汽车倒车雷达系统设计.doc

专业课程设计报告 题 目： 汽车倒车雷达系统的设计 姓 名： 张阳春专 业： 通信工程班级学号：09042335同 组 人 ：高易通指导教师：程宜凡 南昌航空大学信息工程学院2012年 6 月 25 日 单片机专业 课程设计任务书20 11 20 12 学年 第 2学期第 17 周 20 周 题目汽车倒车雷达系统的设计内容及要求1.通过键盘控制系统的发射； 2.显示障碍物离汽车的距离； 3.距离小于指定值时，系统报警。进度安排第17周：查资料，完成原理图设计及仿真；第18周周一第20周周二 完成系统的制作、调试；第20周周三：设计结果检查。第20周周四：测试。学生姓名：高易通、张阳春指导时间 周一、周三、周四下午指导地点： E 楼 610室任务下达2012 年 6 月 4 日任务完成20 12 年 6 月 30日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师程宜凡系（部）主任付崇芳注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。 摘 要现如今随着人们生活水平的提高，汽车已成为了人们出行的首选交通工具，据统计每年我国乃至全世界的汽车数量都在大幅增长，这很大程度上提高了人们的生活水平，促进了汽车产业的发展。但另一方面，由此引发的交通事故也越来越频繁，特别是汽车倒车时由于其可视性不足造成的生命财产损失更严重。所以近年来研究汽车倒车雷达系统成为了一大热门课题。为避免汽车倒车过程中发生碰撞，设计一种基于单片机AT89C51的倒车雷达系统，介绍了超声波测距的基本原理，阐述了系统的结构组成、硬件电路设计及软件设计。倒车距离用LED数码管实时显示，为倒车的安全性，设计了报警电路，当测出汽车尾部距离障碍物的距离小于一定值时，系统会报警，提示司机注意安全。经验证，该系统在10500CM时具有很高的精度，且该系统结构简单，可靠性极高，实用性也很强等优点。关键词：超声波、倒车雷达、单片机目录第一章 设计内容及要求51.1 设计内容51.2 设计要求5第二章 系统组成及工作原理分析62.1 系统组成6图21 系统组成62.2 工作原理6第三章 硬件电路方案设计及分析83.1 方案一93.2 方案二10第四章 软件电路方案设计及分析124.1 方案一124.2 方案二134.3方案比较：13第五章 实验调试及测试结果分析14第六章 实验结论16参考文献17附录一18附录二19附录三20附录四25第一章 设计内容及要求1.1 设计内容 设计一汽车雷达系统实现以下三个功能：1.通过键盘控制系统的发射； 2.显示障碍物离汽车的距离； 3.距离小于指定值时，系统报警。1.2 设计要求 设计并制作简易汽车雷达系统，其中需要通过键盘控制系统的进行发射，其次通过数码管显示障碍物离汽车的距离，再次根据显示距离，系统进行自我检测，若距离小于指定值时，系统自动报警，若距离大于指定值时，系统不报警，正常运转。第二章 系统组成及工作原理分析2.1 系统组成汽车雷达系统主要由超声波发生器，超声波接收器，单片机系统，数码管显示器和报警电路组成。其组成框图如下：放大电路超声波发射器2定时器数码管显示单片机系统检波电路放大电路超声波接收器图21 系统组成2.2 工作原理 超声波模块分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。本次设计超声传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。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，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。 发射器发出的超声波以速度v 在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t.由公式：测出的距离 L （m） = 常温下的声速340 （m/s） 感应时间t （s） / 2，算出被测物体的距离。通过单片机P2.0口控制超声波的发射，同时打开定时器，定时器开始计时。超声波接收器接收到信号经过放滤波后返回给单片机P3.2口，触发单片机外部中断0，通过程序取出此刻定时器的数值即为超声波在空中的传输时间。其时序图如下：图22 工作时序图第三章 硬件电路方案设计及分析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检测接收电路三部分。单片机采用STC89C51 或其兼容系列。采用12 MHz 高准确度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P2.4 端口输出超声波换能器所需的40 kHz 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：通过四位数码管来显示当前测出的距离，可以精确到毫米。为节省单片机宝贵的IO资源，显示电路共用P0口，所以应用锁存器来锁存数码管段选和位选数据，锁存器选用74HC573,因单片机P0口驱动电流较小，所以还要利用上拉电阻来提高其驱动能力，显示电路如下图所示： 图3-1 显示电路 复位电路： 报警电路： 图3-2 复位电路 图3-3 报警电路 3.1 方案一超声波发射电路原理如下图所示。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R10、R11 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。图3-3 超声波发射电路3.2 方案二超声波发射电路： 电路原理如下图所示：其特点是40KHZ的方波要由单片机生成，且加入了发射电路的使能端，由P1.1控制使能，这样可以有效降低干扰。图3-4 超声波发射电路超声波接收电路：其原理如下图所示:由于接收到的超声波信号十分微弱，且干扰很大，所以接收电路要求很大的放大倍数，且应有滤波电路。从图可知超声波由接收头接收后先经过一级滤波，可以消除直流和低频干扰。随后经过多级放大，其中每级放大电路又通过电容耦合，进一步消除干扰。该电路还带有指示灯，若接收到超声波回波后LED会点亮。图3-5 超声波接收电路 第四章 软件电路方案设计及分析系统软件设计采用模块化设计，主要包括主程序设计、T0 中断服务子程序、外部中断服务子程序、距离计算子程序、数码管显示子程序设计等。其程序有以下两种方案：4.1 方案一 该方案通过单片机P2.0口控制超声波的发射，利用外部中断0来监视回波信号，当接收到回波信号时，进入中断程序并计算出车尾距障碍物的距离，再通过过数码管显示出来。其流程图如下：图41 流程图14.2 方案二该方案有两种测量模式可供选择，即自动测量和手动测量模式。系统启动后先进行模式选择，长按进入自动测量，短按则进入手动测量。其流程图如下：图42 流程图24.3方案比较：上述两种方案的最大区别是第二种方案增加了自动测量方式，而第一种方案只有手动测量，即通过键盘来控制超声波的发射。所以第二种方案更具人性化，更方便操作，本次设计即采用第二种方案。第五章 实验调试及测试结果分析在确定了电路、领好元器件之后，首先对电路进行了布局。采取的方法是分块焊接电路，即将超声波模块分解为发射部分和接收部分。焊接完成后，下载程序至单片机进行调试，发现有如下问题：1、数码管不显示距离，经过调试后发现程序不能进入中断程序；2、经修改后，数码管可以显示距离，但是只能精确到厘米。原因是程序结构有问题，即发射超声波后未立即开启定时器；3、程序增加手动和自动测量两种测量模式后，通过按键选择测量模式系统没有给出提示，不方便操作。相应的解决方法如下：1、修改调试程序使程序能正常进入中断；2、重新调整程序结构，使其更加精简；3、硬件增加发光二极管，程序中加入相应的代码，使用户在选择模式后系统能给出提示，更加人性化。 以下是调试截图：图51 实物图1图52 实物图2 第六章 实验结论这是一次比较系统的电路设计，是一次将理论与实践相结合的实践。其中包括了电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力，甚至还是对焊接技术及审美观念的一个考验。如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路图，并将其简单的焊接起来。那就失去了本次电子课设的意义了。已经选择了电子信息工程这一个专业，那就没有任何的理由不去提高自己的动手能力了。 如今世界上的电子产品已不是单纯的硬件组成了，大部分都是由软硬件组成，软件负责系统的运行，硬件则是构成电路的基础。就如本次设计的汽车雷达系统，硬件电路要具备超声波的收发，显示，报警等功能，而软件则将这些模块联系起来，从而组成一个完整的系统。所以我们要设计一个系统时，即使是个简单系统，我们应该从整个设计出发，将其分解成各个功能模块，最后再将这些功能模块组合起来构成一个完整的系统，这样可以简化系统的设计。因为任何电路的设计都不是只存在一个电路。它是有各个小模块组成的，因而在电路的设计中就必须注意将电路模块化。这样才能有针对性的将问题解决。如果我们不将电路模块化，而只是一个劲的将电路焊接好来。只怕当我们焊接完检查电路之时，我们自己都不知道从何处下手。同时，电路的焊接或多或少的存在一些问题，很少在焊接完成的时候，电路不存在任何的问题。在遇到问题时们要做的是去分析问题解决问题，而不是气愤，埋怨。 参考文献【1】张友德.单片机微机原理. 上海：复旦大学出版社，2006.【2】 蔡美琴.MCS-51 系列单片机系统及其运用. 北京：高等教育出版社，2004. 【3】 王质朴.MC5-51 单片机原理及应用技术.北京：北京理工大学出版社，2009.【4】李全利.单片机接口技术.北京：电子工业出本社，2005.【5】李群芳.单片微型计算机与接口技术.北京：高等教育出版社，2001.附录一 元 件 清 单 序 号 元 件 名 称 元 件 型 号 数 量 单 位 备 注 1 单片机 AT89C51 1 个 2 非门芯片 CD4069 1 个 3 放大器 LM324 1 个 4 芯片插槽 14脚插槽 2 个 5 红外线 发射探头 T 1 个 6 红外线 接受探头 R 1 个 7发光二极管 红色LED 1 个 8 三极管 S8050 1 个 9 电 容 0.1uf 1 只10 电 容 0.01uf 1 只11 电 容 100nf 1 只12 电 容 1nf 1 只13 电 阻 100K 3 只14 电 阻 10K 2 只15 电 阻 1K 3 只16 电 阻 100 3 只附录二实物图附录三#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define alarmdistance 120int time;uchar succeed_flag;uchar timeL;uchar timeH;sbit Trig=P20;/输出口sbit Echo=P32;/输入口sbit dula=P26;/段选锁存信号sbit wela=P27;/位选锁存信号sbit dp=P07;/小数点sbit key=P37;/按键选择sbit beer=P23;/蜂鸣器uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f, 0x6f; /数码管09uint distance;void delay(uint z)/延时程序 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay_20us()/ 维持发射端高电平20us uchar a ; for(a=0;a100;a+); void alarm()/报警程序beer=0;P1=0x0f;delay(100);beer=1;P1=0xf0;delay(100);void display(uint y) /四位一体数码管显示程序P0=0xff;wela=1;P0=0xfe;wela=0;P0=0x00;dula=1;P0=tabley/1000;dp=1;dula=0;delay(3);P0=0xff;wela=1;P0=0xfd;wela=0;P0=0x00;dula=1;P0=tabley%1000/100;dula=0;delay(3);P0=0xff;wela=1;P0=0xfb;wela=0;P0=0x00;dula=1;P0=tabley%100/10;dula=0;delay(3);P0=0xff;wela=1;P0=0xf7;wela=0;P0=0x00;dula=1;P0=tabley%10;dula=0;delay(1);void init() /测距程序的初始化 Trig=1; delay_20us(); Trig=0; while(Echo=0); succeed_flag=0; EA=1; EX0=1; TH1=0; TL1=0; TF1=0; TR1=1; while(Echo=1);void automes() /自动测量程序 while(1) init(); if(succeed_flag=1) time=(timeH*256+timeL)*1.0851;