汽车泊车辅助系统设计

济南高校泉城学院

毕业设计

题目汽车泊车协助系统设计

学院工学院

专业机械设计制造和其自动化（专升本）

班级15

学生高

学号2015040118

指导老师

二O一七年五月十六日

摘要

随着国民经济迅猛发展，汽车保有量逐年递增。在汽车运用过程中，泊车

成为摩擦事故频发的一个环节，给人们的生命财产平安带来诸多隐患。针对这

一问题，本设计提出了一种基于单片机的汽车泊车协助系统。实现了泊车过程

中的距离监测、报警、显示等功能，为泊车供应了牢靠助力。

本设计主要包含硬件部分设计与软件部分设计。其中硬件部分主要包含核

心限制部分、信号采集部分、显示部分、报警部分。详细工作主要有元器件选

型、电路设计、电路制作和调试等。软件部分以c语言为工具，设计了完整的

程序流程框图并完成了程序编写，实现了数据接收、分析以和限制指令输出等

功能，结合硬件平台实现了预期功能。

通过电路制作和调试，验证了本设计系统的有效性，为进一步的探讨和应

用供应了肯定的数据参考。

关键词：单片机；传感器；超声波测距

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofthenationaleconomy,car

ownershipincreasedyearbyyear.Intheprocessofcaruse,parking

hasbecomeafrequentpartofthefrictionaccident,topeople'slives

andpropertytobringalotofhiddendangers.Aimingatthis

problem,thisdesignproposesavehicleparkingassistsystembased

onsinglechipmicrocomputer.Toachievetheprocessofparking

distancemonitoring,alarm,displayandotherfunctionsforthe

parkingtoprovideareliablepower.

Thisdesignmainlyincludesthehardwarepartdesignandthe

softwarepartdesign.Thehardwarepartmainlyincludesthecore

controlpart,thesignalacquisitionpart,thedisplaypart,thealarm

part.Specificworkmainlycomponentsselection,circuit

design,circuitproductionanddebugging.Thesoftwarepartofthe

softwaretoClanguageasatooltodesignacompleteprogramflow

diagramandcompletetheprogramtoachievethedata

reception,analysisandcontrolcommandoutputandother

functions,combinedwiththehardwareplatformtoachievethedesired

function.

Throughthecircuitmakinganddebugging,thevalidityofthe

designsystemisverified,whichprovidessomedatareferencefor

furtherresearchandapplication.

Keywords:singlechip;sensor;ultrasonicranging

目录

Abstract.......................................................................

1绪论...............................................................0

1.1国内外探讨现状..............................................0

1.2选题目的与意义..............................................1

2系统设计方案......................................................6

2.1超声波的工作原理............................................6

2.2超声波的测距方法............................................7

2.3超声波测距精度和补偿........................................8

3系统硬件的设计...................................................13

3.1系统主控部分................................................14

3.2系统信号采集部分...........................................15

3.3系统显示部分...............................................18

3.4系统报警部分...............................................19

4系统的软件设计...................................................20

4.1系统主程序软件设计.........................................20

4.2系统子程序软件设计.........................................22

4.2.1测温部分设计.........................................22

4.2.2测距部分设计.........................................23

5系统制作和调试...................................................25

5.1系统PCB制作..............................................25

5.3系统实物制作................................................27

5.2系统测试....................................................31

6总结与展望........................................................33

致谢................................................................35

参考文献.....•«•••••36

附录A电气原理图..................................................38

附录B电路PCB图.................................................39

附录C实物图......................................................40

附录D元器件清单..................................................41

附录E部分源程序图................................................42

1绪论

1.1国内外探讨现状

最初的泊车协助系统，是用于货车上的语音泊车警告。它在汽车挂上倒档

后会发出“倒车请留意！”的语音，提示车辆四周的行人和行车，以主动避让,

从而削减事故的发生°但是“泊车喇叭”对驾驶员来说主动性很差，驾驶员无

法驾驭车后方的状况C虽然说它的语音提示能很大程度避开对行人损害，但由

于车主泊车时无法发觉车后的障碍物，无法对车辆进行有效爱护，因此极易造

成刮擦和碰撞。于是，在“泊车喇叭”的基础上生产厂家研发了其次代泊车协

助系统：“超声雷达”。它是通过安装在在车辆尾部的传感器，对车辆后方肯

定范围内的障碍物进行探测。并通过报警的“嘀嘀”声或语音提示协助驾驶员

进行泊车操作。同样，“超声雷达”在面世后没多久，驾驶员也发觉了它的一

些弊端。它虽然解决了“泊车喇叭”无法发觉泊车障碍物的问题，但由于它无

法推断障碍物的准确位置，也不能探测路面坑洼之处或低矮的障碍物，因此

“超声波倒车雷达”泊车技术在平安泊车的问题上还是存在一点点瑕疵。因

此，厂家在“超声波倒车雷达”的基础上又研发了第三代泊车协助系统：“泊

车影像”。它是通过安装在车尾的高清摄像头，将车后路况信息清晰的显示于

车内的显示屏上，让驾驶员可以查看后方道路状况，从而使汽车平安的泊车入

库。泊车影像的出现着实让刚上路新手如释重负，因为可以看到实际的路况影

像，符合驾驶员的真实需求。那么，泊车影像的出现真的解决了泊车难得问题

吗?其实不然，泊车影像依旧存在泊车难问题，那就是泊车影像的一个致命缺

陷，泊车影像显示的不够全面，画面里存在盲区。于是第四代泊车协助系统全

景影像系统横空出世，其主要包括一个图像处理单元和四个超广角摄像头。左

右摄像头分别安装在左右后视镜下方，前后摄像头分别安装在前后保险杠上

方。这个全景环视概念最早是由K.Kate,M.Suzuki,Y.Fujita,Y.Hirama

等四人于2。。6年首先提出小。这一概念提出后，立刻引起了国内外众多汽车

生产厂家和相关科研单位的爱好。但到目前为止，基于这一观点研发出成熟产

品的厂家却屈指可数c2。。7年，日产公司发布了首款全景行车平安系统“环

景监视系统AVM”⑵，2008年本田推出了multi-viewcamerasystem,

2009年阿尔派推出TOPVIEW系统，2010年Fujitsu公司研发了

Multi-AngleVision系统，宝马公司自主研发的只有左、右、后三个方位视图

的泊车协助系统，首先应用在X6上，宝马740系列上的全景系统还是其供应

商供应的。

1.2选题目的与意义

自改革开放以来，我国经济快速发展的同时工业也发生了天翻地覆的变

更，人们的生活水平越来越高，汽车已经从“万元户''的家中进入千家万户的

家庭当中，由此产生的交通问题也越来越变的尖锐起来。主耍针对越来越拥挤

的马路、停车场、街道等场所，加上驾校培育中存在问题，大量驾驶员在拿到

驾照之后变身“马路杀手”，简洁刮伤汽车甚至发生交通事故等一些状况，泊

车协助系统是一种旨在泊车防护的汽车防撞系统。泊车期间发生事故的频率极

高，已引起了社会和交管部门的高度重视。

与此同时，网络购物越来越便利订单量呈现爆发式增长，快递行业发展势

头迅猛，订单量业务量不断增加，物流公司和快递公司工作量增加货运缺口使

货运驾驶员工作时间延长，简洁造成疲惫驾驶导致交通事故的发生。“行百里

者半于九十，此言末路之难也”在货运的最终环节由于驾驶员的麻痹大意出现

事故的可能性也会大大增加

图1.1运载卡车视角

图1.2运载卡车驾驶员视角

从图上可以看出，驾驶员在驾驶运载卡车时对于侧方行车信息驾驭不全,

在遇到恶劣天气时此种状况更是雪上加霜。而且运载卡车的驾驶室高大，驾驶

员视线收到各种障碍物的影响，驾驶员视线之内存在许多死角为事故的发生埋

下了隐患，经过实际测量与体验我发觉运载卡车在倒车时的问题主要为右侧和

后侧距离无法驾驭，驾驶员习惯看离自身较近的左方后视镜而忽视了车辆右方

的行人和路面状况，特别简洁发生交通事故。奔驰汽车的泊车协助系统为蓝本,

奔驰汽车的全向泊车协助系统基于10个测距雷达组成，包括前后左右4个方

向，特别精彩的解决了小型汽车的泊车问题。其同样适用于解决运载卡车的汩

车问题。

图L3奔驰汽车泊车协助系统测距传感器

目前国内外常用的测距方式大致分为5种：红外雷达测距，毫米波雷达测

距，视频测距，激光测距⑶。

光电测距激光测距与红外测距都属于光电测距。光电测距具有时间短、量

程大、精度高等优点,而且光电测距所运用光波的波束近似直线，很少扩散，

波束的能量比较集中，测距的精确性较高。光电测距系统又分为成像式和非成

像式两种，车载测距系统偏向于非成像式应用。非成像式又分为脉冲式光电测

距和相位式光电测距两种。但是在车载应用领域，要求测距系统对天气的适应

实力强，而且能忍受振动的干扰，而光电测距受天气的影响很大，在高速运动

的车体中，也很难在振动环境中保持较好的稳定性和牢靠性，并且外界的日光

环境也会影响到光电测距系统的工作。已经处于运用阶段的光电测距系统价格

较高。

毫米波雷达测距雷达是通过所测目标对电磁波的反射来探知目标并测定

其位置的。从这个意义上讲，前面所提到的倒车雷达不能算是严格意义上的雷

达。雷达的工作频率范围从到，工作在以下的称为微波雷达，在以上的称为毫

米波雷达。车载雷达的一般选用在等波段，其对应的频率范围处在毫米波雷达

范围。毫米波雷达是长距离测距用到的。毫米波雷达测距不易受被测对象表面

状况和颜色的影响，并且不受大气流淌的影响，雨、雪、雾、阳光和灰尘等的

干扰较小，且其测距的精度很高，可以实现多目标测量。毫米波雷达的缺点在

于毫米波雷达的工作介质是电磁波，不同车辆之间的毫米波雷达会相互干扰以

致无法工作，并且还会影响到车载通讯系统和广播系统的工作有些物体对毫米

波的反射较弱，如房屋、水泥或塑料隔离墩、数目、行人或牲畜等，此时毫米

波雷达就会做出误判，从而影响到行车的平安性。

视觉测距所谓视觉测距就是利用摄像机或照相机实时拍摄包含被测目标

的图像，然后利用计算机对所拍摄的图像快速提取特征信号进行分析和计算，

求出被测目标到摄像机之间的距离。单目视觉测距无法精确获得被测对象的距

离值，现在广泛的探讨所关注的是双目视觉的测距系统。双目视觉系统仿照了

人的视觉原理，测量的精度很高，但目前的价格很高，同时由于受软件和硬件

的制约，成像速度较慢，须要软硬件的发展达到可以快速成像并且价格大幅卜.

降的时候才能得到广泛应用。

超声波测距超声波指的是工作频率在以上的机械波，它具有穿透性强、衰

减小、反射实力强等特点。超声波测距的原理是利用测量超声波放射脉冲和接

收脉冲的时间差，再结合超声波在空气中传输的速度来计算距离。超声波测距

的原理简洁、成本低、制作便利，且超声波对雨、雪、雾的穿透性较强，可以

在雨、雾等恶劣天气下工作。其次，超声波对光照和色调不敏感，可用于识别

透亮和漫反射性差的物体。再次，超声波对外界电磁场不敏感，可用于由电磁

干扰的环境中。但是超声波测距的速度和光电测距与毫米波雷达测距的速度无

法相比，且超声波具有肯定的扩散角，只可测得距离，不行以测得方位。

表1.1测距方式对比表

超声波测红外线测激光测距视频测距毫米波测

距距距

最大距离10米10米150米<100米<150米

响应时间15毫秒1000毫秒10毫秒不肯定1毫秒

探头干涉几乎没有略有影响影响较大影响极大几乎没有

成本比较5元50元500元成本很高成本很高

环境影响几乎不影能见度低恶劣天气视可见度儿乎不影

响时可以工无法正常状况而论响

作工作

经过横向对比之后发觉超声波测距成本低廉，技术成熟。完全可以胜任泊

车协助系统的测距任务。

2系统设计方案

2.1超声波的工作原理

声波是世界上传递信息的众多载体当中的一个，它是由物体振动然后以波

束的形式向外界传波的一种弹性机械波。人们发觉其振动的次数不同所以依据

其振动的频率（单位时间内的振动次数）把声波分成了三大类，人们把人类耳

朵能听到的叫做可听见波它的振动频率在20赫兹至2.0X10的4次方赫兹之

间，还有两种是人类听不到的是次声波（频率低于2。赫兹）超声波（频率高

干20K赫兹），次声波不简洁衰减，不易被水和空气汲取°某些频率的次声

波简洁和人体器官产生共振，对人体有很强的损害性。⑷

超声波的独特优点：由于超声波的频率很高，波长很短，所以超声波对比

其他声波有着自己独特的优点：

1.可沿直线传播，声波的发散性与波长有关，超声波的波长特别短，可以

放射定向且集中的超声波束，有利与目标定位和距离测量。

2.传播衰弱小，超声波在介质中传播所损耗的能量小，因此广泛应用于工

业探伤和交通测距等方面。

3运用成本低廉，一般来说工业和制造业应用中对于精度的要求不是很高

时，选用成本较低的超声测距方式有利于企业削减成本增加竞争力。

4.环境适应性强，超声波测距对外界环境的要求不算高。

超声波在现实生活中已经成熟应用在工业的各个方面，在工业技术领域起

到特别关键的作用。详细应用有以下几个方面：

1.测距：由于声波的特点，这种测距方法不受或受环境影响较小，在距离

测量方面得到了广泛的应用。

2.超声探伤，因为超声波在各种介质当中都能良好的传播，所以超声波常

用来对建筑物进行支撑结构探伤，探测其中的“伤疤”。

3.声呐：就是声呐放射出超声波照耀目标，然后超声波回收装置接收水中

目标反射的回波，可用来探测水下的目标，并检测出目标的距离、方位、航速

等参数。

4.b型超声波扫描技术：通俗来讲就是超声波在医学上的应用，探测人体

脏器的状况便利医生做出诊断。

5.焊接：超声波在塑料制品的表面产生几万赫兹的振动，这种振动会产生

局部的高温。致使两个塑料制品接触面因高温熔化，使得两个塑料制品的接触

面熔为一体。

2.2超声波的测距方法

超声波测距过程中，波动主要在空气中传播。对于空气这样的流体介质，

超声波传播时，介质中只有体积形变即拉压形变，而没有切变形变，所以只存

在纵波形式，在空气中只有纵波，因此声波在空气中的传播速度只有一个。

目前国际上常用的以超声波为工具的测距方法有两种它们分别是超声波

相位检测法和超声波脉冲回波法。我们来简洁对比一下这两种方法，第一种是

超声波相位检测法，我们知道超声波的传播速度是340米/秒，那么超声波放

射装置发出波束后超声波接收装置收到反回波束之间会有一个相位差，我们把

这个相位差值与超声波在空气中的传播速度相乘就得到了测距模块与被测物

体之间的距离⑸。也就是L=l/2ct

此方法测距精度高但是测量距离比较近只有15厘米至60厘米。

其次种是超声波脉冲回波法其还有一个名字叫作时间渡越法，超声波测距

大都采纳时间渡越法，其原理类似于数字式雷达原理，测距起先发出脉冲，处

理器起先计数器，检测到回波信号后，中断处理器关闭计数器，依据计数脉冲

的重复周期T,得到渡越时间tR-nT,n为计数器值，所以，测量tR事实上变

成读出距离计数器的数码值n。对目标距离R的测定转换为测量脉冲数n,从

而把时间tR这个连续量变成了离散的脉冲数。

目标距离R与计数器读数n之间的关系为

n=(2.1)

(2.2)

f为计数脉冲重复频率，所以放射频率越高测距精度越高。此种方法可测距离

为4。厘米至1X103厘米，且精度较高满意本设计的运用要求。经过以上对比

与分析，泊车协助系统的测距计算方法用其次种更适合。

2.3超声波测距精度和补偿

超声波在实际介质中传播时，其能量将随距离的增大而渐渐减小，称为衰

减。引起衰减的缘由大致有三个：

1由声束扩展引起的衰减。

2由散射引起的衰减。

3由介质的汲取引起的衰减。这些衰减都最干脆的表现就是声波的声压与

声强的变更。

科学家经过大量的探讨和试验发觉超声波的传播速度在各种介质之间是

不同的。其中在空气中速度最慢只有340m/s,而且其能量随着距高的增长不

断变小。其表达式可以写成

A=A(x)cos(Wt+kt)

(2.3)

=A0e-2axcos(Wt+kt)

K=2JU/A

(2.4)

a=bf2

A(x)表示超声波接受装置收到的振幅

A0表示超声波放射装置发出的振幅

Q表示衰减细数

x表示超声波的传播的距离

w表示传播角频率

人表示超声波的波长

t表示超声波在空气传播的时间

b表示空气的介质常数

f表示超声波的频率

在空气作为单一传播介质时，b=2Xl.-13S2/cm,本文前面提到过科学

家经过大量探讨和试验证明超声波的能量随着传播距离的增加而不断变小，那

么其传播距离也随着缩短。假设超声波放射装置发出的超声波频率为20赫兹

那么带入公式可得A为1.7cm,然后我们在变更超声波放射装置发出的频率

使频率变为原来的2倍，代入公式得出入为0.85cm。由此可以看出超声波的

精度增长了100%o而且超声波频率的增长不但可以增加精度，还会产生一个

副作用，也就是超声波波束之间会相互干涉，科学的说法是会产生超声副瓣⑹,

产生测量盲区。此时面临一个选择问题，即要测量精度还是要测量距离？因为

超声波的频率越高，精度越高但是由于能量衰减快无法保证测量距离；假如选

取超声波的频率过低虽然传播距离长了不过由于频率过低引起的环境干涉会

导致测量精度的不志向。

中国是世界上领土第三大国，南北两端相距550。多公里，东西两端相距

52。。多公里，横跨5个时区，从热带到温带冬季(1月)平均最低温度零下

3。摄氏度，最高温度写上2。以上温差变更极大，因此泊车协助系统的设计须

要考虑温度对超声波测距精度的影响。经过科学家大量的试验和测量，科学家

们测出声波在20摄氏度的空气中传播速度是344米/秒，而当温度降低至15

摄氏度时，则声波在空气中的传播速度降低至34。米/秒⑺。我们可以看出，

温度对我们要求的精度影响特别大，如表所示

表2.1温度对声速的影响

温度声速温度声速

-30℃313.3M/S10℃337.6M/S

-20℃319.9M/S20℃344.0M/S

-10℃325.5M/S30℃349.1M/S

温度与速度的关系可以用C=331.45+0.61T表示。C为音速，表达声速

的公式

C=J/°

(2.5)

r为气体的绝热体积系数(L4),P为大气压强(lX105pa),B为气体密

度(1.29kg/m3)o

质量为m,体积为V,则密度B应为m/V,上式化作《=师；=而而对于志向

气体

PV=RT

(2.6)

R为摩尔气体常数，T为肯定温度，则C=M初加，r,R,m均为已知数，

所以C(声速)仅与T(温度)有关。在。摄氏度的空气中C°=331.45m/s,

随意温度下的速度由表达式

Ci/C0=《Ti/To=〃•/273.16

(2.7)

超声波在志向条件下空气中的传播速度为

v=331.45X(m/s)(2.8)

此外，声波在空气传播时，还会有衰减，衰减的分类和成因如下⑻：

(1).汲取衰减，波动形式的力学能量不断转换为其他种类的能量，在大多

数的状况下，转换为热能，这种类型的声波衰减现象，成为声波的汲取衰减。

汲取衰减涉和到媒质的粘滞性、热传导和各种弛豫过程。

(2).散射衰减，声波在一种媒质中传播时，因遇到由另外一种媒质组成的

障碍物而向不同方向产生散射，从而导致声波减弱的现象，统称为散射衰减。

(3).扩散衰减，扩散衰减主要是考虑声波传播中因波阵面的面积扩大导致

的声强减弱。

三种衰减中，扩散衰减仅仅取决于声源辐射的波形和声束状况。而与媒质

的性质无关，散射衰减除了与媒质的性质、状况有关外，又与障碍物的性质、

形态、尺寸有关，故此在空气中传播的超声波，可定性探讨的衰减为汲取衰减。

在探讨汲取衰减之前，先介绍一个声学中常用来描述声学问题的声学量一声

压。由于声波的存在，使介质产生压力的变更，声场中某一点在某一时刻的压

强与声波不存在时同一点的静压强之间的差值即为声压。声压的单位是Pao

声压是用来描述声学物理过程的基本量。例如微风轻轻吹动树叶时声压约为一

在房间中大声讲话距高米处时的声压约为靠近飞机几米处发动机的声音可达

几百。声学理论证明，汲取衰减遵从指数衰减规律，声压随传播距离S的变更

为「=「0日叫衰减系数Q的表达式为：a=Asf2oAs是一个和频率无关的常数,

其值取决于介质的粘性和热传导等物理性质⑼。由式可见，振动的频率越高，

声波在空气中的衰减就会越快，同时传播的距离就会越短。但假如超声波的频

率过低，就会像一般声波一样呈现四面八方的传播特性。频率为40赫兹的超

声波在空气中传播的效率最佳，故本设计采纳的超声波频率为40赫兹。

3系统硬件的设计

作为泊车协助系统要实现的基本功能有：

(1)、能够有效测量的距离范围：2。厘米至50。厘米

(2)、所测距离误差应小于5%

(3)、在LCD1602显示屏上实时的显示障碍物距离车辆后保险杠的最小

距离和货厢侧面与障碍物的最小距离。

(4)、当最近的障碍物距离车辆尾部小于1.5米时，蜂鸣器发出报警声音。

(5)、所需电源:5V直流

(6)、温度补偿功能

泊车协助系统硬件框图如下图所示

图3.1系统结构框图

3.1系统主控部分

本系统处理器运用意法半导体公司的STM32芯片作为处理器，意法半导

体公司始建于1988年是意大利SGS公司跟法国的Thomson公司合并而成

的是世界上最大的半导体公司。此公司在国内外均享有盛名产品质量优秀功能

强大，因此选取此公司的芯片作为本系统的处理器“3。详细型号选取为

STM32F103C8T6选取说明如下表所示

表3.1单片机命名规则表

1STM3表示ARMCortex-M内核的32位处理器

2

2F表示芯片系列

3103表示增加型芯片

4C表示引脚数48个

58表示64K内存

6T表示LQFP封装

76表示工作环境温度-40度——85度

选取这款处理器有以下几方面的考虑

(1)能耗低，此处理器有3种工作模式休眠，停机和待机。在系统不启动

是可以待机或休眠降低耗电量。

(2)功能强，此处理器集成了1。个定时器13个通信接口12位D/A转换

器，易于完成各种项目。

(3)速度快，此处理器主频72M赫兹，处理数据以微秒计算。大大提高了

整个系统的效率。

(4)体积小，此处理器体积大约是指甲盖儿大小，减小了整个系统的体积有

利于泊车协助系统的小型化。

图3.2系统主控电路图

3.2系统信号采集部分

本泊车协助系统用到传感器的部分是测距模块和测温模块，超声波测距模

块选取的超声波探头的型号是收发分体的TCT40-16T/R

表3.2探头命名规则表

TC压电陶瓷超声换能器

T通用型

40频率40K赫兹

16外径

T放射探头

该型号的门接受探头侬超严声

波雷达放射装置放

射的超声波主频是40K赫兹，误差士1K赫兹。其检测有效范围如图所示

0°

图3.4超声波雷达能测范围图

由于本设计所采纳的超声波探头为分体式设计（放射模块和接受模块），

该设计采纳红外接收芯片CX20106以和超声波接收探头CSB40R等构成超

声波接收电路模块

图3.5超声波原理图

要想知道当前环境下，超声波在空气中传播的速度，须要测得环I境的温

度，故系统中须要设置测温模块以得到环境温度，从而确定精确的声速。

测温模块选取的设备是DS18B20o每个DS18B20片内都含有一个64

位的ROM,其中存储着各个器件自身的序列号，作为器件独有的号码，通过

单总线可以同时布置多个从而实现多点测温的功能”叫

DS18B20的主要性能：数字信号被在中心处理器中以“一线总线”方式

干脆进行串行传输，在信号传输上具有特别强大的抗环境干扰的实力，而且同

时可传送CRC校验码；温度传感器的温度测量范围在零下55度至125度之

间，测亮温度范围特别广，温度转换精度特别高，测温精度特别准，转换时间

特别短。其所对应的辨别率为0.25度，0.125度和0.0625度a),在这种状

况下我们能实现高精度测温，在具有独特的单线接口，这样的设计可以让处理

器在连接时只须要一条端口线就可以与未处理器进行连接，可选择的功能限制

方法较多。

"Ip

图3.5系统温控模块电路图

3.3系统显示部分

显示模块的主要任务是把测距部分经过换算而得到的距离值进行实时显

Zj\o

作为泊车协助系统显示模块，显示的信息要明确内容要清晰，目前有两种

显示设备可以达到我们的运用耍求，分别是共阳极数码管跟液晶显示屏，考虑

到泊车协助系统显示的信息较为综合。运用数码管显示的话，信息显示不全面

简洁造成信息的混淆和误读。因此选取带背光的LCD显示屏作为显示设备，

可以在弱光的状况下读取信息。所以运用1062LCD显示屏满意运用耍求，并

且该液晶显示屏可显示阿拉伯数字，标点符号，外文字母，具有体积小，耗电

少等优点为减小系统体积方面供应了有利条件。

LCDIM

GM£

GXD

\CC2

VCC

GNDVOL

RS4RS

■w5

七、）RW

6MlEN

DBO

DBIX

DBi

DB29DB2

DB10

DB3

DMI

DM：DIM

DBS

DHd；

DB6

pin4DB7

\d

LED*

G\Ib

LHK

图3.6系统显示部分电路图

3.4系统报警部分

本系统为了更好更有效地警示驾驶员采纳声音加灯光来进行限位报警。由

蜂鸣器、LED灯泡和外围电路组成。当汽车挂入倒挡时系统进入工作状态，

一旦车辆与后方障碍物之间的距尚小于预设的阈值，蜂鸣器和LED灯泡将同

时工作发出声音和灯光警示驾驶员和时操作车辆，避开交通事故的发生。

图3.7系统报警部分电路图

4系统的软件设计

本系统的编程软件采纳Keil软件，这是一款功能强大的集研发与调试的

工具软件，在运用过程中它全部的程序变异和调试将为我们带来特别大的便

利，在开发大型的工程项目时我们运用更多的是高级开发语言这样移植性强更

能体现出开发语言的优势。KEIL是特意对于单片机开发的一款编程软件，他

能对单片机以工程文件的方式进行综合管理回。KEILuVision4是比较好用

的一个版本。KEILuVision4对文件的管理不局限于某一类型的文件，这其中

还囊括了头文件、源程序(包括C程序、汇编程序)、说明性的技术文档等等

一系列不同类型的文件。用以下的方法可以建立一个我们适用的单片机的应用

程序。

(1)首先是建立一个工程的文件夹

(2)建立一个文档

(3)键入所须要的文件程序代码

(4)然后保存创建的这个源程序文件，一般的都是运用比较简洁的C语

言进行编程

(5)在我们须要的运行的项目中加入我们须要的源程序文件

(6)程序写完就可以编译调试并生成hex文件，首先对工程进行设置，

打开工程菜单，点击设置。

4.1系统主程序软件设计

系统的工作流程大致如下：先对系统初始化设置；然后放射超声波，同时

打开计数器起先计数，当接收到超声波时，开外部中断并且关闭计数器；温度

测量模块测出环境温度，依据测得的温度值计算出超声波的传播速度，再计算

出汽车与障碍物之间的距离；最终设置报警距离，当汽车与障碍物之间的距离

小于报警距离时，该系统会发出声光报警提示驾驶员，以确保泊车平安。

4.2系统子程序软件设计

4.2.1测温部分设计

测温模块主要是基于DS18B20,测温子程序依据编程要求对DS18B20

进行编制。主机每次与进行通信都要经过三个步骤：

1.对DS18B20进行复位。每次操作前都要进行复位。平常单总线不工作

的时候始终处于高电平状态，复位时，主机将总线拉低，保持480-960毫秒,

然后释放总线，等待DS18B20发送应答脉冲，通常最少等待48。毫秒。证

明有DS18B20的存在。

2.复位以后发送一条ROM指令。每一个DS18B20都有一个序列号，这

个序列号存储在它的ROM当中。在多点测温的时候，须要依据这个序列号来

推断是哪个DS18B20发P1的温度信息。测温之前，可以用吩咐来确定每个

DS18B20的序列号。本文中，只须要一个DS18B20就可以进行测温，不须

要多点测温，因此，发送的ROM指令为跳过指令。

3.最终发的指令是RAM指令。RAM指令是对DS18B20的存储器进行操

作或启动转换温度的吩咐，也可以用来确定处在DS18B20什么供电模式下。

测温部分程序框图如图所示，程序起先后经过A/D模数转化和D/A数模

转化测量出温度值。其中，等温度转换完毕的延时要在以上，这是由的辨别率

所确定的。共有。.5度、0.25度、0.125度和0.0625度四个辨别率级别，

对应的转换时间分别为93.75ms、587.5ms、375ms和750ms。出厂时,

默认的辨别率是最高的，为。.。625摄氏度。从DS18B20中读出的整数数据

乘以辨别率就可以得出所测出的环境温度的值。

起先

w

发送复位脉冲

w

跳过ROM（OCCH）

演示等待温度转换完毕

发送复位脉冲

读取温度值（OBEH）

计算温度值

（结束）

图4.2测温程序框图

4.2.2测距部分设计

超声波测距部分程序框图如图所示:

是否收到回波

♦

开外部中断

a定时器中断b外部中断

图4.3超声波测距程序框图

超声波放射电路用来在规定的时间内放射超声波。渡越时间法中，所须要

电路供应但是脉冲信号，因此须要一个方波发生器。同时，为了提超群声波的

发送实力，还须要对信号进行肯定的电压放大，使其能够放射强度较大的超声

波。

超声波接收电路须要完成的任务是将由超声波探头所获得的微弱信号进

行放大，通过滤波滤掉杂波，再将滤波后的信号进行整形，输出肯定的台阶信

号，从而给单片机以提示，证明已经接收到了回波信号，从而令单片机能够确

认超声波在空气中所传播的时间详细究竟是多少。

5系统制作和调试

经过理论的辩证和分析之后，运用所选的元器件完成了汽车泊车协助系统

实物的组装。并在组装之后开机运行测试功能和修改不足之处。

5.1系统PCB制作

L(lDl<5a2

C6Q3

00

H30E

?Oi

0—0

图5.4系统PCB板

要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局和导线的布设是很重要的。为

了设计质量好、造价低的，一般应遵循以下原则1均。首先，要考虑PCB尺寸

大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声实力下降，成本也

增加过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰，在其确定尺寸后，再确定特别

元件的位置。最终，依据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。尽

可能缩短高频元器件之间的连线，设法削减它们的分布参数和相互间的电磁干

扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。某些

元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引

出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在一调试时手不易触和的地方。那

些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印刷板上，而应装在整机的机箱底

板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。位于电路板边缘的元器

件，离电路板边缘一般不小于2毫米。电路板的最佳形态为长方形，长宽比为

3:2O电路板面尺寸大于30mm2时，应考虑电路板所受的机械强度。

印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的

电流值确定。当铜箔厚度为S05毫米，宽度为1-15毫米时，通过的电流，

温度不会高于300C,因此导线宽度为可满意要求。对于集成电路，尤其是数

字电路，通常选用的导线宽度为。.02-0.3毫米。当然，只要允许，还是尽可

能用宽线，尤其是电源线和地线。印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹

角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避开运用大面积铜箔。如要大面

积铜箔时，最好用栅格状，可以有效解除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发

性气体。

焊盘要比器件引线直径大一些，焊盘太大简洁形成虚焊。焊盘外径D一

般不小于(d+1.2)毫米，其中d为引线孔径，对高密度的数字电路，焊盘最

小直径可取(d+1.0)毫米。PCB和电路抗干扰措施主要考虑电源线和地线的

设计。电源线设计依据印刷线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，削减坏

路电阻。同时使电源线、地线的走向和数据传输的方向一样，这样有助于增加

抗噪声实力。

地线设计：若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。

低频电路的地应尽量采纳单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并

联接地。高频电路宜采纳多点串联接地，地线应短而粗，高频元件四周尽量用

栅格状的大面积地箔,接地线应尽量加粗，如有可能，接地线直径应在2毫米

以上。接地线构成闭环路，其接地电路布成闭坏路大多能提高抗噪声实力。去

藕电容配置去藕电容的一般配置原则是:

⑴・电源输入端跨接10-100微法的电解电容器。如有可能，接100微法

以上的更好。

(2).原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01皮法的瓷片电容,如遇印

刷板空隙不够，可每4个芯片布置一个锂电容。

⑶.对于抗噪实力弱、关断时电源变更大的器件，如ROM,RAM存储器

件，应在芯片的电源线和地线之间干脆接入去耦电容。

(4).电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。

5.3系统实物制作

实物制作完成之后对其功能进行测试，首先检查实物外观有无瑕疵各引脚

有无漏焊虚焊。在对各元器件检查完毕之后，开机运行系统起先进行功能测试,

看系统能否实现要求°首先在桌面上摆放一个障碍物，模拟测试系统对车辆后

方障碍物距离的测量实力，并缓慢移动障碍物看系统能否按要求实现限位报警

功能。如图所示在放置障碍物后，显示屏显示出与障碍物之间的距离并发出声

光报警提示。系统实现了预先想要具备的功能，并且多次试验均稳定运行没有

发生系统无法测量或无法报警的状况。系统胜利的实现了车辆泊车时的距离监

测，实时显示，限位声光报警等功能。

图5.1系统实物图

图5.2系统侧方测距图

图5.3系统侧方限位报警图

从图中可以看出当距离低于1。厘米时系统报警部分通过声光报警的方式

进行限位报警提示驾驶员车辆与后方障碍物距离过近。

图5.3系统后方测距图

图5.4系统后方报警图

图5.3实物背面接线图

5.2系统测试

为了验证泊车协助系统理论的正确性和实物的是否具备泊车协助的功能，

须要进行实际实地的验证和测量。所以我们运用制作完成的泊车协助系统实物

进行了必要试验。首先在等温的状况下对测距系统进行了多次测试，测试结果

如下表：

表5.1恒温状态测试表

12345

30厘米30.6厘米30.5厘米29.8厘米30.2厘米30.1厘米

4。厘米40.6厘米40.5厘米40.6厘米40.3厘米40.1厘米

50厘米50.6厘米50.5厘米49.5厘米50.1厘米50.3厘米

60厘米60.8厘米60.5厘米60.3厘米60.1厘米60.2厘米

70厘米70.2厘米70.6厘米70.5厘米70.2厘米70.1厘米

80厘米80.5厘米80.5厘米79.6厘米80.1厘米80.3厘米

图5.4系统测试图

通过测试数据的对比，我们发觉温度相同的状况下超声波测距模块工作正

常测量结果符合设计要求。然后我们进行不同温度的状况下超声波测距模块测

量实力的测试，试验结果同样用便利对比的表格来表示:

表5.2变温状态测试表

1234

40厘米(2040.5厘米40.2厘米40厘米40.2厘米

度）

40厘米(3039.9厘米40.3厘米40.2厘米39.9厘米

度）

50厘米(2050.5厘米40.2厘米50厘米50.2厘米

度）

50厘米(3050.1厘米50.3厘米50.2厘米50.2厘米

度）

60厘米(2060.1厘米59.8厘米60.1厘米60.2厘米

度）

60厘米(3059.8厘米60厘米60.1厘米59.9厘米

度）

从图表横向和纵向对比可以得出温度系统在温度变更的状况下正常工作,

补偿了因为温度引起的超声波在空气中传播速度的变更所造成的误差。

6总结与展望

本系统以超声波测距为测距手段实现了温度补偿，定点测距，实时显示和

限位报警的功能。把理论学问转化为实践提高了超声测距模块的测量精度。载

货卡车驾驶员再进行倒车时，本系统将会主动地为驾驶员供应车辆与侧后方障

碍物的距离信息，并且在与侧后方障碍物距离低于限位距离时供应声音和灯光

报警。有效阻挡了在泊车时交通事故的发生，避开了不必要的财产损失，具有

很高的市场前景。同时为驾驶员简化了泊车时的操作，避开了驾驶员泊车时的

手忙脚乱瞻前顾后，提高了驾驶的平安系数。从肯定意义上为今后的自动泊车

奠定了基础。

本文充分利用理论学问完成r泊车协助系统的设计，主要是：

⑴.在超声测距的基础上引入温度补偿概念，极大的缩小了测量误差，提

高了系统的精度。避开了因为测量缘由造成交通事故的发生。

(2).通过比较对泊车协助系统的元器件进行了选择。

⑶.通过电脑绘图完成了泊车协助系统的电路设计

(4).完成了泊车协助系统的实际算法和应用程序。

由于本人的学问储备不够，将泊车协助系统的开发还不完全。希望以后泊

车协助系统能实现更多跟强大的功能。

对本设计来说，本设计只对泊车进行了被动的信息测量和报警，并末实现

智能的自动泊车技术，今后还应在算法上进行更深层次的探讨，把车辆自动泊

车入位技术的探讨拓展至人类驾驶汽车变为汽车自动导航自动驾驶。为汽车驾

驶自动化供应探讨的基础。

致谢

工学者，巧心，劳力，造器物。

当毕业论文写到致谢的部分时，从某种程度上意味着高校时间也到了该致

谢的时候。诚心感谢我的论文指导老师，从老师给我们上课起先，老师严谨

的治学看法，仔细又不失风趣的教学方式就给我留下了深刻印象。在毕业设计

的创作期间，老师和时关注设计进展，并悉心供应指导看法，从未丝毫的放松

要求，老师扎实深厚的学术底蕴，一丝不苟的工作看法和乐观豁达的处事理念,

都将成为我在渐渐长路上的指引和追求。

感谢工学院的老师们，是你们的谆谆训诲传道授业为我毕业设计的撰写打

下了良好的基础。感谢在学校中陪我走过或长或短的一段路的人们。

此处感谢我的父母，并将本文献给他们。

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附录A电气原理图

附录B电路PCB图

附录C实物图

图C.1实物正面图

图C.2实物背面图

附录D元器件清单

名称类型型号数量

蜂鸣器BU