDHT11 函數(shù)讀取溫度濕度數(shù)據(jù)，檢測這兩組數(shù)據(jù)是否正確，是否超出邊界。如果沒有問題那么使用溫度濕度數(shù)據(jù)對距離數(shù)據(jù)進行校正，得到比較準(zhǔn)確的距離數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成字符串格式，調(diào)用 SYN6288 的基于單片機的倒車雷達的設(shè)計15Speech 函數(shù)播報距離數(shù)據(jù)，調(diào)用 1602 的 LCD_Write_String 函數(shù)顯示到液晶屏上，將距離與內(nèi)設(shè)閾值進行比較更新標(biāo)志，接著調(diào)用報警函數(shù)并傳遞標(biāo)志，按級別發(fā)出警報，最后延時防止超聲波的信號干擾，并且利于語音播報的完成。然后返回循環(huán)開始的地方，再次獲取數(shù)據(jù)。開始各模塊初始化定時器設(shè)定中斷設(shè)置歡迎界面及語音1讀取距離數(shù)據(jù)讀取溫濕度數(shù)據(jù)距離數(shù)據(jù)處理語音播報距離液晶顯示數(shù)據(jù)L E D 與蜂鳴器警報圖 43　主程序程序流程圖基于單片機的倒車雷達的設(shè)計16　基礎(chǔ)函數(shù)庫基礎(chǔ)函數(shù)庫是存放一些常被其它模塊的函數(shù)多次調(diào)用的函數(shù)，比如延時函數(shù)?；A(chǔ)函數(shù)庫中有兩個延時函數(shù)，是使用軟件延時來實現(xiàn)的，但是準(zhǔn)確的延時還是需要單片機的定時器來實現(xiàn)。這兩個函數(shù)一個是微妙級的一個是毫秒級，可以基本滿足程序大致延時使用。這樣寫可以大大減小代碼的重復(fù)率?！y距模塊的軟件設(shè)計測距模塊中包含了與距離測量有關(guān)的所有函數(shù)，包括 HC_SR04 的初始化，距離數(shù)據(jù)的讀取，以及啟動模塊的函數(shù)。每個函數(shù)的設(shè)計都離不開 HC_SR04 的工作特性，它的時序圖如下：圖 44　超聲波測距時序圖由時序圖可以得出，上位機需要通過 TRIG 向模塊發(fā)送一段 TTS 高電平，不少于 10uS，用來觸發(fā)超聲波模塊開始測距。函數(shù) StartModule 就實現(xiàn)了這一功能，先將 TRIG 電位拉高，然后軟件延時大于 10uS，然后再將它的電位拉低。然后在軟件中等待 ECHO 的電平變高，一旦變高就打開定時器 0，以工作方式 1 開始計數(shù)，初值為 0，等待 ECHO 電平變低，一旦變低就停止計數(shù)，并讀取 TH0 和 TL0 的值，計算 ECHO 高電平持續(xù)時間，然后進一步計算出距離，并將測量的距離值返回。其中定時器的工作方式是在初始化時進行定義的，由于本次設(shè)計中要用到多次定時計數(shù)器，所以在設(shè)置 TCON 時要使用按位或： TMOD|=0x01，這樣就不會影響到另外一個定時器的工作。因為要給定時器選擇 16 位定時器所以讓它工作在工作方式 1,，計數(shù)脈沖來自內(nèi)部而不是外部，所以 C/T 位為 0，僅需軟件啟動所以GATE=0，所以 TMOD 定義為 0x01?；趩纹瑱C的倒車雷達的設(shè)計17向 T R I G 發(fā)送 1 0 u S 高電平開計時器E C H O 為低電平E C H O 為高電平關(guān)計時器計算距離重置計時器返回開始是否是否圖 45　測距模塊程序流程圖　溫濕模塊的軟件設(shè)計該模塊的軟件設(shè)計主要是用來獲取當(dāng)前環(huán)境的溫