基于单片机的超声波倒车雷达

基于单片机的超声波倒车雷达LastupdatedontheafternoonofJanuary3,2021摘要AT89C51ATMELAT89C51T/R-40-12LCD1602车雷达安装在汽车尾部时，通过系统上的超声波模块来采集使用者距离后方障碍物的距生。不仅如此，它对单片机以及超声波技术的推广也具有一定的积极作用。关键词：倒车雷达，AT89C51，超声波模块 AbstractThispaperdesignsareversingradarbasedonAT89C51MCU,whichusesATMELtheAT89C51asthecontrolcore,theexternalbindingT/R-40-12smallultrasonicsensormodule,LCD1602liquidcrystaldisplaymodule,alarmmodule,,thedistanceoftheobstacleisacquiredbytheultrasonicmoduleofthesystem,目录一、引言（一）课题背景随着国民经济的迅速发展以及人们生活质量的大幅提高，私家车几乎进入了大多数家庭，成为了一种平民化交通工具，然而据最近的一份数据显示，由司机不当驾驶或者驾驶技术不合格造成的交通事故越来越多，这侧面反应了如今只通过驾校的学习也不能完全驾驶好汽车。调查显示目前好多私家车驾驶员越来越多地依赖车上的辅助行车设备进行驾驶，如利用导航仪进行路线导航，从而避免不熟悉路况的情况下顺利到达目的地，又比如通过倒车摄像头来进行倒车，使得倒车入库变得不再那么难。调查显示，很多驾驶员呼吁车上能够配置更多的行车辅助设备，他们不仅要求辅助设备灵活好用，还要价格低廉，能够被大多数人所接受。因此本文以基于超声波测距的倒车防撞报警系统为课题，提出以超声波测距为基础，结合其他必要模块设计一款简单实用并且价格低廉的行车辅助系统。根据文献显示，超声波最早是由斯帕拉捷发现的，他根据蝙蝠能在黑夜中自由快速飞行，经过大量实验后，得出了蝙蝠能够发出一种人耳听不见的声波，通过这种超声波的指引，蝙蝠才得以自由飞翔，由于这种声波的频率发现超声波具有很强的能量集中性，不容易发散，因此非常适合测距、测速以及其他一些医疗功能，随着电子技术以及半导体技术的发展，技术人员设计了超声波传感波测距的原理。通过超声波测距来引导汽车倒车入库同时避免撞墙有很多实用的价后，报警器立即发出具有一定频率的“嘀嘀”声，距离越小，“嘀嘀”声的频率越高，从而能在心理上加紧小心；三是这种控制系统不但效果好，其成本也非常地低廉，与目前常用的摄像头倒车仪相比，具有同样的效果。因此本文以此为课题，不但能够起到推广单片机应用的效果，更能够降低汽车的生产成本。（二）国内外发展现状提高倒车雷达的处理速度以及测量结果准确性上，以此来给司机提供更多方位的信息，减少交通事故的发生。（三）本文主要内容本课题主要设计了一款基于超声波的倒车雷达设计，将本系统配置在轿车上使用时，倒车途中如后方障碍物与车尾距离小于安全距离时，控制系统立即发出报警信号，提醒司机引起注意，另外报警信号的频率和车位距障碍物的距离有关系，距离越小则蜂鸣器发出的“滴滴滴”报警信号频率越快，频率越快越能引起司机的谨慎和紧张。AT89C5151单片机最小系统，负责系统的的数据处理、超声波模块的驱动、LCD1602警模块的驱动等。倒车雷达主要依托于超声波的测距功能，当超声波模块发射出超声波时，在传播过程中如果遇到障碍物，超声波会原路返回并被超声波模块接收到，单片机只需要对超声波从发出到返回的这段时间进行计算，就可通过超声波的速度计算出发射位置距离障碍物的大小。该过程能实现主要是因为超声波在传播过程具有不易发散的性能，即发射和接收回来的超声波强度大小相等。AT89C51AT89C51HC—SR0451单片机INT0INT0T0被立即启动，开始计时；当超声波返回并HC—SR0451单片机的中断管脚INT1INT1T051340m/s，这样将两者相乘2，就是车尾距障碍物的大小。为了实现测量数据的显示，本系统选用LCD1602液晶屏作为显示模块，其清晰度高并且成本低的特点非常适合用于本系统。报警模块SI2302MOS51单片机的最大输出电流很微弱，不能MOS的扩流作用，实现蜂鸣器的驱动，对于本课题的能力要求主要有以下几点。1、熟练使用AT89C51单片机，掌握其外部中断、定时器寄存器的配置以及51最小系HC—SR04Datasheet2ProtelPCBProteus对系统进行仿真。3AT89C51的文献资料，通过大量的实验来不断改进。二、方案选择及元器件介绍（一）主控核心选择C51单片机作为本系统的主控核心，由于在大C51单片机具有较为系统的学习，其内功的结构原理、模块组成以及程序编写，以及掌握了一套较为熟悉的流程，因此能够为本设计的顺利完成奠定夯实的基C514KFLASH和一个大小为128RAMC518过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时C51单片机的资料显示，其和两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。虽然C51ATMEL公司生产的AT89C51STC89C51单片机，这两款单片机目前已经占据了C51C51单片机都可以相互替C51单片机作为系统核心的另一个优点。方案二：选择意大利意法半导体（SST）公司推出的STM32系列单片机作为主控核心，STM32ARM32位的总线宽度使ARMMCU有较大区别。STM32系列的低端芯片的72M168M，由于片内集成了高性能的锁相环（PLL），所以采用精度较高的低频晶振（8M）就可以给芯片提供时钟信号，经过锁72M甚至更高。STM32Cortex-M3M4作为内核，这种性能优良的内核结构使得其对数据处理的能力显得非常完善和高速，在一些需要处理大量数据的场合，如高像素液晶屏、MP3等应用将显得非常有优势。其优势已经无以言表了，然而在学生试验中，其缺点也是不可忽略的，STM32的性能之所以这么强大，要靠用户对其繁多寄存器的熟练配置，然而对于普通学生来说，这将变得捉襟见肘，如果没有相关STM32开发经历的学生，在面对这些寄存器时将无从下手。51ADIIC片外扩展这些模块也非常容易，网上相关的程序和资料相当的多，并不会给设计过程51单片机的价格最低，并且非常容易买到，这给设计的成功性带来了极大的保障，因此本系统51单片机作为主控核心。（二）AT89C51单片机介绍C51S515151C51ATMEL公司AT89C51STC89C51单片机，本系统采用了AT89C51C51单片机在内部结构上，非常简洁，在采用518UART模块，同时在和两个管脚加入了中断功能，是的这两个管脚比其他普通管脚具有更高的性能，使用起来更加方便；通过数据总线和地址总线的连接，将内核和外部的几个模块进行关联，C512-1AT89C51单片机的内部结构图。图2-1C51单片机内部结构图C51FLASHFLASH，C51FLASH4K字节，这对于大多数的小型系统已经足够使用，当然在一些大型系统中，4K的存储量已经捉襟见肘，必须在外部扩展大容量的代码存储芯片。AT89C51FLASH具有很高的保密性，也就是烧入进去的代码很51产品，加入了熔断丝技术，使得代码一旦被FLASHC51单片机内部集成了128RAM，主要负责存储一些高频率使用的数据，128字节对于大多数应用已经足够。C51单片机在运行速度方面，具有很宽的性能，这主要表现在其处0-24M内，其时钟信号频率可以自由选择，当然高速的时钟信号将带来更高的功耗，因此不同的系统一定要选择合适时钟频AT8C5140管脚封装的芯片，P0P332GPIO管脚，每个管P1P324个管脚内P08个管脚内部没有集成上拉电阻，所以几乎没有任何输出电流能力，而灌电流能力很强，这为不同的应用创造了可能；其中和是两个复用管脚，通过寄存器的配置，它们分别UARTRXDTXD管脚；而和两个管脚具有中断功能，在外部触发信号对该管脚的作用下，系统能够立即进入管脚中断事件（三）HC-SR04超声波传感器HC-SR04传感器是一种高度集成的超声波发送与接收模块，通过该模块能够实现高精HC-SR04能小车控制系统、基于超声波的近视预防等系统中。HC-SR04是一种高度集成的单片机外围电路，它集超声波产生、超声波发送以及超声波接受等于一体，下图为改模块TR来表示。HC-SR04VCC、Trig、EchoGND，VCCGNDTrig为发送使能端，即单片机只要产生一个发送Trig端，HC-SR04模块立即通过T38KHz声波在传送过程中遇到障碍物体时（如墙壁或者挡板）会被反射，从而反射的部分超REcho管脚会立即产生一个脉冲信号，从而HC-SR04超声波模块的工作过程，在组成测距系统时，单片机可以对给Trig管脚发送脉冲信号和Echo管脚发脉冲信号的时间差进行测量，2-2HC-SR04超声波传感器实物图。图2-2HC-SR04传感器（四）LCD1602液晶显示器介绍本系统的显示模块采用的是一种工业级的字符显示型的液晶显示器，它的屏幕大小能够同时显示32个英文字母、数字或者符号，正因为如此所以通常称它为LCD1602液晶显示器。LCD1602液晶显示器屏幕上由两行共32个液晶点阵组成，每个点内部又由5×7或者5×11的小液晶点阵组成，这种由若干小点阵组成的液晶能够显示一个字母、数字或者符号。另外需要注意的是，LCD1602的每个液晶之间有一定的间隔，这种间隔的存在使得LCD1602液晶显示器不能显示汉字或者图片，所以LCD1602液晶显示器的驱动相对其他较为复杂的液晶显示器较为简单，也正是由于这种简单性使得LCD1602很受欢迎。除了LCD1602内部已经定义好的数字、字母或者符号外，用户也可以通过程序对LCD1602内的CGRAM进行编写，来生成自定义的字符,下图2-3为LCD1602液晶显示器。图2-3LCD1602液晶显示器LCD1602HD44780外当前市面上许多流行的液晶都是通过这种型号的液晶驱动芯片来控制的，所以这些液晶显示器的驱动代码大多具有相似的语句，这种相同的控制原理有时能够给用户带来很大的便利性。三、硬件系统设计（一）方案设计3-151单片机最小系统、超声波模块、显示模块以及报警模块。51AT89C51路以及复位电路组成，主要负责整个系统的信号处理、超声波模块的驱动、液晶屏的驱动以及报警模块的驱动，是这个系统的控制核心；超声波模块主要用于向车后的障碍物发送超声波信号，并将被反射回来的超声波进行接收，该模块是实现倒车雷达功能的核心元件；LCD1602是本系统的显示模块，用于显示车辆尾部距离后方障碍物的距离以及系统的其他参数；蜂鸣器报警模块用于发出报警信号，当车辆尾部距离后方障碍物的距离小于安全距离后，报警模块立即发出“滴、滴、滴”报警信号，并且“滴、滴、滴”的频率会随着距离减小而变大，以此来警示驾驶员小心倒车。图3-1整体系统框图（二）AT89C51单片机最小系统构建C51单片机最小系统的构建，主要表现在两个方面：一是晶振电路的设计，二是51单片机进行组合后，51将介绍两个电路模块的作用和构建方法。晶振电路设计用一个非常形象的比喻来说明，其功能就好比心脏对于人体的作用，心脏每搏动一3-2为晶振电路的拓扑结构。图3-2晶振电路设计复位电路设计给单片机设计复位电路的作用主要是考虑到当系统程序跑飞或者死机时，能够通过人工按键来给系统复位，或者称之为重启，就好比当我们使用的电脑死机时，按下重启按键对电脑重启一样。C51单片机的复位采用高电平复位，复位方法是在两个机器周RST可以设计为下图中的结构，当按键未被按下时，由于电容对直流电压的阻断能力，因0RST管脚为低电平；而当按键被按下时，由于电容两端VCC，RST管脚为高电平，系统将被重启。图3-3复位电路设计（三）超声波传感器原理图设计3-4HC-SR04VCC管脚接+5V直流电源，GND管脚接地，TrigEchoHC-SR04模块必须要使51单片机中只有和两个管脚含有管脚中断能力，即INT0INT1IO口配置上拉电阻51P310K的上拉电阻，这样大大简化了其外围电路的结构。40kHz的脉冲信号进行输出，与此同时5140kHzHC-SR04模块内TXRXEcho51单片机，51时值，并转换为距离。图3-4HC-SR04原理图设计（四）LCD1602液晶显示器电路设计3-5LCD160251单片机不对LCD1602LCD1602液晶显示器的DB0~DB751P0LCD16021号管脚直接接地，2号管脚接了+5V直流电压作为LCD1602的供电电源。LCD1602RS、RWEN51单片机的、1516号管脚分别接+5VLCD1602的背景灯光打开。图3-5LCD1602液晶屏电路设计本系统的报警模块电路选用了有源电磁式蜂鸣器作为发声元件，上文对有源电磁式蜂IO管脚输出高电平给蜂鸣器即可让蜂鸣器发51单片机的管脚最大输出电流能力非常的弱不能够直接驱动蜂鸣器SI2302MOS管组成了一个结51单片机的管口输出高电平，SI2302将被导通，从而蜂鸣器将有电流流过，其内部的振荡器将得电输出一定频率的51单片机的口输出低电平时，SI2302截止，从而蜂鸣器所在的支路将没有电流流过，蜂鸣器不能发声，这就是报警器工作的原理。图3-5蜂鸣器驱动电路设计四、软件系统设计（一）软件系统流程图设计4-1单片机首先驱动HC—SR04INT0INT0T0HC—SR0451单片机的中INT1INT1T051单片机就得到了超340m/s，这样将251单片机驱动液晶屏将距离大小显示出来，供用户查看。在得到距离大小后，单片机会将此值大小与安全距离值进行比较，当小于安全距离后，单片机立即驱动报警器模块发出报警信号。图4-1主程序流程图（二）超声波测距流程设计4-2HC-SR04HC-SR04始化过程后测距过程进入正常工作阶段。测距过程开始时，单片机通过内部的精准定HC-SR04Trig管脚，与此同时单片机的定时器开始计时。HC-SR04Trig管脚的脉冲信号后出现共振向外发送超声波，当超声波在传送途中遇到障碍物时会被返回，并最终会被HC-SR04的接受器接收到，与此同时单片机的定时器立即停止计时并将计时值换算成和障碍物的距离，这就是超声波测距的一个流程。图4-2测距流程图（三）LCD1602显示流程设计4-3LCD1602液晶显示子程序流程设计，使用者在给系统供电后，LCD1602LCD1602RAM会自动进行清零51P0管口发出指令代码并传送到LCD1602DB0~DB7八个管脚，LCD1602液晶显示器接收到指令代码后内部会处于LCD1602进行任何操作的，只有忙碌阶段LCD1602才能重新接受单片机发来的指令或者数据，然而单片机却不能自己判LCD1602LCD1602LCD1602进行判忙，只要在写命令后加一个适当的延时程序让单片机在这段时间内处于等待状态即可，这样就省略了“判LCD1602进行读取了，也就为单片机省IO口的消耗。在单片机发送完指令后就开始发送要显示的内容了，内容P0LCD1602DB0~DB7LCD1602上显示字符串，那么将进行多个这种过程后才能实现我们想要的结果。图4-3LCD1602显示流程图（四）报警流程图设计报警流程图的设计相对简单，当需要进行报警时，C51单片机的管脚输出高电平将SI2302MOSLED低电平，MOS4-4为报警流程图设计。图4-4报警流程图设计总结大学的学习时光最终通过本文得到了总结，三年的知识积累在本设计中得到了展现，本文是从观察现象到提出观点，然后总结目前市面上这种设计的不足性，到最终提出了改进方案后，通过查阅相关资料和文献，并结合了自身掌握的单片机知识和电子技术，设计出了这款倒车雷达设计，并完成了预期所设定的所有指标。本文所设计的这款倒车雷达，几乎覆盖了目前市场上所有产品的基本功能，并在此基础上做了性能和成本上的改进，使得倒车雷达的成本和性能都得到了提高。之所以能够取得如此的性C51单片机作为主控核心，因此在程序构建上非常得心应手，这最终使得代码的运行非常出C51C51产品的成本主要取决于主控核心和代码思想，因此这使得本设计的成本和性能在未来的倒车雷达市场将更具竞争力。另外不得不说的是，由于毕业设计的时间相对短暂，本设计还存在诸多不足之处，这需要从硬件和软件两个方面说起。在硬件上由于采用C51TI430单片机能够采用至的电源供电，并且在硬件上具有多种低功耗模式；另外一个不足的地方是人机交互的按键采用了机械按键，由于这种按键的手感不是很舒服，而现在较为流行的电容触摸按键只需轻轻一点即可产生动作，这也是需要改进的地方；CC语言虽然具有很高的效率，但是它自身不能直接对寄存器进行操作，而汇编语言的好处是能够直接操纵寄存器，这能使学生更深刻的了解单片机。致谢参考文献李朝青.[M].北京航空航天大学出版社，2011，(05)蔡朝洋.[M].[3]谭浩强.C[M].:,2010.[4]彭伟.单片机C100例[M].北京:,2010.[5]郑锋,王巧芝,程丽平.51单片机典型应用开发实例大全[M].:社,2011.杜洋.[M].北京:人民邮电出版社,2011.于海生,潘松峰,.微型计算机控制技术[M].:[8]张毅刚.[M].:,2010.朱定华.[M].:,2010.黄贤武,郑筱霞.[M].:电子科技大学出版社[11]谢自美.[M].:,2010.[D].武汉理工大学，2008.[M].北京，高等教育出版社，2013徐爱钧，彭秀华。单片机高级语言编程与2用实践[M]。北京：东安子工业出版社,2002李大寨.传感器电子制作DIY[J].北京:,2011.附录一原理图附录二PCB图附录三元件列表名称编号封装描述数量AT89C51单片机AT89C51DIP-40单片机110k ，R2，R3，R4，R5603电阻5按键S1，S2，S3轻触按键按键412MXTALHC-495晶振110kR6A09-103排阻1miniUSB接头S2miniUSB接头miniUSB接头1开关S1六脚自锁开关130pfC1，C2603电容210ufC3603电容1超声波传感器模块模块1LCD1602LCD1602模块液晶屏蜂鸣器蜂鸣器模块蜂鸣器1附录四程序#include<>#include<>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineNOP(){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}//------LCD引脚-----sbitLCD_RS=P2^5;sbitLCD_RW=P2^6;sbitLCD_EN=P2^7;sbitKEY1=P1^0;sbitKEY2=P1^4;//------超声波引脚-------sbitTx=P3^3;sbitRx=P3^2;

//触发控制信号输入//回响信号输sbitBEEP=P2^0;//蜂鸣器驱动线ucharcodetable[]={"Carguard"};uchartemp_dis[]={""};longintt,distance,beep_flag=1;ucharcache[4]={0,0,0,0};//--------延时-------voiddelay(uintms){

//LCD第一行显示//LCD第二行uintt;while(ms--)for(t=0;t<120;t++);}/**********************************************************/voidbeep(){unsignedchari,x;x=distance/10;delay(x);BEEP=1;delay(x);BEEP=0;}//----------LCD写指令----------voidlcd_write_com(ucharcom){ ucharin=0;inti;LCD_RS=0; //RS0时，写指令，RS1时，写数据LCD_RW=0;LCD_EN=0;in|=(com&1);for(i=1;i<8;i++){in<<=1;in|=(((1<<i)&com)>>i);}P0=in;NOP();LCD_EN=1;NOP();LCD_EN=0;}//----------LCD写数据----------voidlcd_write_data(ucharcom){ ucharin=0;inti;LCD_RS=1;LCD_RW=0;LCD_EN=0;in|=(com&1);for(i=1;i<8;i++){in<<=1;in|=(((1<<i)&com)>>i);}P0=in;NOP();LCD_EN=1;NOP();LCD_EN=0;}//-------LCD初始化-------voidlcd_init(){LCD_EN=0;lcd_write_com(0x38);lcd_write_com(0x0c);lcd_write_com(0x06);lcd_write_com(0x01);}

//LCD显示模式设置//LCD显示开/关及光标设置//当写一个字符后地址指针加1，且光标加1//显示清屏