基于超声波测距的汽车倒车雷达系统的设计 毕业设计论文.doc

i 摘要 本文的内容是基于超声波测距的汽车倒车雷达系统的设计，主要是利用超声波的 特点和优势，将超声波测距系统和 stc89c52rc 单片机结合于一体，设计出一种基于 stc89c52rc 单片机的汽车倒车雷达系统。本系统采用软硬件结合的方法，包括电源模 块、单片机及显示模块、报警模块、超声波发射与接收模块，具有模块化和多功能化 的特点。该设计的原理是超声波发射器发射一连串超声波，遇到障碍物后反射回来， 由超声波接收器接收，只要能计算出超声波从发射到接收的时间，就可以通过计算子 程序得出汽车与障碍物的距离，当距离小于报警距离时，发出相应的声光报警。 论文概述了汽车倒车雷达系统的发展及基本原理，阐述了超声波传感器的原理及 特性。对于系统的一些主要参数进行了讨论，并且在介绍超声波测距系统功能的基础 上，提出了系统的总体构成。通过多种设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系 统各个设计单元的原理进行了介绍。对组成各系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了 它们的工作原理。论文介绍了系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。 关键词：汽车倒车雷达系统；stc89c52rc；超声波测距 ii automobile-reversing radar system abstract the paper is based on the ultrasonic distance reversing collision avoidance system design, mainly using ultrasound features and advantages, ultrasound ranging system and the integration with the integration stc89c52rc monolithic integrated circuit,including power supply module, scm and display module, alarm module, ultrasonic transmitting and receiving modules, stc89c52rc monolithic integrated circuit based on the design of a reverse collision avoidance warning systems.the design principle of ultrasonic launcher is a series of ultrasonic, encounter obstacles reflected, by the ultrasonic receiver, as long as you can calculate the ultrasonic from transmitting to receiving time, calculation and program can be used cars and obstacle distance, when the distance is less than the alarm distance, sends out the corresponding sound and light alarm. the paper outlines the development and the basic principles of ultrasound tests on the principles and characteristics of ultrasound sensors. some of the main parameters for the system were discussed, and introducing ultrasonic ranging system functions basic, the overall composition of the system. through multiple design comparison, the best designed program drawn, and various system design modules principles introduced. on the composition of the system circuit chip introduced and elaborated the principles of their work. papers introduced system software architecture, through programming to achieve system function. keywords: automobile-reversing radar system ;stc89c52rc; ultrasonic ranging iii 目录 摘要 i automobile-reversing radar systemii 1 概述 1 1.1 国内外研究现状简述 1 1.2 设计的目的和意义 .2 1.3 设计的任务和要求 .3 1.3.1.设计任务 3 1.3.2 设计的技术要求 .3 2 课题的方案设计与论证 4 2.1 方案比较 4 2.2 系统整体方案设计 .5 2.3 系统整体方案的论证 6 3 超声波测距的原理 .8 3.1 超声波测距的原理 .8 3.2 发射接收时间对测量精度的影响分析 8 3.3 当地声速对测量精度的影响分析 .9 3.4 测量盲区 .9 4 系统硬件设计 .11 4.1 系统设计 .11 4.2 芯片 stc89c52rc 介绍 11 4.3 超声波传感器 15 4.4 超声波测距模块 hc-sr0416 4.4.1、hc-sr04 的产品特点： .16 4.4.2、hc-sr04 的电气参数： .16 4.4.3、超声波时序图： 17 4.5 系统硬件电路的设计 17 4.5.1 显示电路的设计 .18 4.5.2 报警电路设计 .19 iv 4.5.3 电源电路设计 .20 4.5.4 超声波接收电路设计 20 4.5.5 超声波发射电路的设计 21 5 系统软件设计 .24 5.1 超声波测距算法的程序设计 24 5.2 主程序设计及其流程图 .26 5.3 超声波发送及接收程序 .28 5.4 程序清单 .29 总 结 .36 致 谢 .38 参考文献 .39 附录 1 硬件原理图 40 附录 2 实物图 41 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 1 1 概述 1.1 国内外研究现状简述 汽车倒车雷达在车挂倒挡时开始工作，由探头、主机、显示器和报警器四部分构 成，探头可以根据需要安装不同的数量，目前比较常见的是 4 探头(安装于后保险杠上)和 6 探头(2 前 4 后)的；除一般的放置位置外，显示器也可以替代原来的后视镜并兼顾这 两种功能，它可以显示多种信息。例如障碍物相对于车的距离、角度和车内外温度等 (视雷达档次而定)。以 4 探头液晶显示屏的奥迪倒车雷达为例，它最远可以探测到 196m 外的障碍物，并可以显示出是由哪个探头探测到的，如果两个探头同时探测到 障碍物，则会以离车最近的障碍物为准，有些显示器上还带有“车载免提功能”，其 内有扬声器和麦克风，可以进行录音和放音。倒车雷达的提示方法也可以分为数码显 示、声音提示和语音提示等，以博视雷达为例，其背光可通过三色变换来警告危急程 度，声音提示则会通过急促程度的不同告诉驾驶员及时停车有些雷达还特别为喜欢 安静的驾驶员设置了静音开关。倒车雷达的接收方式可以分为有线式和无线式两种， 无线接收方式显然更省事，不必“走线”而拆装车内的原有装饰，也不受车型、车长 等因素的影响，其价格自然也略高些。国外汽车倒车雷达预警系统早期大多采用红外 线的发射与接收原理，不属于雷达产品， 最大的缺点是红外线易受干扰，整个系统的 警示音常呈现不稳定的乱鸣状态，另外对深黑色粗糙表面物体的反应也较差。但更糟 糕的是，无论是红外线发射器或接收器，只要任何一方让一层薄薄的冰雪或泥尘覆盖， 系统就会失效。最近在欧美出现的一种电磁感应倒车雷达。在线路上套上一个环型的 感应圈，该感应圈放置在车后的保险杠内侧，从车外完全看不出有此装置。以感应车 后是否有障碍物。此种装置价格中等，并且完全隐密，但可惜的是，安装时必须卸下 保险杠，而且只能探测动态物品，当车在后退行进时，可探测到物体，但车一旦停止 后退行进，则任何物体都不被认可。换言之，如有任何物品贴在后保险杠，当车一旦 停下再启动后，此装置并不会告知驾驶者后方有物品贴在保险杠，此车不能再后退等。 德国大众公司已经将超声波测距技术应用在倒车雷达上，并且具有前视和后视功能， 采用自举升压的方式驱动 8 路超声波传感器。 日本、美国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，采用先进的毫 米波雷达、ccd 摄像机、gps 和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级 汽车上。据海外媒体报道，戴姆勒-克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车使用的电子 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 2 刹车系统，它与其他刹车系统的区别在于，其在卡车车头设有雷达感应器，感应器在 车前观察四周环境，并将所有收集的信息交由一控制器加以处理，形成虚拟景象，再 借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车。未来两三年内这种新型刹车 系统即可量产上市，但价格昂贵，其过高的成本限制了它应用的普遍性。随着我国汽 车产业的高速发展，近两三年我国开始进入私家车时代，交通事故发生的频率也在增 加，为提高汽车运行的安全性，倒车雷达预警系统不仅深受驾驶员的青睐，也逐渐成 为汽车电子产业中新的增长点。尤其是近两年来，倒车雷达成了商家的电子新爱，众 多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车雷达，处在我国汽车电子行业环境的繁荣背景下倒 车雷达已渐渐形成一个较大的行业，而且已呈现出一派激烈竞争的态势。倒车雷达系 统经历了三个阶段，六代的技术改良，从早期的倒车防撞仪，只能测试车后有限范围 的障碍物，并发出警报，发展到根据距离远近程度分段报警，前两个阶段的倒车雷达 一般采用专用集成电路，功能较简单。随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提 高，以及单片机价格不断下降和汽车电子系统网络化发展的要求，新型的倒车雷达都 是以单片机为核心的智能测距传感系统。要求倒车雷达连续测距并显示障碍物距离， 并采用不同间歇呜叫频率的声音报警提示距离，让驾驶员全神贯注地注视场景。汽车 电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的倒车雷达具有通信功能，能够 把数据发送到汽车总线上。如最为先进的倒车雷达系统为“智能可视倒车雷达系统”， 它在车尾部撞上针孔摄像头，倒车时可以在 dvd 显示屏上显示车后的广角真实图像。 在近日上市的由东风汽车有限公司乘用车公司推出的全新一代轿车，最引人注目的是 它配备了倒车影像显示和 navi 卫星导航系统，这两项配置在同级别的轿车上可谓绝无 仅有，有效提升了轿车的档次，直接将高级别汽车的智能化从概念引入了应用。在驾 驶者挂入倒挡时，中控台上的液晶显示屏会自动切换画面，将车尾摄像头拍下的环境 状况展示在驾驶者眼前，最大程度地方便泊车，这项功能在夜间尤其具有价值。 目前市场上的倒车雷达品牌可谓是种类繁多，有铁将军、北华三松、固地、博视、 奇真、台湾俊邦、豪迪等几十种品牌，价格也是几百、上千元不等，有些厂家还根据 车型的不同，设计专用的倒车雷达。 1.2 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 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 3 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 一种汽车倒车雷达系统势在必行。 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，因而超声波经 常用于距离的测量，如测距仪和物体位移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，以及在汽车倒车雷达系统中， 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，起到安全的作用。 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 c 语言编程能力，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。 1.3 设计的任务和要求 1.3.1.设计任务 利用 stc89c52rc 单片机、超声波发射电路、超声波接收电路、led 显示电路、报 警电路等电路组成实时超声波测距系统，实现汽车倒车距离显示与控制。 1.3.2 设计的技术要求 (1)探测距离 40-400cm (2)测量误差5% (3)倒车距离150cm 时，蜂鸣器不响； 倒车距离在 80cm-150cm 时，蜂鸣器-嘟-嘟-嘟-嘟- 断续的 响； 倒车距离在 40cm-80cm 时，蜂鸣器-嘟-嘟-嘟-嘟 较急促的响； 倒车距离在40cm 时， 蜂鸣器 嘟嘟嘟嘟 连续的响，发光二极管发光。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 4 2 课题的方案设计与论证 2.1 方案比较 方案一：基于单片机的汽车倒车雷达系统 利用单片机编程产生频率为 40khz 的方波，经过发射驱动电路放大，使超声波传 感器发射端震荡，发射超声波。超声波经反射物反射回来后，由传感器接收端接收， 再经接收电路放大、整形，控制单片机中断口。其系统框图如图 2-1 所示。 发射 障 碍 接收 物 图 2-1 超声波测距系统框图 这种以单片机为核心的超声波测距系统通过单片机记录超声波发射的时间和收到 反射波的时间。当收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个高电平，在单片 机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部 中断服务子程序，读取时间差，计算距离，结果输出给 led 显示。 方案二：基于 cpld 的汽车倒车雷达系统 这种系统采用 cpld(complex programmable logic device)器件，运用 vhdl(very high speed integrated circuit hardware description language)编写程序，使用 max+plus ii 软件进行软硬件设计的仿真和调试，最终实现测距功能。 cpld 器件内部的宏单元是其最基本的模块，能独立地编程为 d 触发器、t 触发器、 rs 触发器或 jk 触发器工作方式或组合逻辑工作方式。它的这种特性非常适用于本系统， 可将本系统所需要的分频功能、计数功能、振荡器、七段码显示全部由 max 来实现， 而只需在外部配上适当的超声波传感器、接收和发送电路，即可组成一个测量精度高、 性能稳定、响应速度快且具有显示功能的汽车倒车雷达系统。 本系统利用 cpld 器件控制超声波的发射，并对超声波发射至接收的往返时间进行 计数，将计算结果在 led 上显示出来。配合使用 max+plus ii 开发软件，可集设计输 数字显示 复位键 单 片 机 发射驱动 接收处理 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 5 入、设计处理、设计校验和器件编程于一体，集成度高，开发周期短。其系统框图如 图 2-2 所示。 复位模块 分频 计数模块 脉冲发生 显示模块 七段显示 晶振 启动 复位 发射传感器 接收传感器接收放大整形 发射放大 图 2-2 基于 cpld 的汽车倒车雷达系统框图 超声波发射器向某一方向发射 40khz 的超声波，在发射超声波的同时，max7128s 内的计数器开始计数。超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就会立即返回来。超声 波接收器收到反射波后就将回波信号送到 cpld，cpld 立即停止计数。cpld 所计的时间 就是超声波从传感器到被测物的往返时间。超声波在空气中的传播速度如设定为 332m/s，根据计数器记录的时间 t，就可以计算出发射点到障碍物的距离 s，即： s=332t/2。cpld 开始计数后，只要传感器收到回波，cpld 就立即停止计数，即只有最 先返回的超声波才起作用，也就是说汽车倒车雷达系统总是测得离传感器最近的物体 的距离。 基于单片机设计的汽车倒车雷达系统具有硬件结构简单，工作可靠，准确计时， 测距精度高，而且单片机控制方便，计算简单。而基于 cpld 的汽车倒车雷达系统硬件 复杂，在适当的测量范围内测距精度不高。因此，本文采用方案一（基于单片机设计 的汽车倒车雷达系统） 。 2.2 系统整体方案设计 汽车倒车雷达系统设计是基于 stc89c52rc 单片机的超声信号检测的。因此初步计 划是在室内小范围的测试，限定在 2.5 米左右。单片机（stc89c52rc）发出短暂的 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 6 40khz 信号，反射后的超声波经超声波接收器作为系统的输入，锁相环对此信号进行技 术判断后，把相应的计算结果送到 led 显示电路显示，并进行报警。 超生波发射电路通常分为调谐式和非调谐式。在调谐式电路中有调谐线圈（有时 装在探头内） ，谐振频率由调谐电路的电感、电容决定，发射的超声脉冲频带较窄。在 非调谐式电路中没有调谐元件，发射出的超声频率主要由压电晶片的固定参数决定， 频带较宽。将一定频率的交流电压加到发射传感器的固有频率为 40khz，使其工作在谐 振频率，达到最优的特性。发射电压从理论上说是越高越好，因为对同一支发射传感 器而言，电压越高，发射的超声功率就越大，这样能够在接受传感器上接受的回波功 率就比较大，对于接受电路的设计就相对简单一些。但是每一支实际的发生传感器有 其工作电压的极限值，同时发射电路中的阻尼电阻决定了电路的阻尼情况。通常采用 改变阻尼电阻的方法来改变发射强度。 发射部件的点脉冲电压很高，但是由于障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电 压不过几十毫伏，要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度。接收部分就 是有两级放大电路，检波电路及锁相环构成，其中包括杂波抑制电路。最终达到对回 波进行放大检测，产生一个单片机（stc89c52rc）能够识别的中断信号作为回波到达 的标志 单片机发出启动信号，超声波模块经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收 器将接收到的超声波信号经放大器放大，启动单片机中断程序，测得时间为 t，再由软 件进行判别、计算，得出距离数并送 led 显示。若测得距离小于事先设定的数值，则 发出声音预警。 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收，根据超声波传播的时间来计算传 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 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 7 高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。 硬件电路的设计主要包括电源电路、单片机及其辅助电路、超声波发射和超声波 检测接收电路、显示电路四部分组成。单片机采用 stc89c52rc 或其兼容系列。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 p1.0 端口输 出超声模块所需的启动信号，超声波发射探头发出 40khz 的超声波。利用外中断 0 口 监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用实用的 4 位共阳 led 数码管。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 8 3 超声波测距的原理 3.1 超声波测距的原理 单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波, 从而测出发射和接收回波的时间差 t，然后求出距离 s=ct/2 (3-1) 式(3-1)中的 c 为超声波在空气中传播的速度。 限制该系统的最大可测距离存在四个因素：超声波的幅度、反射物的质地、反射 和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收 能力将决定最小可测距离。为了增加所测量的覆盖范围，减少测量误差，可采用多个 超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。波速确定后，只要测得超声 波往返的时间 t，即可求得距离 s。其系统原理框图如图 3-1 所示。 发射 障 碍 接收 物 图 3-1 超声波测距系统框图 单片机 stc89c52rc 发出短暂的 40khz 信号，经放大后通过超声波换能器输出；反 射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号 启动单片机中断程序，读出时间 t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算 结果被送至 led 数码管进行显示。 3.2 发射接收时间对测量精度的影响分析 采用 tr40 压电超声波传感器，脉冲发射由单片机控制，发射频率 40khz ，忽略脉 冲电路硬件产生的延时，可知由软件生成的起始时间对于一般要求的精度是可靠的。 对于接收到的回波，超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减，其衰减遵循指 数规律。 设测量设备基准面距被测物距离为 h，则空气中传播的超声波波动方程为： 数字显示 复位键 单 片 机 发射驱动 接收处理 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 9 srtcm kht+et+20acosacos （3-2）由以上公式可知，超声波在传播过程中存在衰减，且超声波频率越高，衰减越快，但频率的增高有利于提高超声波的指向性。 经以上分析，超声波回波的幅值在传播过程中衰减很大，收到的回波信号可能十分微弱，要想判断捕获到的第一个回波确定准确的接受时间，必须对收到的信号进行足够的放大，否则不正确的判断回波时间，会对超声波测量精度产生影响。3.3 当地声速对测量精度的影响分析当地声速对超声波测距测量精度的影响远远要比收发时间的影响严重。超声波在大气中传播的速度受介质气体的温度、密度及气体分子成分的影响，即： （3-3） 由上式知，在空气中，当地声速只决定于气体的温度，因此获得准确的当地气温可以 有效的提高超声波测距时的测量精度。工程上常用的由气温估算当地声速的公式如下： 0c1t273 （3-4） 式中 c0=331.4m/s； t 为绝对温度，单位为 k。 式（3-4）一般能为声速的换算提供较为准确的结果。实际情况下，温度每上升或者下 降 1 , 声速将增加或者减少 0.607m/s ，这个影响对于较高精度的测量是相当严重 的。因此提高超声波测量精度的重中之重就是获得准确的当地声速。对于时间误差主 要由发送计时点和接收计时点准确性确定，为了能够提高计时点选择的准确性，本文 提出了对发射信号和接收信号通过校正的方式来实现准确计时。此外，当要求测距误 差小于 1mm 时，假定超声波速度 c=344m/s(20室温)，忽略声速的传播误差，则测距 误差 st=400)|flag=1) /超出测量范围显示“-” flag=0; disbuff0=10; /“-” disbuff1=10; /“-” disbuff2=10; /“-” else disbuff0=s%1000/100; /百位 disbuff1=s%1000%100/10; /十位 disbuff2=s%1000%10 %10; /个位 26 5.2 主程序设计及其流程图 主程序是单片机程序的主体，整个单片机端系统软件的功能的实现都是在其中完 成的，在此过程中主程序调用了子程序及中断服务程序。程序首先完成初始化过程， 然后是一个重复的控制发射信号的过程，即调用发射子程序几遍，而且每次发射周期 结束都判断在发射信号后延时等待的过程中是否发生了中断，即是否有回波产生来判 断程序的流程。 工作时，微处理器 stc89c52rc 先把 p0.2 置 0，启动超声波传感器发射超声波，同 时启动内部定时器 t0 开始计时。要检测返回信号必须在启动发射信号后 1.4 毫秒才可 以检测，这样就可以抑制输出的干扰。当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回，微 处理器不停的扫描 int0 引脚，如果 int0 接收的信号有高电平变为低电平，此时表明 信号已经返回，微处理器进入中断关闭定时器。再把定时器中的数据经过换算就可以 得出超声波传感器与障碍物之间的距离。然后再根据现场情况进行声光报警。下面是 部分主程序 void main( void ) tmod=0x11; /设 t0 为方式 1，gate=1； th0=0; tl0=0; th1=0xf8; /2ms 定时 tl1=0x30; et0=1; /允许 t0 中断 et1=1; /允许 t1 中断 tr1=1; /开启定时器 ea=1; /开启总中断 while(1) while(!rx); /当 rx 为零时等待 tr0=1; /开启计数 while(rx); /当 rx 为 1 计数并等待 tr0=0; /关闭计数 conut(); /计算 27 开始 初始化 等待 rx=0 计算距离 开中断 启动定时 rx=1 发射超声波 关报警响铃并发光 发光 显示距离 距离=400) timer=0; tx=1; _nop_(); tx=0; while(1) while(!rx); /当 rx 为零时等待 tr0=1; /开启计数 while(rx); /当 rx 为 1 计数并等待 tr0=0; /关闭计数 5.4 程序清单 程序的设计思想是超声波发射器先发射一连串 40khz 的方波，然后自动检测是否 有信号返回。有信号返回时，通过 i/o 口输出一高电平，高电平持续的时间就是超声 波从发射到返回的时间，通过计算子程序把时间转化为距离。如果距离小于等于 1.00m 时，发光二极管发光，并在 led 数码管上显示距离；如果距离小于等于 0.30m 时，响 铃，发光二极管发光;并在 led 数码管上显示距离；如果距离大于 4.00m 时，数码管显 示“_._” ；此外只在数码管上显示距离。数码管采用时间间隔为 0.02s 的动态显示。 模块 trig 接 p0.2，ech0 接 p0.1。共阳数码管 p1 接数据口,p2.5 、p2.4 、p2.3 接 选通数码管。 #include /初始化 #include sbit rx=p01; sbit tx=p02; sbit led=p32; sbit beep=p34; 30 unsigned int time=0; unsigned int timer=0; unsigned char posit=0; unsigned long s=0; bit flag =0; unsigned char const discode = 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xbf,0xff/*-*/;/ 断码 unsigned char const positon4= 0xdf,0xef,0xf7,0xfb; /位码 unsigned char disbuff4 = 0,0,0,0,; /*/ void display(void) /扫描数码管 if(posit=0) p1=(discodedisbuffposit) else p1=discodedisbuffposit; p2=positonposit; if(+posit=3) posit=0; /*/ void conut(void) time=th0*256+tl0; th0=0; tl0=0; / s=(time*1.7)/100; /算出来是 cm 31 s=time*1.085; s/=58; /算出来是 cm if(s=400)|flag=1) /超出测量范围显示“-” flag=0; disbuff0=10; /“-” disbuff1=10; /“-” disbuff2=10; /“-” else disbuff0=s%1000/100; /百位 disbuff1=s%1000%100/10; /十位 disbuff2=s%1000%10 %10; /个位 if(s150) tx=1; /800ms 启动一次模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); 34 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); tx=0; /*/ void main( void ) tmod=0x11; /设 t0 为方式 1，gate=1； th0=0; tl0=0; th1=0xf8; /2ms 定时 tl1=0x30; et0=1; /允许 t0 中断 et1=1; /允许 t1 中断 tr1=1; /开启定时器 ea=1; /开启总中断 while(1) 35 while(!rx); /当 rx 为零时等待 tr0=1; /开启计数 while(rx); /当 rx 为 1 计数并等待 tr0=0; /关闭计数 conut(); /计算 36 总 结 由于时间不太充足，此次虽然做出了实物并最终达到了自己设置的预期要求。但 与现实中的高级轿车的倒车雷达还有一定差距。设计的最终结果是使汽车倒车雷达能 够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用超声波方法测量汽车与障碍 物的距离。然后以数字的形式显示测量距离。在汽车距离障碍物的距离小于报警距离 时，发光二极管发光或者响铃。 超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，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， 适用于测距离。此次设计采用反射波方式。 汽车倒车雷达系统的硬件电路的设计主要包括 stc89c52rc 单片机系统及显示电路、 超声波发射电路、超声波接收电路和报警电路四部分。单片机采用 stc89c52rc 及其兼 容系列。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 p0.2 端口输出超声波换能器所需的 40khz 的方波信号，利用外中断 0 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 4 位共阳 led 数码管。 超声波发射电路主要由反相器 74ls04 和超声波发射换能器 t 构成，单片机 p0.2 端口输出的 40khz 的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另 一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推挽形式将方波信号加 到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联， 用以提高驱动能力。上位电阻一方面可以提高反向器 74ls04 输出高电平的驱动能力， 另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。压电式超声波换 能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能 板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会 发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如 果两电极未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片做振动，将机械能 转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在 结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。 汽车倒车雷达系统的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中 断程序、显示子程序以及报警子程序组成。我们知道 c 语言程序有利于实现较复杂的 算法，而超声波测距仪的程序有较复杂的计算（计算距离时） ，所以控制程序可采用 c 语言编程。 37 超声波测距的算法设计原理为超声波发生器 t 在某一时刻发出一个超声波信号， 当这个超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器 r 所接收到。这样只要计 算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射 物体的距离。在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器 t0，利用定时器的计数 功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路 输出端产生一个高电平，在 int0 或 int1 端产生一个中断请求信号，单片机响应外部 中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。 在元件及调制方面，由于采用的电路使用了很多集成电路。外围元件不是很多， 所以调试不是太难。一般只要电路焊接无误，稍加调试就会正常工作。电路中除集成 电路外，对各电子元件也无特别要求。 38 致 谢 从开始做论文到论文基本完成，经历了很长一段时间，从开始的一知半解到现在 的全面了解算是经历了一个漫长的过程。在这个过程中有无数人给了我莫大的帮助。 首先要感谢的是我的指导老师康润生教授。康润生老师在我还没有头绪的时候提 示我该向哪个方向去思考，在我确定方向后，在我遇到困难的时候提示并帮助我该怎 么做。特别是论文的整体设计给我很大的帮助，还有在我论文定稿前认真的审阅了我 的论文，放弃自己的休息时间，指出我的错误和不足的地方，在这里深表感谢！ 其次我要感谢和我一起度过大学生活的同学，因为没有你们的帮助我是无法顺利 地完成这个设计的！还有个别同学的专业知识让我深表佩服，以及他助人为乐的精神 让我无法忘却，深深感谢！ 还有我的母校，它给我提供了良好的学习环境，使我可以在这里学习自己想学习 和自己要掌握的知识和技能。学校是个令人难忘的地方，在这里的时光是我无法忘记 的。 一定要谢的还有我的父母，他们总是竭尽所能的给我提供更好的环境，让我心里 充满感激，感谢之情无法言喻！ 大学给我留下了我人生不可磨灭的印象，给我留下了美好的回忆。最后祝愿我的 母校越来越美丽。祝福老师们身体健康，工