基于单片机的汽车倒车雷达设计与实现.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要 近年来，我国的汽车数量正逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事故。因此,增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。为此，设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。工作时，超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲，给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。目前，国内外一般的超声波测距仪，其理想的测量距离为1m5 m，因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中。本文根据声波在空气中传播反射原理，以超声波换能器为接口部件，介绍了基于STC89C51单片机的超声波倒车雷达。该设计由超声波发射模块、信号接收模块、单片机处理模块、数码显示以及声光告警显示模块等部分组成，文中详细介绍了倒车雷达的硬件组成、检测原理、方法以及软件结构。超声波接收电路使用SONY公司的CX20106A红外检测专用芯片，该芯片常用于38kHz的检波电路，文中通过对芯片内部电路的仔细分析，设计出能够成功对40kHz超声波检波的硬件电路，倒车雷达使用数码管显示目标物的距离。关键词：STC89C51；倒车雷达；超声波传感器；测距ABSTRACT In recent years, Chinas number of cars is increasing every year. Highways, streets, parking, garage and other crowded places narrow reverse, the driver should not only forward but also looking back, a little rear-end careless accidents can occur.So after the increase of motor vehicles as the ability to detect obstacles on the development of the rear of the car reversing radar has become the research hotspot in recent years. the ultrasonic transmitter continuously emits a series of consecutive pulses to the measurement of logic circuits to provide a short pulse. Finally, signal processing devices based on the received signal for processing the time difference, automatic calculation of turnout and the distance between obstacles. Ultrasonic Ranging simple, low cost, easy production, but the transmission speed by a larger weather can not be precise range; In addition, the ultrasonic energy and the attenuation is directly proportional to the square of the distance, the farther the distance, the lower sensitivity and thus Ultrasonic Ranging way so that only apply to a shorter distance. At present, ultrasonic range finder at home and abroad in general, the ideal distance of the measurement 1 5 m, based on STC89C51 ultrasonic range-finder. Receiving circuit using the SONY company dedicated CX20106A infrared detecting chip, the chip used in the detector circuit 38KHz, the text of the chip through the careful analysis of the internal circuit design can successfully 40kHz ultrasonic detection of hardware circuitry and adjustable gain, The use of digital rangefinder display the distance between objects. KEY WORDS：STC89C51；Wave;Measure；Distance Reversing；Reverse radar目 录摘 要I ABSTRACTII第1章 绪论11.1 设计的研究现状11.2 设计的目的和意义11.3 目前国内倒车雷达的研究现状11.4 主要研究问题3第2章 倒车雷达总体设计方案42.1 超声波测距52.1.1 超声波测距原理52.1.2 理论计算52.2 本章小结6第3章 倒车雷达的硬件设计73.1 超声波发射模块73.2 超声波接收模块83.3 单片机实现测距原理103.4 键盘控制电路113.5 超声波传感器的特性113.5.1 超声波传感器的频率特性113.5.2 超声波传感器的指向特性123.6 单片机的选择133.6.1 STC89C51的简介133.6.2 STC89C51的主要性能参数和特点133.7 超声波传感器的选择133.7.1 超声波传感器的简介133.7.2 超声波传感器的技术参数143.8 本章小结14第4章 倒车雷达的软件设计154.1 软件总体结构框图154.1.1 软件各程序的简介154.2 软件设计要求164.3 主程序164.4 发射和接收模块中断程序184.5显示子程序和蜂鸣报警子程序184.6本章小结19第5章 测试结果与分析205.1 测试结果205.2 误差分析215.3 测试过程215.3.1 实验目的215.3.2 实验原理215.3.3 实验过程225.3.4 实验结果225.3.5 实验结论225.4 本章小结22结论23参考文献24致谢25附录126附录241第1章 绪 论1.1 课题的研究现状随着我国汽车产业的迅速发展，我国开始进入了私家车时代，汽车驾驶员越来越担心车的安全了，其中倒车就是一个隐患。本文所设计的倒车雷达主要是针对汽车倒车时无法目测到车尾与障碍物的距离而设计开发的。超声波测距由于其能够进行非接触测量和相对较高的测量精度，越来越被人们所重视。就目前形势来看，汽车市场的快速发展将带动倒车雷达市场的繁荣。国内倒车雷达主流市场已经开始有进口高档汽车向中低档汽车发展。技术上向着单芯片功能成灵敏度更高、可视化发展，设备趋于小型化、人性化、智能化等方向发展。由此可见，超声波汽车倒车雷达系统将会在人类今后的生活中扮演越来越重的角色，为人类的发展作出重要贡献。超声波倒车雷达系统一般由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器等部分组成，现在市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松。1.2 设计的目的和意义 随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不慎，则闯祸，烦事又烦人。虽然每辆车都有后视镜，但不可避免的都存在一个后视盲区。倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了使用死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的发明是迫在眉睫的，是必不可少的设备。1.3目前国内倒车雷达的研究现状经过多年的发展，倒车雷达设计以及使用发生了质的变化。经过这几年的发展，倒车雷达系统已经经过了六代技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这六代产品各有特点，使用较多的是数码显示、荧光显示和魔幻镜倒车雷达这三种。第一代：倒车时通过喇叭提醒。“倒车请注意”！想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有少部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意，从某种意义上来说，它对驾驶员并没有直接的帮助，不能算真正的倒车雷达，基本属于淘汰产品。第二代：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8m1.5m处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第三代：数码波段显示具体距离或者距离范围。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在1.8m开始显示；如果是人，在0.9m左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由3种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物距离有0.8m以上；黄色代表警告距离，表示障碍物距离只有0.6m0.8m；红色代表危险距离，表示障碍物距离只有不到0.6m，必须停止倒车。 第三代产品把数码和波段组合在一起，比较实用，但安装在车内影响美观。第四代：液晶屏动态显示。这一代有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过LCD显示外观虽精巧，灵敏度较高，但抗干扰能力不强，所以误报也较多。现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过LCD显示外观虽精巧，灵敏度较高，但抗干扰能力不强，所以误报也较多。第五代：魔幻镜倒车雷达。结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2m以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。第六代：专为高档轿车配置的。第六代产品在第五代的基础上新增了很多功能：外观上看，比第五代产品更为精致典雅；从功能上看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。1.4 主要研究问题（1）超声波测距范围小于350cm，距离显示分辨率1cm，测距误差小于5%；（2）超声波在传播中距离的计算；（3）超声波的发射和接受能否顺利完成，达到实时显示倒车距离，倒车距离显示的是测距值的最小值，在达到设计要求的最小距离时系统产生报警。 第2章 倒车雷达总体设计方案该设计的应用背景是基于STC89C51的超声信号检测的。因此初步计划实在室内小范围的测试，限定在2.5米左右。单片机（STC89C51）发出短暂的40KHz信号，反射后的超声波经超声波接收器作为系统的输入，锁相环对此型号进行技术判断后，把相应的计算结果送到LED显示电路显示，进行蜂鸣报警。其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），谐振频率有调谐电路的电感、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、隔度的交流电压加到发射传感器的固有频率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（STC89C51）能够识别的中断信号作为回波到达的标志。超声波发射单片机LED数码管显示键盘控制超声波接收放大比较图2.1 倒车雷达系统总设计方案 该系统又单片机控制电路、超声波发射和接受电路、显示电路以及报警电路等几部分组成。单片机是整个系统的核心部件，协调各部分电路的工作。单片机在超声波信号发射的同时开始计时，超声波信号在空气中传播，遇到障碍物后发生反射，反射的声波信号经过处理后输入到单片机的外部中断口产生中断，单片机停止计时。通过单片机可得到超声波信号的往返所需要的时间，即可求得车体与障碍物之间的距离。在达到技术要求的情况下产生报警。2.1 超声波测距2.1.1 超声波测距原理超声波测距的原理一般采用回波探测法，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。图2.2即为超声波测距的具体流程图：T 2T 1图2.2测距的原理2.1.2 理论计算如图2.2为反射时间，是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离其原理如图所示，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数，我们通过测量回波时间T利用公式：其中，S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时间，可以计算出路程，这种 方法不受声波强度的影响，直接耦合信号的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服。这样可以求出距离：555时基电路振荡产生40Hz的超声波信号。其振荡频率计算公式如下：超声波测距的原理：即为超声波发生器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。距离的计算公式为：其中，d为被测物与测距仪的距离，s为声波的来回的路程，c为声速，t为声波来回所用的时间。超声波的指向性强，能量消耗缓慢，遇到障碍物后反射效率高，是测距的良好载体。测距时有安装在同一位置的超声波发射器和接收器完成超声波的发射与接收，有定时器计时。首先由发射器向特定方向发射超声波并同时启动定时器计时，超声波咋介质传播途中一旦遇到障碍物后就被反射回来，当接收器收到发射波立即停止计时。这样，定时器就记录下了超声波自发射点至障碍物之间往返传播经历的时间t 。由于常温下超声波在空气中的传播数的约为340m/s。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负跳变，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。在使用时，如果温度变化不大，则可以认为声速是基本不变的。2.2 本章小结 本章分析了超声波测距的原理，以及理论的计算，对于系统的总体设计方案做了详细的介绍。第3章 倒车雷达的硬件设计该系统设计有超声波发射电路、超声波接收电路、键盘控制电路、单片机硬件接口电路及显示报警电路组成，该系统的核心部分采用性能较好的STC89C51单片机，下面分步介绍各硬件部分的具体设计分析。3.1 超声波发射模块超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射电路两个部分，超声波探头（又称“超声波换能器”）选用压电式，可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。前者利用软件产生40KHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流100mA以上的驱动电路。第二种方法是利用超声波专业发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无需驱动电路，但缺点是灵活性低。本设计采用第二种方法产生超声波发射信号。40KHz的超声波是利用LC震荡电路振荡产生的，其振荡频率计算公式如下：脉冲发射采用软件方式，利用STC89S51的P1.0口发射40 kHz的方波信号，经过74HC04放大后输出到超声波换能器，产生超声波。74LS04是一个高速CMOS六反相器，具有放大作用，具有对称的传输延迟和转换时间，而相对于LSTTL逻辑IC，它的功耗减少很多。对于HC类型，其工作电压为26 V，它具有高抗扰度，可以兼容直接输入LSTTL逻辑信号和CMOS逻辑输入等特点。本系统将40 KHz方波信号分成两路，分别由74LS04经两次和一次反向放大，从而构成推拉式反向放大。电路图如图3.1所示。发射电路主要由反向器74LS04和超声波换能器构成，单片机P1.0端口输出40KHz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，上拉电阻R8、R9一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，缩短其自由振荡的时间。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，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，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。图3.1 超声波发射电路3.2 超声波接收模块超声波接收电路包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，本设计采用与发射端同型号的压电式超声波传感器，否则将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路进行放大。超声波接收部分采用集成芯片CX20106A，这是一款红外线检波接收的专用芯片。内部电路由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形输出电路组成。可以利用它作为超声波检测电路。前置放大器：它是高增益的放大器，由于超声波在空气中直线传输时，传输距离越大，能量的衰减越厉害，故反射回来的超声波信号的幅值会有很大的变化。为了不使放大器的输出信号过强而产生失真，集成块内部有自动电平限制电路，对前置放大器的增益进行自动限制。通过反馈将放大器设定于适当的状态，再由限制电平电路进行自动控制。限度放大器：当信号太强时为了防止放大器过载，限制高电平振幅，同时也可消除寄生调幅干扰。宽频带滤波器：其频率范围为30Hz60Hz，其中心频率可调。检测器：将返回的超声波的包络解调回来。积分滤波器与整形电路：检测器输出的信号经积分滤波器送到整形电路，输出较好的矩形波。接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适的幅值；再经过带通滤波器滤波得到有用信号，滤除干扰信号；最后由峰值检波器和整形电路输出到锁相环路，实现准确的计时。图3.2 超声波接收电路图3.2.1 集成电路CX20106A集成电路CX20106A是一款红外接收的专用芯片，常用于电视红外遥控器。常用的载波频率38khz与测距的40khz较为相近，可以利用它来做接收电路。适当的改变C3的大小，可以改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。CX20106A(国内同类产品型号为D20106A)是日本索尼公司生产的在红外遥控系统中作接收预放用的双极型集成电路。它还可广泛用于视频系统、家用电器遥控电路以及通信系统等。这种IC性能优越，封装形式及体积与许多遥控信号接收器IC相同或相似，故可用来代换多种型号的遥控信号接收集成电路。CX20106A可用来完成遥控信号，CX20106A是日本索尼公司生产的红外解调集成电路，采用8脚单列直插式塑料超小型封装，+5v供电，内部含可前置放大、自动偏置、限幅放大、通带摅波、峰值检波、积分比较及施密特整形输出等电路。其主要功能是从38KHz红外载波信号中，将编码信号解调出来，并加以放大和整形，然后再送到微处理器(CPU)进行处理，以实现遥控操作功能，其具体引脚图如图3.3所示：图3.3 集成电路CX20106A内部结构图CX20106A的引脚注释：（1）l 脚：超声波信号输入端，该脚的输入阻抗约为40k。（2）2脚：该脚与GND之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R=4.7，C=3.3F。（3）3脚：该脚与GND之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3F。（4）4脚：接地端。（5）5脚：该脚与电源端VCC接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200k时，fn42kHz，若取R=220k，则中心频率f038KHz。（6）6脚： 该脚与GND之间接入一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。（7）7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，该电阻推荐阻值为22k，没有接收信号时该端输出为高电平，有信号时则会下降。（8）8脚： 电源正极，4.5V5V。3.3 单片机实现测距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tr，然后求出距离SCt/2，式中的C为超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、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的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，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。3.4 键盘控制电路此键盘与单片机P2口四个引脚相接，用于对报警距离进行设定。其中S1表示“确定”按键；S2表示“减一”；S3表示“加一”、S4表示循环移位，对不同位置进行选择。驾驶员可以根据自身要求对报警距离进行设定，从而大大提高了驾驶的安全系数。3.5 超声波传感器的特性超声波传感器的基本特性有频率特性和指向特性，这里以课题中选用的传感器特性为例子。3.5.1 超声波传感器的频率特性图3.4 超声波传感器的升压能级和灵敏度图3.4声波发射传感器的升压能级和灵敏度。其中，40KHz处为超声波发射传感器的中心频率，在40KHz处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强，也就是说在40KHz处所产生的超声声压能级最高。而在40KHz两侧，声压能级迅速衰减。其频率特性如图3.5所示。因此，超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频率40KHz的交流电压来激励。图3.5 超声发射传感器频率特性另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。曲线在40KHz处曲线最尖锐，输出电信号的振幅最大，即在40KHz处接收灵敏度最高。因此，超声波接收传感器具有很好的频率选择特性。超声接收传感器的频率特性曲线和输出端外接电阻R也有很大关系，如果R很大，频率特性是尖锐共振的，并且在这个共振频率上灵敏度很高。如果R较小，频率特性变得光滑而且有较宽的带宽，同时灵敏度以随之降低。并且最大灵敏的向稍低的频率移动。因此，超声接收传感器应与输入阻抗的前置放大器配合使用，才能有较高的接收灵敏度。考虑到实际工程测量的要求，可以选用超声波频率f = 40KHz，波长 = 0.85cm。3.5.2 超声波传感器的指向特性实际的超声波传感器中的压电晶片是一个小圆片，可以把表面上每个点看成一个振荡器，辐射出一个半球而波（子波），这些子波没有指向性。但离开超声传感器的空间某一点的声压是这些子波迭加的结果（衍射），却有指向性。超声传感器的指向图由一个主瓣和几个副瓣构成，其物理意义是0度时电压最大，角度逐渐增大时，声压减小。超声传感器的指向角一般为40度到80度，本设计要求传感器的指向角为75度。图3.6是电路中选用的发射传感器的指向特性及结构。图3.6 超声波传感器指向特性及结构3.6 单片机的选择本系统中所用到的单片机为STC89C51，以下是对其功能与结构的简单介绍。4.6 本章小结 本章介绍了系统的软件部分，包括各部分的详细介绍和程序设计框图，对于程序的编写做了准备。第5章 测试结果与分析5.1 测试结果 在室内进行的实验中，根据实验要求做了多次测试，记录了每次的数据，因为实验中都会存在着误差，所以测量时取平均值的方式记录，每次测量时根据设定的距离进行3次测量，然后取平均值。表5.1 距离测量数据表 序号 理论值cm实际值cm绝对误差%相对误差%1252413.82303113.23404224.74585711.75808111.26969422.1712011910.8814414621.3919018821.01021021110.41125024820.81228028331.01330030110.31432532610.31533333210.31635034910.2从表中可以看出绝对误差为3cm，相对误差小于5%，满足设计要求。图5.1倒车雷达工作图5.2 误差分析引入测量误差的原因主要有：1、环境对测量的影响，包括空气温度变化引起的声速变化、空气成分变化、声波传播途中温度梯度导致的误差，由于这些因素对结果产生的影响比较小。开关门的可靠性是标志超声波传感器可靠性的关键，即同门控制。也就是说发射与脉冲计数必须同步。2、量化误差，即参考频率计数结果的误差，由于单片机计时时钟频率的值有量化误差为0.01米，符合测距要求范围。所以超声波发送应考虑因素有：1量程范围;2目标距离和目标反射情况。3、触发误差，由于被测信号经放大，噪声信号。干扰信号的掺入，使触发时间可能提前或滞后，给测量结构带来了随机误差。4、本系统接收模块在工作时对发射信号的接收需要有一定的延时，再在这段时间中锁相环锁定信号，由此产生的误差。影响测量误差的因素很多，还有现场环境干扰、实际脉冲频率等。5.3 测试过程 影响本设备进行报警的过程有很多原因，这些原因会导致仪器报警的成功与否，所以为此做了本次实验。5.3.1 实验目的本次实验目的是对本系统能否成功做出多次测试，保证设备的设计成功。5.3.2 实验原理通过超声波传感器的超声波的发射与接收验证倒车雷达的系统报警。5.3.3 实验步骤第一，验证硬件各部分接触是否完好；第二，接通电源，按复位键，进行系统初始化；第三，设定报警距离，在超声波发射方向设立障碍物，观察在被测距离范围内报警器是否报警；第四，改变报警距离，进行多次显示记录，观察是否能够准确报警。5.3.4 实验结果第一种，报警器能够第一时间准确在到达设定的报警距离时进行报警，报警器指示灯闪烁，发出蜂鸣声。第二种，报警器没有在设定的报警距离时报警，指示灯没有闪亮，蜂鸣器没有发出声音。5.3.5 实验结论超声波传感器的发射和接收受到周围环境的影响，造成了设备测量的不准确，导致报警器无法报警。5.4 本章小结本章对于系统的实现做了多次实验，进行了测量和误差的分析。介绍了产生误差的原因。结 论本研究所设计的倒车雷达系统，通过超声波传感器反射超声波，使用STC89C51高速单片机计算测量车与障碍物之间的往返时间，计算出车和障碍物之间的距离然后显示在LED数码管上，当在探测的范围有障碍物时，蜂鸣器提示报警。在设计本产品时，通过查阅网络与图书馆搜集到的材料，再加上指导老师的指导与资料提供，与生活中对于超声波的工作原理的观察研究相结合，设计出了这个超声波倒车雷达系统，完成了课题的要求，但是由于设计的理论基础知识掌握不充足，对课题的研究深度还不够，在某些地方还不能阐述的非常详尽，但设计的系统中也有着自己的特点，特点如下：（1） 产品价格低廉；（2） 采用模块化设计，使用方便；（3） 利用超声波传感器和单片机，易安装，稳定性好；（4） 超声波接收和发射分开，防止了信号发射和接收的不准确；由于考虑了成本问题，在硬件上使用了DYP-ME007超声波传感器，在软件上，充分利用了STC89C51的强大功能。但是现在市场上大多数倒车雷达多数存在这几点不足：（1） 最大有效探测距离问题；（2） 反应速度问题；（3） 探测盲区问题。目前汽车倒车雷达系统的发展趋势就是逐步解决这些问题，以至于更好的为驾驶者服务。本论文所存在的不足以及进一步的展望：经过前面章节的详细叙述，论文讨论了倒车雷达系统的硬件与软件设计，虽然做出了一些成果，但由于个人能力和时间限制，系统的精确度还不够好，对于声速在空气中会受到影响没有解决。参考文献1 童诗白，华成英，模拟电子技术基础M,第三版.北京：高等教育出版，2001.1. 2 姜威等，实用电子系统设计基础.北京理工大学出版社，2002.10.3 杨凌霄等，微型计算机原理及应用.中国矿业大学出版社，2004.05.4 沈小丰等， 电子技术实践基础.清华大学出版社，2005.09130141.5 陈光东，单片机微型计算机原理与接口技术(第二版).武汉：华中理工大学出版社，1999.4.6 徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999. 6.7 苏长赞，红外线与超声波遥控.北京：人民邮电出版社，1993.7.8 张谦琳，超声波检测原理和方法.北京：中国科技大学出版社，1993.10.9 丁义元等，高精度测距雷达研究.电子测量与仪器学报，2000.10.10 胜全.D18B20数字温度计在微机温度采集系统中的序编制，南京：南京大学出版社，1998. 3.11 张靖，加强单片机系统抗干扰能力的方法.通化师范学院学报，2004 .10.12 袁慧梅，单片机系统的印制板设计与抗干扰技术.电子工艺技术，2004 .6.13 薛红宣等，采用软件抗干扰设计提高微机系统的可靠性.电子产品世界，2004.1.14 刘霞.单片机系统软件抗干扰措施分析.电子测量技术，2003.15 余发山等.单片机原理及应用技术.中国矿业大学出版社，2003.12.16Lopez-sanchez,Ana lilia. Ultrasonic sysem models and measurementsM.America:Iowa State Unibersity,2005.17 Cirrus Logic Corporation.Single Phase BiDirectional Power/Energy IC-CS5460AEB/OL. .JAN2003.18 Modbus Protocol.Modicon Modbus Protocol Reference GuideEB/OL. 1杨忠敏汽车仪表的发展现状J汽车电器，2004.19 Silk M G Ultrasonic transducers for nondestructive testingM.Bristol:A.Hillier,1984.致 谢经过近半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，衷心感谢我的导师。本文工作开始到撰写的每一个阶段都是在我的导师悉心指导下完成的，在这次设计中我不仅巩固了专业知识，而且提高了动手的能力，更重要的是这次毕业设计培养了我塌实的作风，端正了我学习的态度，也教给了我做人的道理。我相信这次毕业设计所积累下的宝贵经验会给我今后的学习和工作带来很大的帮助和深远的影响。范德会老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神，兢兢业业、孜孜以求的工作作风对我产生了重要的影响，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学的支持和帮助，想要完成这个设计是难以想象的。循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。虽然老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，到中期检查，后期详细设计，试验测试等整个繁琐的过程中老师都给予了我悉心的指导。同时，我还要感谢我的寝室同学和身边的朋友，正是在这样一个团结友爱，相互促进的环境中，在和他们的相互帮助和启发中，才有我今天的小小收获。同时还要感谢大学四年来所有的老师，为我打下了夯实的专业知识基础。正是因为有了他们的支持和鼓励，本次毕业设计才会顺利完成。 还要感谢黑龙江工程学院四年来对我的大力栽培。最后我要深深地感谢我的家人正是他们含辛茹苦地把我养育成人，在生活和学习上给予我无尽的爱、理解和支持，才使我时刻充满信心和勇气，克服成长路上的种种困难，顺利的完成大学学习。还有许许多多给予我学业上鼓励和帮助的朋友，在此无法一一列举，在此也一并表示忠心地感谢！附 录1#include#include #include #define uchar unsigned char /定义一下方便使用#define uint unsigned int#define ulong unsigned long#define jump_ROM 0xCC#define start 0x44#define read_EE