【正文】 ......... 19 超聲波測距程序的設(shè)計 .................................................................................... 20 語音播放程序的設(shè)計 ........................................................................................ 22 二極管閃爍程序的設(shè)計 .................................................................................... 23 LCD 初始化及驅(qū)動程序的設(shè)計 ........................................................................ 24 5 超聲波 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的整體調(diào)試 ................................................................................. 25 故障調(diào)試及解決方式 .............................................................................................. 25 聯(lián)調(diào)結(jié)果 .................................................................................................................. 27 結(jié) 論 ................................................................................................................................. 29 社會經(jīng)濟(jì)效益分析 ............................................................................................................. 30 致 謝 ................................................................................................................................. 31 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 32 附錄Ⅰ 程序清單 ............................................................................................................... 33 附錄Ⅱ 元器件清單 ........................................................................................................... 45 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒 論 超聲波雷達(dá)又稱泊車輔助系統(tǒng)， 是一種利用超聲波原理 ,由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波撞擊障礙物后 ,反射此聲波探頭 ,從而計算出車體與障礙物之間的距離。 它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、倒車和啟動車輛時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。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，得到及時的警示。從而使駕駛者倒車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。當(dāng) 汽車進(jìn)入百姓家庭， 倒車?yán)走_(dá)自然而然的走進(jìn)了人們的視野中， 保障行車安全的各個細(xì)節(jié)，越來越受到車主的重視；雖然每輛車都有后視鏡，但不可避免地都存在一個后視盲區(qū)。從記憶中的“倒車請注意”到現(xiàn)在可以在一塊 LCD 屏幕上顯示障礙物的各種信息，每一次的變革都讓人耳目一新。 不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價格上，這六代產(chǎn)品都各有特點，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。只要司機(jī)掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意。 價格便宜，基本屬于淘汰產(chǎn)品。倒車時，如果車后 ~ 米處有障礙物，蜂鳴器就會開始工 作。這種倒車?yán)走_(dá)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。如果是物體，在 米開始顯示；如果是人，在 。 在安全區(qū)，你可正常倒泊，在 警告 區(qū)，你要減速倒泊，在危險區(qū)，你則要停止倒泊。 第四代液晶熒屏動態(tài)顯示 這一代產(chǎn)品有一個質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。 LCD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。 第五代魔幻鏡倒車?yán)?達(dá) 結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，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 2 米以內(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。 因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。 第六代：整合影音系統(tǒng) 它在第五代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上新增了很多功能，屬于第六代產(chǎn)品，是專門為高檔轎車生產(chǎn)的。 倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展方向與展望 經(jīng)過多年的研究與生產(chǎn)實踐，倒車?yán)走_(dá)逐漸擺脫了以往功能單一，報警不準(zhǔn)確的問題。一、與其他車內(nèi)娛樂設(shè)備的集成；二、提高報警的準(zhǔn)確性。軍用技術(shù)的民用化，使的倒車?yán)走_(dá)預(yù)警范圍， 報警精度都有極大的提高。隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的成熟，以車載衛(wèi)星定位系統(tǒng) (GPS)作為倒車?yán)走_(dá)，也離實用化越來越近。其 測量結(jié)果應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)： 1) 語音提示可指明哪一個方向 (或區(qū)域 )在 范圍內(nèi) (~)有障礙物在探測范圍內(nèi)。 3) 利用 LCD 顯示距離等信息。第 1章簡要介紹了整個課題的研究背景、目的、意義及整個任務(wù)的要求安排；第 2章是針對此次課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，尤其重要的對 SPCE061A 單片機(jī)其 16 位的處理能力及內(nèi)嵌的語音對本設(shè)計的影響進(jìn)行詳細(xì)的闡述；第 3章具體介紹了超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括超聲波測距模塊電路，轉(zhuǎn)接板電路，顯示電路的設(shè)計；第 4章闡述了 超聲波倒車?yán)走_(dá)的軟件設(shè)計，包括超聲波測距子程序，數(shù)據(jù)處理子程序，顯示子程序，語音子程序的設(shè)計。 目的是研究一個超聲波倒車?yán)走_(dá)，要求在倒車時，啟動倒車?yán)走_(dá)， 在控制器的控制下，由傳感器發(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，來提示司機(jī)車后有障礙物，得以使 泊車和倒車 更加方便個安全。 測距 的方法有很多種，我采用的是脈沖測量法，其實質(zhì)就 是測量發(fā)射超聲波的時刻與接收到反射回波信號的時刻之間的時差，利用超聲波在空氣中傳播速度已知的條件，計算出被測目標(biāo)與傳感器之間的距離。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展及普及，更多高性能的單片機(jī)應(yīng)用使得超聲波測距的快速性和準(zhǔn)確性都有了極大的提高。本設(shè)計 使用凌陽 16位單片機(jī) SPCE061A(后文簡稱為 SPCE061A)為超聲波測距的控制器，其較高的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的指令系統(tǒng)，從硬件和軟件兩部分來改善系統(tǒng)性能，使研制成的超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)具有很好的快速性和準(zhǔn)確性，且具有較高的抗干擾能力，很符合要求。此 PWM 信號可由集成芯片 NE555 搭配合適的外圍電路構(gòu)成。 上圖顯示的是由 NE555 構(gòu)成的 40KHz PWM 驅(qū)動信號電路，該電路最大特點是與SPCE061A 具有較好的兼容性及較高抗干擾性，且軟件編寫較為便利，符合整個設(shè)計對測量精度的要求。用軟件進(jìn)行處理的優(yōu)勢在于，發(fā)射超聲波所需要的 PWM 信號和其反射信號的計算都是由同一個單片機(jī)完成，可以利用程序編寫的靈活性，極大的削弱發(fā)射與接收之間的余波干擾，使測距更加精確。 超聲波測距 PWM 信號實施方案比較 綜合比較軟件和硬件方案的優(yōu)劣，選擇軟件提供超聲波測距所需要的 PWM 信號，主要原因有如下幾點： 1) 超聲波測距的精度與給予的 PWM 信號質(zhì)量有很大的關(guān)聯(lián)，使用軟件提供 PWM信號除了能提供更高品質(zhì)的信號外，又沒有增加設(shè)計的成本，很適合畢業(yè)設(shè)計的要求。要實現(xiàn)這一功能，就必須把障礙物相對測量系統(tǒng)的位置量轉(zhuǎn)換成單片機(jī)所能識別的電量。返回的信號經(jīng)過 SPCE061A 進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算，便可將障礙物的位置信息通過語音、二極管、 LCD的方式顯示出來， 其 硬件總體方案設(shè)計 框圖如圖 所示： 圖 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 1. 超聲波測距模塊 傳感器 就 是超聲波測距模塊，它是 整個倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的核心。 圖 超聲波測距原理 超聲波距離的 原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射 SPCE061A 轉(zhuǎn) 接 板 傳感器 傳感器 傳感器 LCD 顯示 語音報警 LED 報警 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。用 發(fā)射超聲波的時刻與接收到反射回波信號的時刻之間的時差與 超聲波在空氣中的傳播速度 相乘就可得出障礙物跟車尾的距離。這樣只需要兩個端口就可完成測距，一個控制超聲波的發(fā)射，一個是檢測超聲波信號的接收信 號。它直接控制超聲波測距模塊進(jìn)行測距、處理模塊返回值并控制實現(xiàn)對外的報警功能 4. 語音報警 SPCE061A 作為 16 位單片機(jī)，其具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力，可以通過其內(nèi)置的 DAC及自動增益控制 (AGC)功能，實現(xiàn)對外的語音報警。它 所具備的單芯片語音功能采用 語音提示的方式來指明在探測范圍內(nèi)哪一個方向有障礙物 . 只要距離在 ~ 之內(nèi)，就會有語音提示。由于 LCM1062A 僅能顯示 2 行共 32個字符，故實際顯示為 3個超聲波測距模塊中，測得距離最近的那個值。當(dāng)對應(yīng)的超聲波測距模塊探測到障礙物存在時，障礙物距離測距模塊越近，發(fā)光二極管閃爍的頻率就會越高。由于本系統(tǒng)使用凌陽SPCE061A 單片機(jī)，故整個軟件架構(gòu)需要遵循凌陽 μ 39。軟件設(shè)計分為超聲波測距程序、語音播報程序、中斷程序、系統(tǒng)程序、 LCD 驅(qū)動程序、主程序六部分。整個超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)軟件流程圖如圖 所示： 圖 軟件原理流程框圖 開始 初始化 超聲波測距子程序 數(shù)據(jù)處理子程序 顯示及報警子程序 結(jié)束 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3 超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件設(shè)計是本設(shè)計的的一個重要部分。 SPCE061A 精簡開發(fā)板電路原理 SPCE061A 簡介 隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號處理（ DSP， Digital Signal Processing）等領(lǐng)域。它的 CPU 內(nèi)核采用凌陽最新推出的 ?’n SP?（ Microcontroller and Signal Processor） 16 位微處理器芯片（以下簡稱 ?’n SP?）。 特點 : 1) 體積小、集成度高、可靠性好且易于擴(kuò)展 2) 具有較強(qiáng)的中斷處理能力 3) 高性能價格比 4) 功能強(qiáng)、效率高的指令系統(tǒng) 5) 低功耗、低電壓 電源模塊 SPCE061A 的內(nèi)核供電電壓為 ,而 I/O 端口可接 也可接 5V，考慮到超聲波測距模塊需要供電電壓在 以上時才能正常工作，故使用精簡開發(fā)板上提供的 5V電源。在SPCE061A 精簡開發(fā)板上便集成了以下放音模塊。與 LM386 相比， SPY0030 有明顯的優(yōu)勢。 超聲波測距模塊電路的設(shè)計 超聲波諧振頻率調(diào)理電路的設(shè)計 超聲波諧振頻率調(diào)理電路原理圖如圖 ： 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 超聲波諧振頻率調(diào)理電路原理圖 由 SPCE061A 提供本電路工作所需要的 40KHz 方波，該信號經(jīng) CD4049 進(jìn)行頻率調(diào)理，以使超聲波傳感器發(fā)生諧振。由于超聲波的傳播距離與它的振幅成正比，使用 CD4049 能使由 SPCE061A 發(fā)出的振蕩信號的幅度增大一倍使超聲波傳播距離明顯的增長，測距的范圍得到擴(kuò)大。通過它可以將直流電壓轉(zhuǎn)換為等幅的交變電壓，保證了超聲波發(fā)射電路能夠長時間穩(wěn)定可靠的工作。本體統(tǒng)采用 NE5532 搭配外圍電路構(gòu)成 10000 倍放大器來對接收到的信號進(jìn)行放大處理。 超聲波測距模式選擇電路 的設(shè)計 超聲波測距模式選擇電路的作用是為回波信號處理電路中 LM331提供電壓比較的基準(zhǔn)電壓，其電路原理圖如圖 。雖然本系統(tǒng)只需工作在短距離測試模式即可滿足設(shè)計的性能指標(biāo)，但為了軟件標(biāo)定的便利，及其他場合的應(yīng)用，該模塊依舊保留其他兩種模式測距的選擇跳線。該部分電路圖見圖 。 “ /E”是