倒车雷达摘要.

1、随着我国经济飞速发展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒 车所引发的事故也越来越多。这些事故常常给驾驶员带来许多的麻烦， 因此，有 助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”， 也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，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，解除了驾驶员泊车和启动车俩时前后左右探视 所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。 本文介绍了以 AT89S52单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有声音报警功能的倒 车雷达系统，该倒车雷达根据超声波测距原理研制， 采用温度补偿技术、开机自 检技术和优化的

2、软硬件技术，将测得的结果送至串口显示，同时用蜂鸣器报警。 驾驶员只需坐在驾驶室就能做到心里有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和 效率。 关键词：STC89C5单片机，倒车雷达，超声波 Abstract With the rapid developme nt of Chin as economy, more and more people have their own cars, and caused by park ing and revers ing accide nts are also more and more. These accidents often bring a lot o

3、f trouble for the driver, therefore, revers ing radar help drivers park ing and revers ing the emerge as the times require. Revers ing radar full n ame is revers ing an ti-collisi on radar, also called parking auxiliary device, is the automobile safe parking auxiliary device, to the sound or more di

4、splay around the obstacles of this pilot intuitive, lift ing the driver park ing and start the car at around two visit caused distress, and help the driver to remove the visi on of the dead and the line of sight fuzzy flaw. This paper in troduces a kind of low cost, high precisi on, mini aturizati o

5、n of AT89S52 microc on troller as the core, and the revers ing radar system sound alarm function, the reversing radar is developed according to the principle of ultras onic dista nee measureme nt, using the temperature compe nsati on tech no logy, software and hardware tech no logy power on self tes

6、t tech no logy and optimization, the measured results sent to the serial display. At the same time with the buzzer alarm. The driver only has to sit in the cab can do several things, greatly improves the efficiency and safety of parking and reversing the. Keywords:STC89C52 microco ntroller,revers in

7、gradar,ultras onic 第一章绪论 1.1倒车雷达防撞的意义 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，设计一种汽车测距防撞报警系统势在必行。 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 经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。禾I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

8、量，以及在汽车倒车防 撞报警系统中，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一折 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，当到达一定距离时， 系统能发出报警声，进而提醒驾驶人员，起到安全的左右。 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。 1.2倒车雷达的发展过程 第

9、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，现在只有小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。从某种意义上说，它对司机并没有直接 的帮助，不是真正的倒车雷达。价格便宜，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1.8米一1.5米处有障碍物，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

10、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1.8米开始显示；如果是人， 在0.9米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，而波段显示产品由三种颜色来区别： 绿色代表安全距离，黄色代表警 告距离，红色代表危险距离必须停止倒车。第三代产品把数码和波段组合在一 起，但比较实用，但安装在车内不太美观。 第四代：液晶荧屏动态显示。这一代产品有一个质的飞跃，特别是屏幕显示 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。不过液晶显示器外观虽精

11、巧，但灵敏度较高，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2米以内的障碍物，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。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：整合影音系统。它在第五代产品的基础上新增了很多功能，属于第 六代产品，是专门为高档轿车生产的。从外观上来

12、看，这套系统比第五代产品更 为精致典雅；从功能上来看，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。 目前市场上倒车雷达品牌多达二十几种， 价格从上百元到一两千元不等，选 购倒车雷达可以从如下方面考虑：功能、性能、外观、质量、安装。 第二章：系统总体组成 2.1系统组成 汽车倒车雷达预警系统由三个部分组成， 分别为测距部分、控制系统部分和 显示报警部分 2.2系统构建 蜂鸣器 按照系统设计要求，重点介绍硬件部分，硬件系统设计采用模块化思想。系 统硬件结构分为三个主要模块：测距系统模块、控制系统模块和显示报警系统模 块。并对该系统建立数学

13、模型，对其进行了倒车仿真试验研究，以提供较为可靠 的方法给驾驶者完成倒车任务。整个系统根据“回波测距”的原理设计的，其结 构框图如图2-1所示。 发射模块 接收模块 控制系统 图2-1汽车倒车雷达预警系统结构原理图 各模块所完成的具体功能如下： (1) 测距系统模块：针对超声波传感器设计的发送模块、接收模块和控制系 统共同完成测距功能。 (2) 控制系统模块：本系统以单片机为控制核心，控制整个系统的运行，对 各个接口电路进行控制，发射脉冲，检测到回波后，进行数据处理，测出从超声 波发射到接收回波信号的时刻差，从而测出距离。 (3) 显示报警系统模块：显示最小距离及报警以提醒驾驶员。 除此之外，

14、系统探测范围及传感器的布点对倒车也有很大的影响， 如果系统 探测范围及传感器的布点设置不当， 那么就容易出现盲区，对汽车周围的障碍物 探测不出，容易出现倒车事故。而且在有的环境下，易造成无法侦测及侦测不良 之情况。 2.3超声波测距的原理 超声波发射器向某一方向发射超声波, 气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来, 计时。假设超声波在空气中的传播速度为 距障碍物的距离H，如图2.2所示 在发射的同时开始计时，超声波在空 超声波接收器收到发射波就立即停止 V，根据计时器记录的时间t，发射点 超声渡发射探买障碍物 超声披接收探头 图2-2 超声波测距原理 图2-2中被测距离为H,两探头中心距离的一半

15、用 M表示，超声波单程所走 过的距离用L表示，由图可得： H 二Lcost v - arctan M H 将式带入式得： H = L cos arctan M H 1(3) 在整个传播过程中，超声波所走过的距离为： 2L =vt(4) 式中：v为超声波的传播速度，t为传播时间，即为超声波从发射到接收的 时间。将式(4)带入式(3)可得： H = 0.5vt cosarctanM . H 1(5) 当被测距离H远远大于M时，式(5)变为： H =0.5vt 这就是所谓的时间差测距法。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经 历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离2。 由于

16、是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的 功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必 要条件，只有得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干 扰信号的干扰。经分析和大量实验表明，频率为40KHz左右的超声波在空气中 传播效果最佳, 脉 同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有一定间隔的调制 冲波信号 第三章：硬件系统的组成 按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、 超声波 发射模块、接收模块共三个模块组成。 单片机主控芯片使用51系列AT89S51单片机，该单片机工作性能稳定，同 时也是在单片机课程设计中经

17、常使用到的控制芯片。 发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送。 接收电路使用三极管组成的放大电路，该电路简单，调试工作小较小。 3.1相关硬件介绍 3.1.1 AT89C51 单片机 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器，外形及引脚排列如图3.1所示。 PL IS aiopk motp) (Txt j. 仃 c?k (rt?k drib pi ATWC51的喘仞非何 图3.1 AT89C51的引脚排列 AT8JC5I VCT pn (Muw i po i/(wb ro, FL J/ (WJ) PD.4/(OMI Pd. j/ (WJ Rk*/(U*1 Fa. 7/uon ES/VI

18、T ui/mc P$E n.?/uts) n. t/uu F3.S/UIJI n.4um PM/Utll P2. J/U；D1 P2.1/U1I PTW 40个引脚我们按其功能类别分为三类：电源和时钟引脚；编程控制引脚；I/O 口引脚。 VCC（40脚）、GND（ 20脚）：单片机电源引脚，不同型号单片机接入对 应电压电源，常压为+5V，低压为+3.3V。 XTAL1 （ 19脚）：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2 （18脚）：来自反向振荡器的输出。 RST （9脚）：单片机的复位引脚。当输入连续两个机器周期以上高电平时 为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。 /P

19、SEN（ 29脚）：全称是程序存储器允许输出控制端。在读外部程序存储器 时低电平有效，以实现外部程序存储器单元的读操作。 ALE/PROG（ 30脚）：当扩展外部 RAM时，ALE用于控制把P0 口的输出 低8为地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。ALE有可能是 高电平也有可能是低电平，当 ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外 部存储器时，ALE信号负跳变将P0 口上低8位地址信号送入锁存器；当 ALE 是低电平时，P0 口上的内容和锁存器输出一致。 /EA/VPP（31脚）：当/EA保持低电平时，贝U在此期间外部程序存储器 （OOOOH-FFFFH，不管是否有内部程序存

20、储器。注意加密方式 1时，/EA将内 部锁定为RESET当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程 期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP。 I/O 口引脚一P0 口、P1 口、P2 口、P3 口。 P0 口（ 39脚32脚）：P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每个口可独 立控制。51单片机P0 口内部没有上拉电阻，为高阻状态，所以不能正常地输出 高/低电平，因此该组I/O 口在使用时务必要外接上拉电阻。 P1 口（ 1脚8脚）：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，

21、可 用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘 故。在FLASH编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。 P2 口（ 21脚28脚）：准双向8位I/O 口，每个口可独立控制，内带上拉 电阻，与P1 口相似。 P3 口（ 10脚17脚）：P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可 接收输出4个TTL门电流。当P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平， 并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ）这是 由于上拉的缘故。 P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3.0 RXD （串行输入口） P3.

22、1 TXD （串行输出口） P3.2 /INT0 （外部中断0） P3.3 /INT1 （外部中断1） P3.4 T0 （计时器0外部输入） P3.5 T1 （计时器1外部输入） P3.6 /WR （外部数据存储器写选通） P3.7 /RD （外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置 为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外 部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低

23、电平要求的宽度。 二）蜂鸣器的结构原理 1 压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹 配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工 作电压），多谐振荡器起振，输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂 鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面 镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 2 电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及 外壳等组成。 接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电

24、磁线圈产 生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 H- S04超声波测距模块 1、产品特点： HC-SR04超声波测距模块可提供 2cm-400cm的非接触式距离感测 功能，测距精度可达高到3mm模块包括超声波发射器、接收器与控制电 路。基本工作原理： （1）采用10 口 TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号； 模块自 动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；（3）有信号返回， 通过IO 口 ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声 波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2; 2、实物图: 如右图接线,vcc供

25、 +5V 粧发怙耳输入 回响措号端出 GND 5V电源，GND为 地线，TRIG触发 控制信号输入， ECHO回响信号 输出等四支线。 3.2 :硬件电路 3.2 :硬件电路 R2G I |=_ vcc 10K1A4 14 U1 GND CK2 C3 卄 30P 1$ Pll2 P12 3 PW 4 P14 5 P15 6 P16 7 PIO P17 E RST XTAL1 vcc PO.O ADD PO. l ADI ADJ VCC 407 XTAL2 PIO Pl.l PL2 Pl.3 Pl .4 Pl 5 Pl.6 Pl .7 JJ4J027J 35 POT 3 un sig ned i

26、nt time = 0; un sig ned long S = 0; bit flag =0; bit beep_e n; uchar B_time; /* * 函数名：延时 调 用: delayms(unsigned int ms); 参 数: ms 返回值：无 结果：系统延时 备注：显示等待时间 * */ void delayms( un sig ned int ms) un sig ned char i = 100,j; for(;ms;ms -) while(- i) j = 10; while(- j); void in it() / 设T0为方式1, GATE=1 TMOD =

27、0 x11; THO = 0; TL0 = 0; ETO = 1; /允许TO中断 TH1 = Oxbl; TL1 = OxeO; /20ms TR1 = 1; ET1 = 1; /开启总中断 EA = 1; /* * 函数名：主函数 调用：无 参数：无 返回值：无 结果： 备注： * */ void mai n(void) ini t(); TMOD = 0 x01; THO = 0; TLO = 0; ETO = 1; EA = 1; while(1) TX=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

28、_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); / 设TO为方式1, GATE=1 /允许T0中断 /开启总中断 /启动一次模块 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); TX = 0; /当RX为零时等待 /开启计数 /当RX为1计数并等待 /关闭计数 while(!RX); TRO = 1; while(RX); TRO = 0; time = THO * 256 + TLO; THO = 0; TL0 = 0; S = (tim

29、e * 1.7) / 100; /算出来是CM if(S = 700 | flag = 1) /超出测量范围显示“- flag = 0; else if(S = 100) beep_en 二1; else beep_e n 二 0; if(S 10) B_time = 10; else if(S 20) B_time = 20; else if(S 30) B_time = 30; else if(S 40) B_time = 40; else if(S 50) B_time = 50; else if(S 60) B_time = 60; else if(S 80) B_time = 80;

30、 else if(S = B_time) ent = 0; Beep = Beep; else Beep = 1; 结论 本小型模拟系统基本达到了预期的目标， 仿真证实其可行性和稳定性。实际 要用的倒车雷达要在车后至少安装两对超声波传感器， 以检测到车后略宽于车的 较大范围的障碍物，左右距离的报警可以用不同频率（声调）区别，仍然分别用间 歇呜叫频率报警提示距离。系统由于采用了单片机 AT89C52充分利用了其丰富 的片上资源使得系统功能丰富，使用的外围芯片减少，提高了系统可靠性。 不过目前市场上大多数倒车雷达都或多或少存在误报警和不报警的情况，也 就是倒车雷达的稳定性问题，这是倒车雷达最关键的

31、性能，探测雷达所用的超声 波技术是一种模拟技术，性能不稳定的雷达会出现乱跳的现象。 另外，目前倒车 雷达报警后，是采取驾驶员制动的方法，而非自动刹车，也是怕误报警后的自动 刹车带来负面影响，因此下一步的工作会放在怎样通过收集不同的探测信号建立 信息库，来正确判断雷达所探测到的不同情况， 以作出尽可能正确的反应，最大 限度避免误报警的负面影响。 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的汽 车。在享受汽车给我们带来的便利的同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。 本文提出的倒车雷达设计方案硬件电路简单， 具有性能好、成本低的优点，应该 具有推广应用的价值。 参考文献 1 王

32、兆安，黄俊电力电子技术（第四版）西安交通大学出版社，2000 2 杨凌霄，李玉玲.微型计算机原理及应用.中国矿业大学出版社，2004 3 康华光，陈大钦，张林.电子技术基础（第五版）高等教育出版社，2006 4 余发山.单片机原理及应用技术.中国矿业大学出版社，2003 丁镇生,传感器及传感技术应用（第1版）.北京电子工业出版社，1998 王振红，张斯伟.电子电路综合设计化学工业出版社，2008 7 席爱民.模糊控制技术.西安电子科技大学出版社，2008 8 吕治国，周文武.基于MATLAB勺模糊推理系统实现方法.微型机与应用，2002 9 亢海伟，杨庆芬，王硕禾基于MATLAB莫糊逻辑工具箱

33、的模糊控制系统仿 真自动化与仪器仪表.2000 10 董子和，李永辉.超声波测距系统的建立及其在汽车防撞系统的应用.汽车 电器.2003 11 李哲英，李晓光等编著现代电子系统小功率直流稳压电源设计北京中国铁 道出版社1996 12 E.Fra ncis Gue unin g,Mihai Varla n,Christi on E.Euge ne,etal. Accurate dista nee measureme nt by an aut onom ous ultras onic system comb ining time-of-flight and phase-shift methods

34、.1 EEE Tran sacti onon Imstrume nm ti on and Measureme nt,2002 13 Gue nnin gF.E.Varla n, M.Accurate Dista nee Measuremm by all Aut onom ous Supers on icSystemCombi ning Time-of-Flight and Phase-Shift MethodsJ . IEEETran sact ionsonln strume ntati onand Measurement US,2007 14 许天增,许克平等.超声传输特性和超声传感系统研究.厦门大学学报.2001 15 翁黎朗，杨辽.超声波换能器驱动和接收电路的研究.集美大学学报自然 科学版，1998 16 苏麟祥.DSl8B20数字温度传感器的功能特性及其设计.世界采矿快报2009 17 吴妍，袁佑新.可视倒车雷达预警系统设计.微计算机信息，2007 18 锻九州.放大电路实用设计手册.辽宁科学技术出版社，2002 19 李文玉，李玉玲.浅谈LM317应用与保护.电子