【《汽车倒车测距仪系统的硬件和软件系统设计案例》4200字】

汽车倒车测距仪系统的硬件和软件系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u23768汽车倒车测距仪系统的硬件和软件系统设计案例 1195811系统硬件设计 1102441.1主控制模块设计 187661.2复位电路设计 2103841.3超声波测距模块设计 292921.4报警电路的设计 4317321.5显示模块的设计 5285631.6驱动电路的设计 5213401.7刹车模拟的设计 683842系统软件设计 7287422.1主程序的设计 7135232.2子程序程序及流程图 8325792.3报警子程序 88602.4信号处理程序 824982.5数据内部处理 91系统硬件设计基本工作原理：先设置警戒值通过按键电路，超声波传感器发出超声，进行间距丈量，然后呈送到单片机，单片机进行处理运算，将结果通过数码管呈示，并在计算所得数值小于警戒值时启动蜂鸣器报警模块报警，并进行刹车模拟。就系统的功能进行分析，将系统的工作模块分为：电源模块、主控模块、测距模块、显示模块、按键模块、驱动模块和报警模块REF_Ref70867510\r\h[5]。总体电路图见附录1。1.1主控制模块设计如图1.1所示是单片机主最小系统电路。其中p0.0到p0.7接上拉电阻，输出低电平为0

输出高电平为高组态，p31.0到p1.3分别接数码管的位选；INT1和INT0接超声波传感器的接收发送引脚；VCC和VPP接电源5v；p1.4到p1.7接按键电路；p1.0接蜂鸣器报警电路；X1和X2接驱动电路。图1.1单片机主控电路1.2复位电路设计对比其他系列单片机，STC具有很多其它单片机所不具有长处。本论文单片机采用STC系列其一，执行速率快的长处；其二，抗干扰能力很强。单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后，5V的电源通过电阻给电解电容进行充电，电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右（此时间很短一般小于0.3秒），正因为这样，复位脚由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作；当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到0V了，于是又进行了一次复位工作REF_Ref70867510\r\h[6]。如下图1.2所示：图1.2复位电路1.3超声波测距模块设计有多种选择方案在测距模块的设计中，比如，如雷达微波测距，激光测距和本次论文自己所使用用的超声波测距。而最主要的是微波雷达不能安装在不停移动的物体上在汽车倒车过程中。其中微波雷达测距原理是：只适用于单纯无移动物体移动影响的环境中只要有回波产生，其就认定为完成一次测距，设备收到回波。而激光测距同理也是通过光来完成，对物体发出光信号，在光接触物体后反射回来光，设备收到光信号。这就完成了测量。在测量过程中，我们要排除因环境的不同，光的不稳定带来的亮暗不同以及物体本身颜色对光的吸收以及反射造成的误差。因而我们不采用激光测距。超声波测距其唯一的缺点便是受外界温度影响，基本原理是：声波的发射和接收，所测得距离=时间间隔*声波速度。而这种影响我们可以采用驱动电路进行消除。本设备的考虑以上情况后，采用超声来实现对距离的测量。本设备超声波模块由发射器、接收器与控制电路超声波组成，在此本论文将直接使用ＨＣ－ＳＲ０４来作为超声波模块，此模块在此段时间内与物体没有实质性挨上。感测功能距离为2cm-5.5m。HC-SRO4的基本参数如下表：表1.3HC-SRO4参数表基本工作原理：公式是所测设备到物体的距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。Gnd（接地线），vcc（5V电源），回声信号的接口由四线构成，输入信号-trig进行接触后发出指令支配。trig接I0口，高电平信号-10us;波形-40khz(8个自由发送)。若有发现由自己检测到自己发发出的信号；IO口有一个Echo的高电平（有信号返回），而超声波从设备到接触物体后所经过的时间和高电平出现到消失的时间相同。如下图实物1.4。图1.4超声波接口电路图图1.5超声波时序电路如图1.5所示，设备随机的发送消息给物体，并且在发送时记下一个时间点，在物体收到消息后在记下一个时间点，计算出两个时间点的差，通过已知声音在地球上的速度为340m/s，当设备接收器在接收到返回波时，此时将停止秒表的计时。计时器设为t，为此设备到物体的距离(s)为：s=340t/2就是所谓的时间差测距法。图1.6测距原理1.4报警电路的设计如下图所示，接到单片机的引脚上组成声音报警电路包括三极管、Speaker和电阻。如图1.6所示的声音报警电路。当设备系统运算处理时，单片机会把一个低电平信号传输给蜂鸣器，蜂鸣器开始报警，表示距离信号小于事先规定的警戒值；图1.6声音报警电路图1.5显示模块的设计本设备中，电路的显示模块的作用是电压值测量显示。在本设备，P2口产生的位选码连接的是S引脚端的位选端。本次设计经过我的仔细考虑以及综合自己的实际情况，认为动态扫描是最合适方式。它是一个共阳极的数码管，用于接收单片机的P1口。无论在任何时间段内，显示的过程中只存在一个显示工作状态数码管，并一直处于动态扫描中。显示部分如图1.7，数码管显示接口电路，动态方式的优点是十分明显的，即耗电省，本模块由由一个4位一体的7段LED数码管构成。图1.7数码管电路1.6驱动电路的设计为了减小误差，一般单片机的晶振工作于并联谐振状态。这样才能在温漂等误差和负载电容的影响下，测得的是晶振的频率。单片机的机器周期=12秒/晶振频率，一般由12个时钟周期组成。而时钟周期=1秒/晶振频率，所以单片机用12M晶振，运行速度为1M，由12个时钟周期所组成。负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C[6]。如图1.8硬件结构所示。图1.8晶振电路图1.7刹车模拟的设计刹车判断是否进行的过程分为两步，第一步在排除其他因素后从测距传感器得到距离的值和方向；第二步判断是否会发生碰撞，是否进行刹车，车是否安全。本次模拟采用5V的步进电机进行模拟刹车，驱动方式用芯片ULN2003驱动来实现，其参数如下图1.9所示：图1.9步进电机图参数表刹车的原理是该车距离障碍物的距离，在设备检测到到其车辆减速制动后，没有接触或碰到后面物体的距离。根据车子所处的路面状况情景（湿/干）、后面车的距离以及速度以及对向行驶过来车速和距离，计算出"临界车间距离"，根据路程的各种情况估计实际距离，来确定真是的距离。判断安全/危险的方法，就是所得的除了误差以外实际计算测量的距离等于或小于临界车间距离时，刹车系统启动。图2.0步进电机原理图2系统软件设计软件主要模块组成分别是主程序、显示数据子程序、报警程序，信号处理程序。而本设计的功能需要硬件和软件共同实现，因此在我们完成硬件电路的基础上，进行有软件设计与完成。2.1主程序的设计运用代码进行距离的实现时，计算距离实现过程会遇到复杂的代码以及测量误差带来的影响，也就是距离的估算时，由于受其它因素影响，这是要做的精确。主程序首先是对系统环境初始化。在初始化结束后，调用距子程序，由设备产生一个脉冲，加载到发送端，通过发送端发送载波，为了让发送端与接收端的直射波接触，并导致触发，这时，即可得被测物体与测距仪之间的距离。如图2.1主程序的流程图所示。2.1主程序流程图2.2子程序程序及流程图在超声波部分，我们通过上述的设备51单片机进行处理，把分析型位结论通过代码运行后呈现并发送到到数码管。也是此程序的主要功能。图2.2显示子程序流程图2.3报警子程序让驾驶员更为明确的得知障碍物到车尾的距离是显示的目，并且就此做出正确的判断。而系统测距的目的是辅助驾驶员在进行倒车。没有距离的显示，只是进行报警，这个报警就是不完美的，其没有起到辅助作用。为此，驾驶员对设备到物体的距离就没有直观的判断，也就没有很好的把握与控制。由于人的视觉会暂留，为此会受到断电时数码管的断点余晖影响，动态显示数码管能极好的解决此类问题，最小系统单片机完全可以实现。因为这个系统要显示出距离，如果采用静态显示，则I/0口资源多被占用的，考虑到系统资源的节约，我们采用动态显示法。这样就简化电路，用8个I/O来掌控8个段，这是基于降低成本以及并联所有的问的段选线在一起等方面考虑。动态扫描显示依靠的是人眼睛具有视觉停留，人的眼睛看到的是静态的一张张图片，其实数码管就是利用人的眼睛看到的视觉是静止停留的，数码管是一个一个依次发光来显示，间隔十毫秒，而且在每个数码管熄灭时会有一定的光辉，在人看过来发现都是发光的。为此，每位显示的间隔时间在设计时要考虑。也就是如果要让led发光熄灭的位的时间不超过100ms，，我们假定位为N=7，，每一位间隔的时间t为：t≤100ms/(N-1)led的位选控制口为PC口，报警模块的启用是在单片机处理所得最小距离小于警戒值时启用，步进电机模拟刹车启动；当两者距离大于设备自主设定值时停止报警。声音报警在一定程度上能够在听觉上提示驾驶员，是驾驶员提高警惕，让自己发现车身距离过小，自己的车处于危险中，在这期间对驾驶员的提示就需要报警系统实现。2.4信号处理程序因为空中有各种干扰信号，如喇叭的鸣叫声，汽车废气排出声。在这些噪声成分中，存在的谐波成分为，3*LIREF_Ref70867510\r\h。如果在放大器情况下信号放大，会出现一些其他的情况，如信号的干扰。另外，汽车在发动时，各种干扰因素也会有很多，如何在这么多的干扰因素中找出正确信号就成为这个处理的关键。为此，我们通过各种手段进行抗干扰，如进行硬件装置的补救，还有软件中利用代码程序的实现抗干扰。或通过回波信号脉宽来筛选出正确信号。但信号一般是微弱的，我们必须采用一种方法来增强信号。在电路处理当中，我们选择高增益的放大电路。同时，我们也要防止在外环境下，各种不同条件下的信号干扰，为此，我们需考虑滤波处理。当我们的设备接收到信号时，不是直接显示，而是在存满4个信号时，与原来的信号对比，从中得出一个正确信号。2.5数据内部处理传感器所接收并计算的距离是初始距离，这其中有的不是直线最小距离，需要把设备到物体的距离的信号运算处理，然后在考虑呈现还是不呈现，报警还是不报警。况且如果数据不进行处理，则会受到障碍物与车位处置面角度，环境温度的影响。这样会有误差，因而必须数据处理是。在进行数据进行处理后，消除了环境因素以及角度因素对系统数据所造成的误差影响。具有代表性和说服力是设备到物体的最小垂直距离而不是物体到设备的距离。数据处理流程图如下图2.2.图2.3数据处理流程图因为我们所需要呈示的是遇到障碍后，障碍物到车身的最小垂直距离，而我们通过超声波所得的的距离，是障碍到超声波传感器的距离，因此要对接收到的距离数据，通过一系列进行比对，然后出处理。三角形推理方法在此处采用正合适。具