汽车倒车雷达设计毕业设计成果

毕 业 设 计 成 果（产品、作品、方案）设计题目: 汽车倒车雷达设计 二级学院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2 诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在老师的指导下，独立完成所取得的成果。尽我所知，设计中除特别加以标注的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。本声明的法律结果由本人承担。学生签名： 指导教师签名： 年 月 日 年 月 日3 目 录1 绪论 .11.1 课题设计的目的和意义 .11.2 国内应用现状 .12 总体方案 .22.1 本设计的研究方法 .22.2 系统整体方案的设计 .22.3 系统整体方案的论证 .23 系统硬件设计 .33.1 AT89S51 单片机 .43.2 超声波测距的系统及其组成 .53.2.1 超声波测距单片机系统 .53.2.2 超声波发射、接受电路 .63.3.3 显示电路 .83.3.4 供电电路 .93.2.5 报警输出电路 .104 系统软件设计 .114.1 主程序设计 .114.2 超声波测距子程序及其流程图 .124.3 超声波测距流程图 .144 5 倒车雷达电路及工艺的检测方案 .155.1 电路的检测流程 .155.2 硬件电路检测方法 .16参考资料 .171 绪论 1.1 课题设计的目的和意义随着汽车的普及，越来越多的家庭拥有了汽车。交通拥挤状况也随之出现，撞车事件也是经常发生，人们在享受汽车带来的乐趣和方便的同时，更加注重的是汽车的安全性，许多“ 追尾”事故都与车距有着密切的关系。为了解决这个安全问题，设计一种汽车测距防撞报警系统势在必行。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单。所以超声波测距法是一种非常简单常见的方法，应用在汽车停车的前后左右防撞的近距离测量，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，具有声波传输的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波测距传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用 LED 显示出来，当到达一定距离时，系统能发出报警声，进而提醒驾驶人员，起到安全的左右。通过本课题的研究，将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步。该设计可广泛应用在生活、军事、工业等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且有一定的编程能力，综合运用所学的知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机程序对超声波信号进行相应的分析、计算、处理最后显示在 LED 数码管上。1.2 国内应用现状近年来，由于导航系统、工业机器人的自动测距、机械加工自动化等方面的需要，自动测距变得十分重要。与同类测距方法相比，超声波测距法具有以下优势：（1）相对于声波，超声波有定向性较好、能量集中、在传输过程中衰减较小、反射能力强等优势。（2）和光学方法相比，超声波的波速较小，可以直接测量较近的目标，纵向分辨率高；对色彩、光照度、电磁场不敏感，被测物体处于黑暗、烟雾、电磁干扰、有毒等比较恶劣的环境有一定的适应能力。特别是在海洋勘测具有独特的优点。2 （3）超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，便于小型化和集成化。随着科学技术的快速发展，超声波的应用将越来越广泛。但就目前技术水平来说，人们利用超声波的技术还十分有限，因此，这是一个正在不断发展而又有无限前景的技术。超声波测距技术在社会生活中已有广泛的应用，目前对超声波的精度要求越来越大。超声波作为一种新型的工具在各方面都有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。未来超声波测距技术将朝着更高精度，更大应用范围，更稳定方向发展。2 总体方案2.1 本设计的研究方法本设计选用 TCT40-16T/R 超声波传感器。了解超声波测距的原理的，只有对理论知识有一定的学习才能运用到实际操作中。根据原理设计超声波测距仪的硬件结构电路。对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送和接收，从而实现利用超声波测距的方法测量物体之间的距离。具体设计一个基于单片机的超声波测距器，包括单片机控制电路，发射电路，接收电路，LED 显示电路。2.2 系统整体方案的设计由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自动化的使用要求。 超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率、和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前在近距离测量方面常用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文采用 AT89S51 单片机作为控制器，用动态扫描法实现 LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器。3 2.3 系统整体方案的论证超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。3 系统硬件设计 按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块共四个模块组成。单片机主控芯片使用 51 系列 AT89S51 单片机，该单片机工作性能稳定，同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送。接收电路使用三极管组成的放大电路，该电路简单，调试工作小较小。单 片 机 控 制 系 统（ A T 8 9 S 5 1 ）超 声 波 接收 模 块超 声 波 发射 模 块供 电 单 元显 示 模 块4 图 3-1：系统设计框图硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路、报警输出电路、供电电路等几部分。单片机采用 AT89S51，系统晶振采用12MHz 高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用 P2.7 端口输出超声波换能器所需的 40kHz 的方波信号，P3.5 端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的 3 位共阳 LED 数码管，段码输出端口为单片机的 P2 口，位码输出端口分别为单片机的 P3.4、P3.2、P3.3 口,数码管位驱运用 PNP三极管 S9012 三极管驱动。3.1 AT89S51 单片机AT89S51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4k bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价位 AT89S51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。主要性能参数：与 MCS-51 产品指令系统完全兼容4k 字节在系统编程（ISP）Flash 闪速存储器1000 次擦写周期4.05.5V 的工作电压范围全静态工作模式：0Hz 33MHz三级程序加密锁1288 字节内部 RAM32 个可编程 IO 口线2 个 16 位定时计数器6 个中断源5 全双工串行 UART 通道低功耗空闲和掉电模式中断可从空闲模唤醒系统看门狗（WDT）及双数据指针掉电标识和快速编程特性灵活的在系统编程（ISP 字节或页写模式）除此以外 AT89S51 还提供一个 5 向量两级中断结构，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.2 超声波测距的系统及其组成本系统由单片机 AT89S51 控制，包括单片机系统、发射电路与接收放大电路和显示电路几部分组成，如图 3-1 所示。硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路三部分。单片机采用 AT89S51。采用12MHz 高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用 P2.7 端口输出超声波换能器所需的 40kHz 的方波信号，P3.5 端口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的 3 位共阳 LED 数码管，段码输出端口为单片机的 P2 口，位码输出端口分别为单片机的 P3.4、P3.2、P3.3 口,数码管位驱运用 PNP三极管 S9012 三极管驱动。超声波接收头接收到反射的回波后，经过接收电路处理后，向单片机 P3.5 输入一个低电平脉冲。单片机控制着超声波的发送，超声波发送完毕后，立即启动内部计时器 T0 计时，当检测到 P3.5 由高电平变为低电平后，立即停止内部计时器计时。单片机将测得的时间与声速相乘再除以 2 即可得到测量值，最后经 3 位数码管将测得的结果显示出来。3.2.1 超声波测距单片机系统超声波测距单片机系统主要由：AT89S51 单片机、晶振、复位电路、电源滤波6 部份构成。由 K1，K2 组成测距系统的按键电路。用于设定超声波测距报警值。如图 3-3。图 3-2： 超声波测距单片机系统根据前面的研究完成各个电路模板的原理设计并生成 PCB 图，制作电路板，进行实验调试。同时，对现有的系统进行测试，（2）先用万用表复核目测中认为可疑的连接或是接点，检查它们的短路状态是否与设计规定相符。再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象，如有再仔细检查出并排除。短路现象一定要在器件安装及加电前检查出。经过测试，发现现有单片机系统可以有效运行，并且在现有的K1，K2 组成测距系统的按键电路