倒车后视系统.doc

xxxxxx（论文） 倒 车 后 视 系 统 软件设计学 生：xx学 号：xxxxx专 业：电子信息工程班 级：2004.2 指导教师：xxxx XXXXX电信系二OO八年六月白梅：倒车后视系统设计（软件）摘要本设计以AT89C51单片机作为主控制器,针对倒车多媒体可视终端系统的发射、接收、检测、显示、字符视频叠加部分的总体设计方案进行了论证。该系统以空气中超声波的传播速度为确定条件，利用反射超声波测量待测距离；同时将测得的距离叠加到字符、视频叠加器UPD6450中，使我们在车载电视上能看到叠加了字符后的视频图像。关键词：超声波测距；AT89C51；后视摄像系统；UPD6450ABSTRACTThis paper presents a system of ultrasonic sensor location reversing radar based on the microcontroller .The system use propagation velocity of the air ultrasonic as determine conditions, use the reflective ultrasonic to measure the unknown distance. The principle for adding word single to video singles is explored .A new method is put forward in this writing. Make the AT89C51 as the main controller, demonstrate the design program of the Ranging System transmitter and receiver, detection, indicated uses the Modular design ideas, analysis the hardware and software implementation of the parts based on the new Ultrasonic Ranging radar system. Let this system can arrive at miniaturization and low lost, commercial standard.I目 录摘 要错误！未定义书签。ABSTRACT II第1章 引 言11.1项目研究现状及发展趋势11.2设计内容21.2.1 方案论证与比较错误！未定义书签。1.2.2 系统组成5第2章 单元电路设计32.1电源电路72.2 超声波发射电路与接收电路设计72.2.1 超声波测距原理72.2.2 超声波传感器结构82.2.3 超声波发射电路92.2.4 超声波接收的电路102.2.5 用LM567作超声波检测器件112.3视频、字符叠加电路设计122.3.1 PD6450的工作原理142.3.2视频、字符叠加电路152.3.3 行、场分离器LM1881152.4 显示报警电路162.5 LCM 显示电路17第3章 系统软件设计193.1系统软件设计方案193.2 系统软件设计203.2.1 测量子程序213.2.2字符、视频叠加子程序错误！未定义书签。3.3系统软件调试22第4章 结束语24致 谢27参考文献 28附录1 整体电路图29附录2 程序代码3039第1章 引 言1.1项目研究现状及发展趋势 随着中国经济的持续增长和汽车价格的持续下降，越来越多的家庭拥有自己的汽车。在享受汽车给我们带来便利的同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。在2007年汽车事故的发生比例中，倒车引起的事故占21%，倒车成为令人们头痛的一项任务，即使是经验丰富的司机也在抱怨倒车是件费力费神的事。公路、街道、停车场、车库的拥挤不堪，车辆之间、车辆与人、车辆与墙壁等障碍物之间的碰撞时有发生，针对这一情况，人们对汽车操纵的便捷性提出了更高的要求，希望有种装置能够解决汽车倒车给人们带来的不便，消除驾驶中的不安全因素，可将车快速准确地停放到指定的位置4。倒车雷达(Car Reversing Aid system)全称“倒车防撞雷达”，又称“泊车辅助装置”，它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器(俗称探头)、控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分组成。它能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和启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视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性【2】。近年来由于电子技术的飞跃发展，使得相关技术日新月异，尤其是汽车电子作为一个新兴产业的迅速发展，使得研制高度信息化，使电子化的车辆有了基础。有调查表明，越是高档的汽车，车上所配置的电子设备越多，宝马公司新款760i 就配备有近150 多样汽车电子产品，许多先进技术将被引入汽车的安全性和舒适性设计5。各大汽车厂家也在提高燃油经济性、降低汽车排放的同时，越来越多地注重提高汽车的安全性能，舒适性能。使得驾驶员在轻松和舒适的条件下更安全的行驶。目前越来越多的轿车装有驾驶辅助倒车雷达。倒车雷达发展大概经历三个阶段，开始的倒车防撞仪，可以测试车后一定距离范围的障碍物从而发出警报，后来发展到根据距离分段报警，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后视摄像系统。要求倒车雷达连续测距并显示障碍物及其距离，并采用不同间歇鸣叫频率的声音报警提示距离，以尽量不占用驾驶员的视觉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去。以往的设计限于单片机及电子技术的发展水平，系统使用元器件较多，功能也较简单，本设计基于新型单片机AT89C51的倒车雷达可以弥补以往产品的不足。它的运用可极大地减轻驾驶者的体力、脑力劳动强度，降低倒车难度，避驾驶员因方向感不强、判断和操作失误而引起的事故，同时它将对最终实现汽车无人驾驶产生积极的意义【8】。 从目前来看，毫米波雷达测距方式和激光雷达测距方式是汽车避撞车应用最广泛的测距方式，超声波测距是倒车雷达所采用的方式。可以预见今后车用测距系统并不会是单一的某一方式，而将是一综合系统，即两种或两种以上装置于一体，互相取长补短，进一步提高系统的精度和可靠性。如日本三菱汽车公司即采用了扫描式激光雷达与视频成像系统相结合的方式。随着技术的发展，现代汽车的测距技术必将越来越完善，未来的智能汽车也一定不再是人类的一个幻想。超声测距传感器也可以全天候工作，而且价格低廉、便于安装使用，也是一种较为理想测距传感器。超声传感器的作用距离问题较低，成了当前开发超声波测距系统的瓶颈制约，但是这一特性刚好适用于对作用距离要求不高的倒车雷达系统。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，目前国内引进车型对这一技术尚不能国产化，仍需引进德国原厂成品安装，本课题具有降低倒车雷达生产成本，促进国产化，提高普及率的意义。1.2设计内容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多媒体可视测距终端系统。要求倒车雷达连续测距并显示障碍物离和实际的物体，并采用不同间歇鸣叫频率的声音报警提示距离，以尽量不占用驾驶员的视觉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去。以往的设计限于单片机及电子技术的发展水平，系统使用元器件较多，功能也较简单，本设计基于单片机 AT89C51的倒车雷达可以弥补以往产品的不足。它的运用可极大地减轻驾驶者的体力、脑力劳动强度，降低倒车难度，避免驾驶员因方向感不强、判断和操作失误。1.2.1 方案论证与比较 1、 超声波传感器的设计方案与论证 方案一：采用分立元件构成。（1）超声波发射电路包括超声波发射器、驱动电路，有时还包括调制电路。如图1-1所示电路。图1-1 三极管组成的超声波发射电路用两只低频功率三极管2SC9013组成振荡器、驱动电路，三极管VT1、VT2构成两极放大电路，又由于超声波发射器ST的正反馈作用，使这个原本是放大器的电路变成了振荡器，同时超声波发射器可以等效为LC串联谐振电路，具有选频作用。电路不需要调整。 （2）由运算放大器构成的超声波接收电路如图1-2所示，R1、R2 组成分压电路，使同相端的电压为1/2电源电压。 图1-2 运算放大器组成的超声波接受电路方案二：采用专用于超声波接收发的集成电路LM1812。LM1812为一种专用的超声波收发集成电路，它既可用作发射电路，又可用作接收电路，主要取决于引脚8的接法。由LM1812组成的接受电路时，引脚8接地，使芯片工作于接受模式，输出信号可以从16脚或14脚输出。由LM1812组成的发射电路如图1-3所示。图1-3 LM1812组成的超声波发射电路 由LM1812构成的超声波接受电路省略。由于LM1812在市场上价格比较贵，而其采用分立元件足可以完成本设计的任务要求，因此本设计采用分立元件构成超声波传感器部分。综上所述，我选择方案一。 2、视频、字符叠加电路设计 方案一：采用OSD显示控制器。OSD显示控制器由微处理器W87E58、字符叠加器uPD6453、时钟芯片DS12C887、键盘、超声波测距接口电路CON4 、字符叠加接口CON2、RS-485接口电路、指示灯D1和D4、蜂鸣驱动电路S2和蜂鸣器U5驱动器以及切换电路组成。时钟芯片用于产生时间信号，通过并行总线进入CPU；超声波测距信号通过接口CON4进入CPU；字符叠加信号由CPU输出给字符叠加控制器，由字符叠加控制器完成时间、距离信息与视频的叠加。键盘用于时间的调整和功能设定；指示灯D1和D4用于指示工作状态；蜂鸣电路用于报警。采用该模块芯片可减少外围电路的设计与扩张，但该芯片价格较贵，同时已不利于个人能力的发挥。 方案二：采用专用字符叠加芯片uPD6450或uPD6453。 uPD6450和uPD6453是NEC公司推出的专用字符叠加芯片，它们的共同特点是显示编辑功能强，可以在屏幕上显示12行24列的字符，每个字符为1218点阵，字符的大小、闪烁频率可以根据需要进行调整，同时为了达到显示的多样性，屏幕的背景色、字符的边缘色以及字符本身的颜色也可以进行修改。实践证明，以这两种芯片为核心设计的字符叠加电路，具有可靠性高、显示编辑功能强、硬件电路简化等优点，是视频字符叠加的一种较好的选择。 综上所述，选择方案二利用专用字符叠加芯片uPD6450构成视频与字符的叠加。同时采用行场分离器LM1881提取同步信号。3、电源方案的选择系统需要多个电源，单片机89C51采用5V 稳压源，二极管需要110V电压，运算放大器需要12V稳压电源。方案一：采用升压稳压电路。用两片MC34063芯片分别将3V的电池电压进行直流斩波调压，得到5V和12V的稳压输出，只需使用两节电池，既节省了电池，又减小了系统体积重量，但该电路供电电流小，供电时间短，无法使相对庞大的系统稳定工作。方案二：采用三端稳压集成7805与7812分别得到5V与12V的稳定电压，利用该方案简单，系统稳定可靠。 综上所述，采用方案二，三端集成稳压器电路。4、系统控制器的选择 本设计的控制系统采用AT89C51， 89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。AT89C51提供以下功能标准：4KB的Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时器/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51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。1.2.2 系统组成经过方案的比较与论证，最终确定的系统组成方框图如图1-4所示。图1-4 系统整体原理框图按照系统所需功能，系统硬件结构可以划分为四个主要模块：测距系统(超声波发送接收系统)，控制系统，字符、视频叠加系统和显示报警系统。其中测距系统由超声波发送、接收组成子系统构成；控制部分主要有单片机系统构成；字符、视频叠加系统由字符叠加器和行、场同步分离器构成；报警显示部分由蜂鸣器和LCD组成。第二章 单元电路设计2.1 电源电路 电源电路如图2-1所示，由于运放LM324的工作电压是+12V ，其他各芯片的电压为+5V，输入电压为+15V20V，因此选用LM7812和LM7805将电源稳压到+12V和+5V。芯片的输入断与地之间连接大容量的滤波电容，靠近芯片的输入引脚小容量高频电容以抑制芯片自激，输出引脚间连接高频电容以减小高频噪声。 图2-1电源电路图2.2 超声波发射电路和接收电路的设计2.2.1 超声波测距原理超声波传感器是实现声、电转换的装置，又称超声换能器或超声波探头。这种装置能发射超声波和接收超声波回波，并转换成相应电信号。常见的超声波发射和接收器件的标称频率一般为 40kHz，太高在传播过程中衰减较大。按作用原理不同，超声波传感器可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中压电陶瓷晶片制成的换能器最为常用。在原理上利用压电陶瓷材料在电能与机械能之间相互转换的功能。其示意图如图2-2所示： 图2-2 传感器结构原理这种传感器一般采用双压电陶瓷晶片制成。需用的压电材料较少，价格低廉且非常适用于气体和液体介质中。在压电陶瓷片加有大小和方向不断变化的交流电压时，压电效应，就会使压电陶瓷晶片产生机械变形，这种机械变形的大小和方向是于外加电压的大小和方向成正比的。也就是说，在压电陶瓷晶片上加有频率为 f 的电压脉冲，晶片就会产生同频率的机械振动。这种机械振动推动空气等媒质，便会发出超声波。反之，如在压电陶瓷晶片上有超声波作用，将会使其产生机械变形，这种机械变形使压电陶瓷晶片产生频率与超声波相同的电信号9。当在 A，B 间施加交流电压时，若上片的电场方向与极化方向相同，则下面的方向相反，因此，上下一伸一缩，形成超声波振动。压电陶瓷晶片有一个固有的谐振频率，即中心频率 f0发射超声波时，加在其上面的交变电压频率要与它的固有谐振频率一致，接收超声波时，作用在它上面的超声机械波的频率也要与它的固有谐振频率一致。这样，超声波传感器才有较高的灵敏度，当所用压电材料不变时，改变压电陶瓷晶片的几何尺寸，就可以非常方便地改变其固有谐振频率。2.2.2超声波传感器结构超声波传感器由压电陶瓷晶片、锥形谐振板、底座、端子、金属壳及金属网构成。其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形谐振板是发射和接收超声波的能量集中，并使传感器有一定的指向角。金属外壳可防止外界力量对压电陶瓷晶片及锥形谐振板的损害，金属网也是起保护作用，基本内部结构如图2-3和2-4所示。 图2-3 超声波传感器基本结构 图2-4 超声波传感器内部结构超声测距传感器按其作用距离可以分为大、中、小三种量程。其中，小量程探测距离小于 2m，工作频率在 60-300kHz 之间；中量程探测距离约为 2-l0m，工作频率在 40-60kHz 之间；大量程探测距离约为20-50m,工作频率处在 16-30kHz 之间。 超声波传感器是超声波测距电路中的重要元件，其性能优劣直接影响到测距准确度和可靠性。超声波传感器按收发方式可分两类：一类是发射和接收分别是两种不同的分体式超声波传感器，此类传感器测距有效范围比较大，但不具备防尘、防水性能，如用于发射用于接收的 MA40A5。另一类是具有双向的发射/接收功能的收发一体式超声波传感器，如 TR40，不仅用于发射超声波，也用于接收超声波，此类超声波测距有效范围比较小，防尘、防水性能好。根据倒车雷达在实际工作时所处的恶劣环境的要求，本系统设计所选用的超声波传感器为发送CSB30T和接收CSB40R，其中心频率为 40kHZ。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，超声波在空气中传播，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。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 图2-5 超声波传感器结构这就是所谓的时间差测距法。 2.2.3 超声波发射电路 系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时。本超声波测距系统以AT89C51为中央处理器，系统上电工作后,由脉冲发生器发出脉冲信号。该脉冲信号一方面通过驱动的电路推动脉冲发生器发出超声波脉冲；另一方面，触发AT89C51内部定时器T1（由外部中断INT0实现）开始定时，同时等待接收信号，关闭定时器。电路原理如图2-6所示 图2-6 超声波发射电路测距系统中的超声波传感器采用UCM40R的压电陶瓷传感器。它的工作电压是40kHz的脉冲信号，由单片机执行下面程序产生。PULSE:MOV 14H,#12H； 超声波发射200sACALL LOOP2； 产生40kHz的超声波LCALL DIS； 延时SJMP PULSE ； 反复发射LOOP2:CPL P1.0NOPDJNZ 14H ,LOOP2RET单片机执行程序后，在P10端口输出一个40kHz的脉冲信号，经过三极管放大，驱动超声波发射头UC M4 0 R，发射4 0 k H z的脉冲超声波，且持续发射200s。2.2.4 超声波接收电路设计接收电路采用图2-7 所示电路。接收头采用与发射头配对的UCM40R。将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1IC2两极放大后加至IC。IC是带有锁定环的音频译码集成块LM567，内部的压控振荡器的中心频率f1/RC。电容C决定其锁定带宽，调节R在发射的载频上，则LM567输入信号大于25mV。输出端8 脚，由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。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11。 图2-7 超声波接收电路2.2.5 用LM567 作为超声波检测器件LM567 是一种常见的低价解码集成电路，其内部结构如图2-8所示。LM567 内部包含了两个鉴相器、放大器、电压控制振荡器VCO 等单元。锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO 产生，电压控制振荡器的自由振荡频率（即无外加控制电压时的振荡频率）与脚5、6 外接定时元件R1C1 的关系式为：f01/1.1R1C1。选用适当的定时元件，可使LM567 的振荡频率在0.01Hz500kHz 内连续变化。脚1、2 外接滤波电容C2、C3。LM567 一般作为锁相环路解码器，即当从脚3 输入的信号的频率在f0 附近的带宽BW范围内时信号被捕捉到，从输出脚8 输出低电平（未捕捉时为高电平）。带宽BW可由下式计算： 式中，ui为输入信号的有效值（rms），ui200mV。C2 为滤波电容（单位为if），调节它可调节带宽。超声波检测一般采用LM1812，虽效果较好，但价格较贵，且要用到电感等易引入干扰的元件。用作测距的声波其波长一般在40kHz 左右，正好落在LM567 可捕捉的范围内，完全可用它作为超声波检测集成电路。如图2-7所示的超声波测距电路。单片机从P1.7 发出约40kHz 的方波，经三极管T 后从超声波发射头发出超声波，同时单片机内的定时器开始定时；超声波碰到液面后反射回来被接收头接收；经过两级运放A1、A2 放大后送到LM567 的输入端（脚3）；LM567捕捉到超声波后输出低电平，此负跳变可作为中断输入引起单片机中断，定时器停止定时，定时器定时时间即为超声波从发射到接收的时间t；单片机计算出距离： S= 1/2vt ，其中v 为超声波在空气中的波速。 图2-8 LM567的结构图2.3 视频、字符叠加电路设计2.3.1 PD6450的工作原理PD6450是日本NEC公司推出的一种可编程大规模集成电路芯片，主要功能是用于视频切换中选加字符，字符点阵最大为1218，它能显示数字、字母及通用字符，这种芯片串接于视频信号源和监视器的通路中，视频信号输入次IC后，可得到也选加了字符的视频输出。此外，通过编程可以不需要外部信号，而直接由内部产生视频信号，从而在监视器上显示字符。字符叠加器要求电路与视频信号有严格的同步关系，其原理框图如图2-9所示。视频输出视频信号输入黑白电平控制叠加视频叠加电路同步头提取电路控制电路图2-9字符叠加原理框图字符是以点阵的形式存储和叠加在视频信号上的，字符发生器是一种专用B1C，存放着常用字符的点阵数据，需要时将这些点阵数据脉冲叠加在电视信号的适当位置。只有当点阵数据脉冲与行同步脉冲相关时，即各行中同一位置的点阵脉冲滞后于该行行同步脉冲一段固定时间时，字符才能稳定显示在监视器上。同步分离电路从全电视信号中分离出场、行同步信号作为显示的基准。行同步脉冲决定一行字符在屏幕上的总宽度。单片机对行同步脉冲进行计数，在指定的行内发出垂直方向显示脉冲，在脉冲有效的行内显示字符。PD6450CX-002的管脚排列定义如图2-10所示 图2-10 管脚排列定义表2-1 PD6450的管脚定义 VDD+5V工作电源VSS系统地DATA串行数据输入端，当CLK端有脉冲时，数据同步输入CLK数据读写时钟输入端，在时钟脉冲的上升沿数据读写STB在串行数据输入后选通脉冲输入端。提供给STB端脉冲的上升沿读写数据如果8位数据是字符数据时，数据地址在脉冲下降沿自动加1BUSY忙信号输出端，它告诉CPU STB是否处于有闲状态，地电平有效水平同步信号输入端。当为“1”时，振荡器起振，其在上升沿产生同步信号，数据在低电平时输入。垂直同步信号输入端，数据在低电平时输入。XOSCINXOSCOUT晶体振荡器连接端Video IN视频信号输入端，当同步信号为负，图像信号为正时，数据输入Video OUT视频信号输出端，可输出选加字符后的视频信号VCL调节字符信号水平的输入端VBL调节背景信号水平的输入端VVL调节内部模式产生的视频信号的水平输入端CKOUT反向振荡输出端，这一端用于检测频率2.3.2 视频、字符叠加电路字符叠加功能由行、场同步分离电路LM1881、字符叠加电路UPD6450 、八位单片机AT98C51 和外围元件等完成。输入的视频信号经电容耦合，先经过低通滤波器，送到LM1881的复合视频信号输入端，LM1881分离出复合同步信号、垂直同步信号等，其中复合同步输出控制一个振荡器CD4538当有视频信号输入时，LM1881 有复合同步脉冲输出，控制CD4538的6 端为高电平，如果没有视频信号输入，LM1881没有复合同步脉冲输出，CD4538 输出为低电平，单片机通过查询此引脚电平来确定此时有无外部视频信号输入，使UPD6450在无外部视频信号输入时输出内部视频信号。LM1881 的垂直同步输出和脉冲后沿输出分别送到UPD6450 的VSYNC（垂直同步信号输入）SSYNC（水平同步信号输入）端，供UPD6450内部叠加时序使用。UPD6450的7、8 脚外接LC振荡，为字符产生打点时钟，一般选为6MHz或7MHz。10、11 脚外接晶振，为内部图像信号提供的振荡时钟，选用NTSC制时外接4.318180MHz晶振，选用PAL制时外接17.734476MHz的晶振，14脚VCL的外接电位器用于调整字符信号电平，即白电平；15 脚VBL的外接电位器用于调整字符背景信号电平，即黑电平；16 脚VVL的外接电位器用于调整内部图像信号的负峰电平。电路如图2-11所示图2-11 UPD6450视频输入输出电路2.3.3 行、场分离器LM1881 为实现图像叠加，必须先了解图像传送的原理。图像是由明暗不同的部分构成的，一幅图像可以分解成许多个基本单元，叫“像素”。显然，像素的数目越多，就越能呈现出图像的细节，因而画面就越清晰。要想成功地传送一幅图像，必须把它所有的像素分别转换成相应的电信 号，再一一加以传送。现代电视技术中，采用顺序（轮流）传送像素的方法，在发送端按照各个像素的行列位置逐个变成电信号，发送到接收端；在接收端屏幕上，各个像素当然也是一个一个地轮流出现的。因此，要想在接收端的屏幕上得出正确的影像，应该符合两个条件：首先是发送与接收两个端的扫描时间应该相等，即扫描频率一致；另外，每一行和每一场开始扫描的时刻也要一样，即扫描的相位一致18。所以，严格地保证接收端和发送端的扫描运动互相同步是非常重要的。目前在传送视频信号时，把影像信号、消隐信号和复合同步信号三者按一定比例混合在一起，发送到接收端去控制显像管中电子束的扫描运动，以保证影像中各像素的位置在荧光屏上正确重显。我国采用的电视信号是PAL制，场扫描频率为50Hz，行扫描频率为15625Hz，它的行同步信号和场同步信号的基本波形如图所示。实际传送的视频信号波形如图2所示，在接收端可以利用这三种信号的幅值不同，用幅度分离将它们彼此分开。“消隐信号”是为了在行扫描逆程或帧扫描逆程期间，摄像管和显像管的电子束被截止而设的信号。“复合同步信号”可控制扫描振荡器的工作频率和相位，它由“水平同步信号”和“垂直同步信号”组合而成，二者的频率不同，在接收端用频率分离电路（或称波形分离电路）将它们彼此分开。图1 同步信号的基本波形准确提取视频信号中的同步信号对于本项目的成攻至关重要，幸运的是市场上提供了LM1881芯片，它仅需几个外接元件，就可以可靠地提取出视频信号中的同步信号。LM1881的引脚及连接电路如图2-12所示，图中的电容值均为0.1F，电阻阻值为680K。 VCC 512V奇偶场输出后沿脉冲输出垂直同步输出视频信号输入行同步输入1 82 73 64 5LM1881 图2-12 LM1881引脚电路2.4 显示报警系统语音报警是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时，发出声音提醒驾驶员，如图2-13所示。M3720是单声一闪灯报警音效集成电路，芯片内存储一种报警音效，可直接驱动蜂鸣器发声或经外接功放三极管推动扬声器，同时还能驱动一只LED。芯片各引脚功能为：5脚VDD；1脚VSS分别为电源输入端与负端，VDD电压33.5V；8脚X和1脚Y分别为芯片外接振荡电阻器；6脚TG为触发控制端，低电平触发有效；3脚BZ和2脚BB分别为报警音效输出端，可直接外接压电陶瓷蜂鸣器，如果驱动扬声器则由3脚BZ端引出；4脚L为闪灯输出端，可直接驱动LED发光。 图2-13 语音报警电路2.5 LCM显示电路字符型液晶显示模块是一类专门用于显示字母，数字，符号等的点阵型液晶显示模块。字符型液晶显示模块是在一块双面印刷线路板上，它的一面用导电橡胶将电路与液晶显示器件连接，另一面装配所需要的驱动器和控制器以及驱动所需的分压电路。设计采用RT1602C液晶显示模块。 图2-14 LCD与单片机接口电路由于单片机AT89C51的P3口（除P3.6外），内部都有上拉电阻，所以单片机AT89C51可直接驱动LCM显示，如图2-14所示。采用16X2字符型带背光的液晶显示模块。LCM液晶显示模块比之LED显示模块，具有体积小、功耗小、显示内容灵活多样等优点。LED的驱动比较明了，每个LED只要按设想需要接上+/-电压就可以驱动其发光。然而液晶驱动相对复杂。为方便用户使用，生产厂家将液晶的驱动IC和液晶做在一起，就是所谓模块化，大大简化用户端的驱动设计。该显示器正常工作电VCC=5V，VSS=0V，Ta=25，所以RT1602液晶显示模块可以与单片机AT89C51直接连接。图2-15 RT1602液晶显示管脚图图2-15为RT1602液晶显示管脚图。其功能如下：第1脚：VSS为地电源.第2脚：VDD接5V正电源.第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度.第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第15脚：电源脚（5V）。16脚：接地。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“C”的代码是01000011B（43H），显示时模块把地址43H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“C”。软件实现功能的基本步骤：1.初始化模块设定好；2.设置LCM的工作显示方式；3.设定DDRAM地址；4.向DDRAM写数据LCM显示字符。整体硬件电路的工作原理：当车子挂到倒车档时，系统启动，单片机的P1.0产生一个200us的宽脉冲送入超声波传感器发射出40KHz的超声波。发射后等待20ms，判断是否接收到回波信号，如果收到，则将其信号进行放大，应用LM324四运放进行放大。信号接收后，进入U6C进行一级放大，在进入U6B进行二级放大，放大信号在D6中进行检波后进入C4和R7组成的滤波电路，旁路掉超声波区域内环境瞬时噪声（杂波）和40KHz的超声波基频，只取出反射信号的负电平。该负电平送至由U6A组成的比较器反相输入端，与正端的基准电平（由VR2调节）比较后，输出正脉冲。也将不太规则的反射信号整形成很规整的触发脉冲信号送至单片机。与次同时，外部摄像机一直处于工作状态，不断采集外部视频信息。当控制系统接收到超声波返回的信息时，产生中断，同时由单片机执行数据处理，将采集到的距离信息读入到UPD6450中，与视频信息相叠加，最后输出经过UPD6450处理后带有距离信息的视频信号。整机工作原理图如附录所示。采用Protel 99画出硬件图，硬件图见附图1。第3章 系统软件设计3.1系统软件设计方案AT89C51单片机和其开发应用系统具有语言简洁、可移植性好、表达能力强、表达方式灵活、可进行结构化设计、可以直接控制计算机硬件、生成代码质量高、使用方便等诸多优点。它采用模块化设计，由主程序、发射子程序、查询接收子程序、定时子程序、字符叠加程序等模块组成。本系统软件主程序框图如图3-1所示。NY发射超声波接收超声波计算距离初始化UPD6450数据处理输出开始系统初始化有回波吗？ 图 3-1 主程序框图3.2系统的软件设计本系统软件分为四部分:主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序、字符叠加程序组成.主程序首先对环境的初始化，首先将P1口清零，然后复位开始计数，子程序送出一个超声波脉冲，控制发送电路，发送10个40KHZ的脉冲信号。P1.6为1开启计数通道，等待回波。当有回波时，读取P1.2口内部计数，计算距离值，通过P3口显在在LCD上，同时将距离值送入UPD6450进行字符数视频叠加，最后将叠加了数据的视频输出。3.2.1 测量子程序该系统的主程序处于键控循环工作方式，当为车的倒车档时，主程序开始调用发射子程序、查询接收子程序、定时子程序，并把测量结果用显示子程序在液晶屏上显示出来。当进行超声测距时，单片机发送一个0. 2ms宽的脉冲，产生40kHz的脉冲信号。在发射超声波的同时，定时器立即开始工作。在发送了0. 25ms的超声波之后，停止发送，等待20ms。在此等待时间内，不断检测与接收探头相连的Pl. 2口，一旦接收到超声波，即停止计时，表示由单片机控制的超声波已经经过反射，被接收端接收，所以计时器停止。通过时间乘速度的公式，可以得到被测物的两倍距离，除2之后，即可得到我们所要测的距离值。如图5-2和5-3.关外部中断读取时间值计算距离结果输出开外部中断返回接受超声波程序入口定时器初始化发射超声波停止发射返回发射超声波程序入口 图3-2 发送超声波程序 图3-3 接收超声波程序UPD6450初始化数据、视频叠加处理信号融合输出开始3.2.2 字符叠加程序 图3-4 字符、视频叠加程序流程 UPD6450的串行接口采用了非标准的4线接口，有其特定的通信时序，因此不能直接利用89C51本身的串行接口，将98C51 的端口P10-P13接至UPD6450的4条串行线上， 然后用软件模拟UPD6450所需时序，实现89C51与UPD6450之间的通讯。UPD6450与单片机接口有BUSY、CLK、STB、DATA共4个口线，其工作时序如图3-5 所示。D0D1D2D3D4D5D7D6DATACLKSTBBUSY 图3-5 UPD6450的工作时序与单片机接口的模拟此时序的函数用C51语言编写如下： Void U6450_send(unsigned char outdata) unsigned char i; for(i=0;i99,i+) if (sbusy=0) break; for(i=0;i8;i+) selk=0; sdata=(bit)(outdata&0x80); outdata=1; selk=1; upd6450_delay(); sstb=1; upd6450_delay(); 函数UPD6450_send的入口参数：outdata，功能是将16进制数outdata写入UPD6450芯片中。UPD6450的初始化过程为：Void u6450_initialine(void) Unsigned char i,j; U6450_send(0xff);/* 格式预制 */ U6450_send(0x80);/* 字符大小*/ U6450_send(0x47);/* 显示初始化 */ U6450_send(0xc7);/* 行初始显示时间 */ U6450_send(0xfd);/* 格式改变 */ U6450_send(0xf7);/* N/P开关 内/外视频开关，晶体控制，内部视频 */ U6450_send(0xed);/* 显示开关 闪烁振荡器开 */ U6450_send(0xcl);/* 内部视频信号颜色预制 */ For(i=0x90;i0x9c;i+) /* 清楚画面字符*/ For(j=0xa0;j0xb8;j+) u6450_send(i); /* 行地址控制 */ U6450_send(j); /* 列地址控制 */ U6450_send(0x80); /* 闪烁控制 */ U6450_send(0x7f); /* 数据 */ 3.3系统软件调试 程序编制完成之后，需要对程序各部分进行调试，以确定其在系统中的可靠胜和合理性。由于程序其本身是由许多子程序和功能块组成，所以在调试过程中，可以对其中每个功能块和子程序逐一调试，待每个子程序都能完成其指定的功能，然后再进行综合调试。1.对液晶屏子程序进行调试将硬件电路连接完毕后，对原程序进行编译，载入仿真器仿真运行，可以从液晶屏上看到有相应的字符出现，能满足预期的设置，没有出现异常情况。2.发送40KHZ脉冲信号子程序调试 脉冲信号由P1.0口发出0.2ms的宽脉冲产生，所以将其连接至示波器观察，程序运行后，可以从示波器上观察到有10个连续的40KHZ脉冲循环出现。得到了所需要的脉冲信号，通过超声波发送回路，推动超声波换能器产生超声波。本系统软件采用汇编语言编译，运行环境为Keil uVision2，图3-6为调试结果。程序代码见附图3。图5-5 系统软件调试3. 对字符、视频子程序调试。图5-6为调试结果。图5-6 UPD6450字符、视频叠加程序调试第四章 结束语 基于ATMEL公司生产的AT89C51作为主控芯片完成倒车雷达测距系统的设计，应用脉冲测距原理，对回波信号进行滤波放大，检测回波信号，然后通过得到的渡越时间计算距离，将测得的距离值输入到UPD6450中，本系统设备成本低、精度高、实时性好、可靠性高，实现了预定的小型化。极大的提高汽车倒车时的安全性。设计还需要完善的功能：1. 温度补偿，由于温度对超声波速度有一定影响，为提高测距精度，系统还需加上测温模块，根据所测得温度，进行温度补偿。2. 回波检测变阈值处理，由于超声波在空气中传播，衰减系数很大，近距离回波和远距离回波幅值差别很大，为达到信噪比一致，精确测量的目的，对回波检测可采用可变阈值处理。致 谢本次设计中，得到了老师和同学的热心关注和支持。他们对倒车系统的研究开发提出了宝贵意见，并在物质和精神上给予了大力支持。在我即将结束设计时，整个系统的硬件和软件系统已经基本成型，这与支持我的指导老师和同学们的关心是分不开的。本设计是在指导老师刘永春精心指导下完成的，刘老师给了我耐心、细致的指导，不厌其烦的解决每一个问题。在设计学习期间，刘老师给了我无数的帮助与教诲，使我终生难忘。刘老师严谨的治学作风、忘我的工作精神时时激励着我不断进取，使我终身受益。在设计过程中，得到了熊飞等同学的热情帮助，在此，向他们深表谢意！同他们的交流拓宽了我思路，丰富了我的知识。最后，向所有帮助过我的教研室老师、同学表示感谢！还要感谢我的母校四川理工学院,是您在我的大学四年的成长中给予我学习锻炼的平台!参考文献（主要的及公开发表的文献）1 吴修义.倒车监视系统车辆的第三只眼睛J. 汽车与配件,2003.4143.2 电子报，电子科技大学出版J. 2006（下）.3642.3 贾金玲.单片机原理及应用M. 四川：电子科技大学出版社，2004.4 C. Charles, Chang and kai - Tai Song. Ultras