倒车雷达板检测设计方案

毕 业 设 计 成 果 产品 作品 方案 设计题目 倒车雷达板检测设计方案 二级学院 航空电子设备维修学院 专 业 航空通信技术 班 级 通信 1401 学 号 5 姓 名 王泰川 指导教师 欧阳斌 2 诚信声明诚信声明 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 目录目录 前言前言 4 1倒车雷达板的检测意义倒车雷达板的检测意义 5 2 2 关于倒车雷达关于倒车雷达 6 2 1 倒车雷达的功能 6 2 2 倒车雷达的组成模块 6 2 3 倒车雷达的工作原理 7 3 3 倒车雷达的硬件电路倒车雷达的硬件电路 9 4 设计倒车雷达电路的检测与显示方案设计倒车雷达电路的检测与显示方案 14 4 1 电源电路的检测流程 14 4 2 硬件电路检测 15 总结总结 17 参考文献参考文献 18 4 前言前言 倒车雷达全称叫 倒车防撞雷达 又叫 泊车辅助系统 是汽车泊车或倒 车时候的安全辅助系统 一般由超声波传感器 控制器和显示器等组成 通过声 音或者直观的显示障碍物距离提示驾驶者 避免了泊车或倒车过程中遇到的视野 盲区 提高安全驾驶 现在市场上大多数倒车雷达都是利用超声波测距原理 当倒车或泊车的时候 倒车雷达启动 在控制器的控制下安装于车辆上的超声波发送探头发送超声波 遇到障碍物后 超声波反射 传感器接收到反射信号后由控制器处理数据 确定 障碍物距离 通过显示器显示距离并发出报警信号 提醒驾驶者 经过近几年的发展 倒车雷达也经过了几代的技术改良 无论是在外形还是 性价比上都有很大的特点 第一代 倒车喇叭提示 只要驾驶者挂上倒档 车辆就会发出 倒车请注意 提醒周围的人注意 在某种意义上 并没对驾驶者有直接帮助 该倒车雷达 并不能真正意义上的称之为倒车雷达 第二代 轰鸣器提示 倒车时 只要在一定距离内存在障碍物 轰鸣器就会 工作 声音越急则离障碍物越近 这是倒车雷达的真正开始 第三代 数码管波段显示 相对于第二代倒车雷达进步了许多 可以显示出 车辆与障碍物之间的距离 其中包含了两种显示方法 数码直接显示距离数字和 波段显示 第四代 液晶荧屏显示 动态荧屏显示系统 只要发动汽车 就可以出现汽 车图案以及车辆与障碍物之间距离 由于灵敏度高 抗干扰能力弱 误报较多 第五代 魔幻镜倒车雷达 利用仿生超声雷达技术 配合高速电脑控制 可 以全天候准确测量 2 米内障碍物 同时使用不同的声音提示和显示提醒驾驶者 第六代 无线倒车雷达 融合无线连接 倒车雷达 彩色液晶显示和 BP 警 示音 集前几代倒车雷达优点 同时添加无线连接 再安装倒车雷达是更加容易 5 1 倒车雷达板的检测意义倒车雷达板的检测意义 近年来 随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高 我国的汽车 数量正逐年增加 同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加 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 据相关调查统计 15 的汽车碰撞事故 是因倒车时汽车的后视能力不良造成的 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 安全避免障碍物的前 提是快速 准确地测量障碍物与汽车之间的距离 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 而现在市场上充次着各种品牌 的倒车产品 而这类电子产品 不管是元件 部件 整机 设备 都要进行测试 电子 产品通过生产制造后 形成了完整的产品 已经可以发挥使用价值了 但使用以后 发现会有这样那样的毛病 又发现这些毛病绝大部分发生开始的几小时至几十小 时之内 后来干脆就规定了电子产品的老化测试 仿照或者等效产品的使用状态 这个过程由产品制造者来完成 通过再测试 把有问题的产品留在工厂 没问题的 产品给用户 以保证买给用户的产品是可靠的或者是问题较少的 这就是老化测试 的意义 电子产品老化测试分为元器件老化和整机老化 电子新产品 要考核新 的元器件或整机的性能 老化指标更高 老化使产品的缺陷在出厂前暴露 如焊 接点的可靠性 产品在设计 材料和工艺方面的各种缺陷 老化使产品性能进入 稳定区间后出厂 减少返修率 最后通过各种检测手段 及时发现产品缺陷 从 而保证使用者的人身安全 6 2 2 关于倒车雷达关于倒车雷达 2 1 倒车雷达的功能 汽车倒车雷达是一种汽车上面的辅助装置 从名字也可以知道它主要就是用 来帮助司机进行倒车的 对于不少的司机来说 倒车都是一件苦差事 而且我们 在各种交通事故的新闻上面 也时常可以看见什么倒车撞倒了自家的宠物 甚至 是小孩 亲人等等 可以说倒车这个问题 也是大家都非常重视的 而汽车倒车 雷达正是基于在倒车方面的一些问题和困难 而专门研发出来的产品 在汽车当 中安装了这样的倒车雷达之后 首先一个非常有用的功能 就是它会有一个专门 的语音提示 所以在汽车倒车的过程当中 都会有 倒车请注意 这样的语音播 放 从而使得边上的行人都能够提前注意到这一点 从而避开正在倒车中的车辆 起到很好的一个预防的效果 而且汽车倒车雷达的功能十分强大 它拥有着可以 帮助司机长一双更全面的眼睛的功效 因为倒车过程当中 最大的阻碍就在于视 野受阻 开车的人无法清楚地了解到车后面的情况是怎么样的 只能够摸索着去 开 而有了倒车雷达之后 就会自动地测量出你的车子与最近的障碍物之间有多 少的距离 从而让司机能够拥有更好的把握 特别是现在不少的汽车倒车雷达里 面 都有着专门的警示功能 一旦倒车倒到了极限的距离 都会发出警告声 让 驾驶员能够有效地注意到 2 2 倒车雷达的组成模块 1 超声波传感器 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器 超声波是一种振动频 率高于声波的机械波 由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的 它具有频率 高 波长短 绕射现象小 特别是方向性好 能够成为射线而定向传播等特点 超声波对液体 固体的穿透本领很大 尤其是在阳光不透明的固体中 它可穿透 几十米的深度 超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波 碰到 活动物体能产生多普勒效应 因此超声波检测广泛应用在工业 国防 生物医学 等方面 超声波传感器使得驾驶员可以安全地倒车 其原理是利用探测倒车路径上或 附近存在的任何障碍物 并及时发出警告 所设计的检测系统可以同时提供声光 并茂的听觉和视觉警告 其警告表示是探测到了在盲区内障碍物的距离和方向 这样 在狭窄的地方不管是泊车还是开车 借助倒车障碍报警检测系统 驾驶员 心理压力就会减少 并可以游刃有余地采取必要的动作 2 控制器 控制器 英文名称 controller 是指按照预定顺序改变主电路或控制电路 的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动 调速 制动和反向的主令装置 由程序计数器 指令寄存器 指令译码器 时序产生器和操作控制器组成 它是 发布命令的 决策机构 即完成协调和指挥整个计算机系统的操作 而由控制 器对信号进行处理后 计算出车与障碍物之间的距离 及时提醒驾驶员注意安全 7 3 显示器和蜂鸣器 显示器 display 通常也被称为监视器 显示器是属于电脑的 I O 设备 即输入输出设备 它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上 再反射到人眼的显示工具 根据制造材料的不同 可分为 阴极射线管显示器 CRT 等离子显示器 PDP 液晶显示器 LCD 等等 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器 采用直流电压供电 广泛应用于计算 机 打印机 复印机 报警器 电子玩具 汽车电子设备 电话机 定时器等电 子产品中作发声器件 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型 蜂鸣器在电路中用字母 H 或 HA 旧标准用 FM ZZG LB JD 等 表示 显示器或蜂鸣器 接收主机距离数据 并根据距离远近显示距离值和提供 不同级别的距离报警音 2 3 倒车雷达的工作原理 倒车雷达系统的工作原理是利用超声波原理 由装置于车尾保险杆上的几个 探头和倒车雷达模块组成 在倒车雷达的控制下 探头向外发送超声波撞击障碍 物后 反射此声波回探头 探头将接收到的反射波信号送回控制模块 控制模块 将信号进行处理 计算出车体与障碍物之间的最近障碍物的数据和方位 并用之 控制输出指示 以提示驾驶员不至于撞上障碍物 倒车雷达是汽车泊车安全辅助装置 由超声波传感器 俗称探头 控制器 和显示器 报警器 喇叭或蜂鸣器 等部分组成 如图 1 1 超声波传感器是整 个倒车系统最核心的部件 其作用是发出与接收超声波 目前 常用探头的工作 频率有 40kHz 48kHz 和 58kHz 三种 一般来说 频率越高 灵敏度越高 但水 平与垂直方向的探测角度就越小 故一般采用 40kHz 的探头 图 1 1 倒车雷达主要装置 8 倒车雷达采用超声波测距原理如图 2 2 所示 当车辆挂进倒车挡倒车时 倒 车雷达自动进人工作状态 在控制器的控制下 由安装在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 从而计算出车体与障碍物之间的距离 判断出障碍物的位置 图 2 2 超声波测距原理 某型倒车雷达的电路组成框图如图 2 3 所示 通过预定的程序设计 控制相应 电子模拟开关驱动发射电路 使超声波传感器工作 超声波回波信号通过专用的 接收 滤波 放大电路进行处理后 对其进行检测 当接收完全部传感器的信号 后 由系统通过特定的算法得出最近的距离 并驱动蜂鸣器或显示电路工作 来 9 提醒驾驶者最近的障碍物距离及方位 图 2 3 倒车雷达原理方框图 10 3 3 倒车雷达的硬件电路倒车雷达的硬件电路 硬件主要含有单片机最小系统 测量电路 显示与报警电路 辅助电路 在 倒车过程中 单片机给超声波模块一个高电平信号 超声波模块开始工作发送和 接收超声波 并反馈给单片机一个高电平 单片机启动定时器 记下高电平持续 时间就是超声波发送和接受到的时间差 由于超声波在空气中传播收到温度影响 则利用温度补偿电路实现测量传播速度的计算 就可以实现超声波测距 经过单 片机处理把距离和温度传递给 LCD 显示出来 同时判断是否报警 超声波检测 的倒车雷达的系统框图如图 3 1 图 3 1 系统框图 1 主控控制芯片 主控控制芯片 本设计控制芯片选用 AT89C52 该芯片使用方便 电路简单 性价比高 可以 完全适用于本次设计要求 AT89C52 原理图如图 3 2 图 3 2 最小系统原理图 2 复位电路 单片机 AT89C52 的 32 个 I O 口在设计中的应用有 P0 口 32 39 与 LCD 显 示屏的数据端口相接 P2 5 P2 6 P2 7 26 28 分别连接 LCD 的使能 读写信号 寄存器选择 P2 4 25 于 DS18B20 的控制线相连 实现对其温度芯片控制和温度 数据接收 P2 3 P24 发送高电平信号给 HC SR04 控制超声波模块开始工作 P2 0 P2 1 P2 2 21 23 分别控制报警装置的声响和 LED 闪烁 实现声光报警 单片机最小系统 超声波模块 温度测量电路 LCD 显 示 声光报警 11 P3 2 12 为 HC SR04 超声波模块反馈端口 测试高电平持续时间可以得到发送和 接收的时间差 在单片机 AT89C52 芯片中引脚 RESET 为复位引脚 可以使程序重新开始执 行 即从存储器的地址 0000H 开始执行 工作原理就是当单片机开始工作时 在引脚 RESET 上给至少两个机器周期的高电平 则单片机就实现了初始化复位 如果引脚 RESET 一直保持高电平 则就始终保持循环复位 直到电平变为低电 平后 单片机才开始执行程序 AT89C52 单片机的复位是由外部复位电路实现 通常有两种方式 上电自动 复位和按键复位 根据需要 此次采用的是按键复位电路 电路图如图 3 3 图 3 3 按键复位电路 3 时钟电路 单片机功能的运行都是以时钟控制信号为标准的 因此 时钟频率直接影响 单片机的运行速度 时钟电路的质量直接影响单片机最小系统的稳定性 其中 常用的时钟电路有两种 内部时钟和外部时钟 本设计采用的是内部时钟 时钟 电路图如图 3 4 图 3 4 时钟电路 在 AT89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器 输入和输出 分别是单片机的 XTAL1 和 XTAL2 引脚 在这两个引脚外分别接入晶振和两个 12 微调电容 就可以构成一个稳定的自激振荡器 在本次设计中采用了 11 0592M 晶振和 30pF 电容 晶振影响系统的时钟频率的高低 也就是单片机运行的速度 为了适合串口通信对时钟的要求 选用 11 0592M 晶振 虽然电容的大小没有严 格要求 但会对振荡器频率的高低 稳定性和起振快速性有很大影响 一般 30pF 合适 同时 在焊接时钟电路的时候 应该让晶振和两个微调电容尽可能 的安装在与单片机靠的近的地方 可以减少寄生电容 保证振荡器稳定 可靠的 工作 4 超声波模块电路 本设计采用的是专用超声波发送接收模块 HC SR04 该模块一共含有四个端 口 分别是 VCC TRIG ECHO GND 功能及连接方法 VCC 提供 5V 电源 TRIG 触发控制信号输入 与单片机的 P2 3 引脚相连 ECHO 回响信号输出与单 片机 P3 2 相连 GND 为地线 超声波模块电路图如图 4 5 所示 图 3 5 超声波模块电路 5 温度补偿电路 温度补偿电路如图 2 6 所示 数字信号输入 输出引脚 DQ 与单片机 P2 4 相接 电源 VCC 接 5V GND 接地 由于 DS18B20 是单总线温度传感器 数据线为 漏极开路 如果温度传感器没有接上电源 则需要数据线强行上拉给传感去上电 如果温度传感器接有电源 则可以不用数据线强行上拉给传感器上电也可以正常 工作 因此则需要在 VCC 和 DQ 之间加入一个 10K 上拉电阻 13 图 3 温度补偿电路 14 6 LCD 显示电路 液晶显示器就是利用液晶经过处理改变光线传输方向的特性 达到显示字符 或图像的方法 主要特点有 平面显示 体积小 重量轻 便于携带 功耗低 驱动电压小 寿命长 一般都在 5 万小时以上 不含有辐射线 易于驱动 可以 用于直接驱动大规模集成电路 结构简单 无复杂机械部分 成本低 本设计采用的是 LCD1602 液晶 该显示器内部 CGROM 已存储了 160 个不 同字符图形 其中包含有 阿拉伯数字 英文字母大小写 常用字符 日文假名 等 显示的时候只需要把相应代码写入既可以显示相应符号 显示电路图如图 3 7 图 3 7 LCD 显示电路 7 报警电路 本设计的报警电路在倒车雷达的应用中有着重要的作用 当探测到距离小于 设定安全值 单片机就给报警模块信号进行发光二极管闪烁和蜂鸣器发出声音提 醒驾驶者 同时 在不同的设定距离发光二级管闪烁和蜂鸣器发身的频率不同 报警电路图如图 4 8 15 图 3 8 报警电路 LED1 和 LED2 分别为绿灯和红灯 并分别与单片机的 P2 1 和 P2 2 SOUND 为蜂鸣器 报警端口与单片机 P2 0 相接 当是安全距离的时候 绿灯亮起 当小于安全距离时 绿灯 灭 红灯闪烁 蜂鸣器响起 其中蜂鸣器红灯闪烁越快 蜂鸣器发声越急促 那么与障碍物 之间的距离也就越近 8 电源电路 稳压直流电源在电子设备中是必不可少的组成部分 在本设计中 对于单片 机需要提供直流稳定的 5V 电源 LM2940 的稳压的线性度非常好 同时纹波小 电路结构简单 电源电路如图 3 9 图 3 9 电源电路 16 4 4 设计倒车雷达电路的检测设计倒车雷达电路的检测方案方案 4 1 电路的检测流程 检测流程如图 4 1 所示 图 4 1 电路检测流程 电源电路检测 单片机最小系统检测 按键复位电路检测 时钟电路检测 超声波电路模块检测 温度补偿电路检测 LCD 显示电路检测 报警电路检测 17 4 2 硬件电路检测方法 1 电源电路检测 因为单片机需要提供直流稳定的 5V 电源 再经过稳压器输出 所以我们只 要对输出电压进行检测就能判断电路是否正常 因此我们用完用表调到电压档对 经过稳压输出的 5 伏电压进行检测 测量其是否为 5 伏 小结 通过检测 输出电压正常 能够判断倒车雷达电源电路完好 2 单片机最小系统检测 STC 单片机芯片出厂内部都装载了 LED 灯驱动程序 如果最小系统的电源 晶振正确时会闪亮的 那么我们通电后 用万用表检测 除接晶振的两个引脚电 压为 2V 左右外 其他都是高电平 5V 用完用表对其测量 再就是用扫频仪对 晶振频率进行检测晶振频率正常为 11 0592M 小结 通过检测晶振两端电压正常 晶振频率正常 则单片机最小系统工 作正常 3 按键复位电路检测 一般用示波器观察复位脉冲 通过反复通断电源 在开关每次接通的瞬间 观察复位脉冲 复位脉冲应为理想的矩形方波 若无复位脉冲 则说明复位电路 中的电阻 电容 晶体管等有故障 集成电路复位端应为规则的低或高电平 小结 通过检测 复位脉冲的波形正常 复位电路工作正常 4 时钟电路检测 时钟电路主要是在系统主板上 它是大规模集成电路赖以工作的基本条件 它是以晶体振荡器 俗称晶振 为基础 在电路中产生恒定的方波信号 1 晶振漏电损坏 可用万用表 P 10K 挡测量 若其电阻为无穷大 则为正 常 若有阻值则为漏电 2 晶振内部开路 用万用表测其电阻虽无穷大 但在电路中不能产生振荡 脉冲 3 晶振变质使其参数改变 只有用示波器和频率计才能检测 晶振虽能振 荡 但其时钟频率偏离其标称值 此时虽有振荡脉冲 但由于脉冲数量错误 系 统电路也不能工作 此时只有用频率计才能准确测出其偏差 小结 通过对是否漏电 内部开路电阻及晶振频率检测 如果个数值正常 那么时钟电路工作正常 5 超声波电路模块检测 因为由 VCC 提供 5V 电源 TRIG 触发控制信号输入 与单片机的 P2 3 引脚 相连 ECHO 回响信号输出与单片机 P3 2 相连 所以我们用万用表测试电源电压 是不是 5V 利用示波器检测 TRIG 和 ECHO 与单片机连接后是不是有信号输出 小结 通过测试 电源电压正常 信号输入输出信号正常 那么超声波电路 模块工作正常 6 温度补偿电路检测 DQ 是数字信号输入输出引脚 要与单片机 P2 4 相接 电源 VCC 接 5V 而 且 VCC 和 DQ 之间加入一个 10K 上拉电阻 所以我们先对电压进行测试 如果 是 5V 电压正常 第二用示波器对 DQ 与单片机 P2 4 进行测试 看有无信号的输 18 入与输出 最后用完用表检测接入的店电阻是否为 10K 小结 通过对电压 电阻及信号输入输出检查 各测量值正常 说明温度补偿 电路工作正常 7 LCD 显示电路检测 LCD 1602 与 AT89S52 单片机的连接 其中 8 10k 欧姆的排阻作为 P0 口的 上拉电阻 分别接 1602 的第 7 到 14 引脚以及单片机的 P0 口 电位器 RLCD 是 用来调节液晶背光对比度的 一端分别接 1602 的第 2 3 脚 另一端接地 1602 的 4 5 6 脚分别与单片机的 P2 0 P2 1 P2 2 脚相连 15 脚接电源 1 脚和 16 脚接地 所以通电之后可以先调节电位器 看能否调节液晶对比度 而 1602 的 4 5 6 脚连接单片机 P2 0 P2 1 P2 2 脚 用示波器测其有没有输出 小结 通过检测 电位器能调节液晶对比度 LCD 与单片机引脚输出正常 说明 LCD 显示电路工作正常 8 报警电路检测 因为 LED1 和 LED2 单片机的 P2 1 和 P2 2 连接 蜂鸣器报警端口与单片机 P2 0 相接 用示波器检测信号的输出 而且报警器电路自有的两个 LED 和蜂鸣 器也是对这一电路的检测 小结 通过检测 LED 与蜂鸣器和单片机连接输出正常 能够报警 说明报