基于单片机的汽车倒车雷达系统设计(含程序)

1、基于单片机的汽车倒车雷达系统设计摘要随着社会经济的发展，交通运输业日益繁荣，汽车数量不断增加。交通拥堵越来越严重，车祸频繁发生，造成不可避免的人身伤亡和经济损失。鉴于这种情况，设计一种快速响应、高可靠性和经济性的汽车倒车防撞预警系统势在必行。本设计是一种基于单片机的汽车倒车雷达系统，采用了最常用的超声波测距方法。本设计的主要目的是将超声波测距系统与单片机结合，设计一种基于单片机的倒车雷达系统。该系统采用软硬件结合的方法，实现了显示汽车与障碍物的距离和声光报警危险距离的功能。本文总结了超声波检测的发展和基本原理，阐述了超声波传感器的原理和特点。基于超声波测距系统的功能和单片机的应用，提出了系统的

2、总体结构，介绍了系统各设计单元的原理，并详细说明和选择了各单元硬件电路的主要组成部分。本文还介绍了系统的软件结构，并通过编程实现了系统的功能和要求。关键词：汽车倒车雷达、stc89c52、超声波、测距、显示距离、声光报警第一章导言1.1项目设计的目的和意义随着汽车的普及，越来越多的家庭拥有汽车。交通拥堵也会出现，车祸也经常发生。人们在享受汽车带来的乐趣和便利的同时，更加关注汽车的安全性。许多“追尾”事故都与车距密切相关。为了解决这一安全问题，设计一种车辆测距和防撞报警系统势在必行。超声波因其方向性强、能耗低、在介质中传播距离长等特点，常被用于测距，如测距仪、水准仪等。超声波检测通常快速、方便、

3、计算简单。因此，超声波测距法是一种非常简单和常用的方法，适用于汽车停车前、后、左、右防撞的短距离测量，超声波作为一种特殊的声波，具有声波传播的基本物理特性折射、反射、干涉、衍射和散射。超声波测距是基于其反射特性。当车辆后退时，超声波测距传感器通过超声波检测车辆后面的障碍物位置，并通过发光二极管显示。当它到达一定距离时，系统会发出报警声，然后提醒司机注意安全。通过对这一课题的研究，所学到的知识将会在实践中得到应用，并会有所创新和进步。该设计可广泛应用于生活、军事、工业等领域。它要求设计者具备良好的数字和模拟电学知识，并具有一定的编程能力。通过综合运用所学知识，可以控制超声波信号的发射和接收，并通

4、过单片机程序对超声波信号进行分析、计算和处理，最终显示在液晶显示屏上。第二章设计原则和总体方案2.1本设计的研究方法本设计选用美国100超声波传感器。要理解超声波测距的原理，只有学习一些理论知识，才能将其应用到实际操作中。根据该原理，设计了超声波测距仪的硬件电路。通过对设计电路的分析，可以产生、发射和接收超声波，从而通过超声波测距来测量物体之间的距离。详细设计了一种基于单片机的超声波测距仪，包括单片机控制电路、发射电路、接收电路、液晶显示电路和声光报警电路。2.2系统总体方案设计超声波因其方向性强、能量消耗低、在介质中传播距离长而常被用于测距。利用超声波检测距离设计方便，计算和处理简单，能够满

5、足农业生产自动化对测量精度的要求。超声波发生器可以分为两类：一类是通过电气方式产生超声波，另一类是通过机械方式产生超声波。电学方法包括压电型、电学型等。机械方法包括盖尔通哨、液体哨和气流旋转哨等。它们产生具有不同频率、功率和声波特性的超声波，因此它们有不同的用途。目前，压电超声换能器常用于短距离测量。根据设计要求和各种因素，本文采用单片机作为控制器，超声波驱动信号采用单片机定时器。2.3系统总体方案演示超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波的传播时间来计算传播距离。有两种实用的测距方法，一种是一端发射、另一端接收的直达波方式，适用于高度表；一种是发射波被物体反射后接收的反射波模式

6、，适用于测距仪。本设计采用反射波。测距仪的分辨率取决于超声波传感器的选择。超声波传感器是一种利用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。因为超声波在空气中传播时会有相当大的衰减，衰减程度与频率成正比；当频率高、分辨率高时，短距离测量应选用高频传感器，而长距离测量应选用低频传感器。第三章是系统的硬件设计2.1系统总体框图根据系统设计的功能要求，初步确定设计系统由四个模块组成：单片机主控模块、显示模块、超声波收发模块和声光报警模块。51系列stc89c52单片机作为单片机的主控芯片，工作性能稳定，在单片机课程设计中常用作控制芯片。发射电路由单片机输出端直接驱动发射超声波。接收电路采用三极管组成的放

7、大电路，简单，调试工作量小。图3-1:系统设计框图硬件电路设计主要包括单片机系统和显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路、报警输出电路、电源电路等。微控制器采用stc89c52，系统晶振采用12mhz高精度晶振，获得稳定的时钟频率，减少测量误差。2.2美国-100超声波收发器模块超声波收发模块可以自行产生40khz的方波，并通过放大电路驱动超声波发射探头发射超声波。发射的超声波被障碍物反射，然后被超声波接收器探头接收。方波脉冲通过接收电路的检测放大和积分整形在echo引脚上产生，脉冲宽度与测量距离成线性关系。具体过程如图2所示。图2 us-100超声波收发模块工作时序图上图显示，系统仅通过在

8、trig/tx引脚输入10us以上的高电平就可以发出8个40khz的超声波脉冲，然后检测回波信号。检测到回波信号后，模块还将测量温度值，然后根据当前温度修正测距结果，并通过echo/rx引脚输出修正结果。在这种模式下，模块以340米/秒的速度将距离值转换为时间值的两倍，并通过回声终端输出一个高电平，因此距离值可以根据该高电平的持续时间来计算。即，距离值为：(高电平时间* 340米/秒)/2设l为测量距离，t为往返时差，超声波的传播速度为c。有(2-1)声波的传播速度注意：由于距离值已经过温度校正，这里不需要考虑温度补偿的问题，声速只有340米/秒，当使用美国100超声波收发模块测量距离时，单片

9、机只需要输出触发信号和监控回波引脚，通过定时器计算回波信号宽度并转换成距离。该模块简化了发送和接收的模拟电路，工作稳定可靠。其参数如表1所示。电力和天然气参数us-100超声波测距模块工作和电力压力dc 2.4v5.5v静态电流2ma工作温度-20 70度输出公式电平或uart(跳线帽选择)感官角度小于15度探索和测量距离2厘米-450厘米勘探和测量精度0.3厘米1%uart模式下的串行端口配置波特率9600，起始位1位，停止位1位，数据位8位，无奇偶校验，无流量控制。表1美国-100模块参数应当注意，测量周期必须大于60毫秒，以防止发射信号对混响信号的影响。该模块有两个接口，即模式选择跳线和

10、5pin接口。安装短路帽时，模式选择跳线接口设置为uart(串行端口)模式，拔出短路帽时设置为电平触发模式。2.3单片机电路单片机采用高性能单片机stc89c52，其管道角度如图3所示：图3 stc 89 c 52单片机引脚图该芯片是一个52核8位单片机，与英特尔和其他52核单片机兼容，支持isp下载，适用于常见的检测和控制电路。由stc89c52组成的单片机系统原理图如图4所示。图中，trig引脚是单片机发送触发信号的引脚，echo引脚是发送回波信号的us-100模块的引脚，连接到单片机外部中断的引脚p3.2，回波信号的宽度可以通过外部中断测量。当测量距离小于20厘米时，单片机通过引脚3.6

11、发出灯光报警信号，触发发光二极管报警灯点亮，同时通过引脚3.7发出声音报警信号，用于触发蜂鸣器发声报警。图4单片机系统与超声波模块接口示意图2.4蜂鸣器报警电路图5显示了蜂鸣器报警电路。由于单片机引脚的输入电流大于输出电流，电路设计为输出低时发声，输出高时关断。当引脚p3.7输出低电平时，pnp晶体管8550导通，集电极电流通过，蜂鸣器鸣响。当引脚p3.7输出高电平时，三极管关闭，蜂鸣器关闭。图5蜂鸣器报警电路2.5显示电路表2液晶屏技术指标显示部分采用smc 1602液晶显示屏显示数据，其主要技术参数如下：显示容量16*2个字符芯片工作电压4.55.5v工作电流2.0毫安(5.0伏)模块最佳

12、工作电压5.0v字符大小2.95*4.35(wxh)毫米接口信号描述表见表3表3液晶屏借口信号说明编号标志pin描述编号符合pin描述1虚存系统电源地线9d2数据输入/02vdd动力阴极10d3数据输入/03vl液晶显示器偏置信号11d4数据输入/04塞尔维亚共和国数据/命令选择器(高/低)12d5数据输入/05读写读/写选择端子(高/低)13d6数据输入/06e使能信号14d7数据输入/07d0数据输入/015bla背光阳极8d1数据输入/016bla背光阴极单片机接口电路如图6所示图6液晶显示器与单片机的接口电路2.6系统总电路图将单片机主控模块、显示模块、超声波收发器模块和声光报警模块四

13、个模块组合在一起，可以绘制出如图7所示的系统总电路图。图7系统总电路图第四章是系统的软件设计3.1软件流程图该设计软件的主要程序流程如图8所示。(a)是主程序流程图，和(b)是外部中断子程序流程图。(a)主程序流程图(b)外部中断流程图图8程序流程图3.2主程序详见附录3.3程序描述加载5v电压后系统启动，数据、定时器和液晶显示器初始化，程序进入while循环，超声波测距模块触发，发射超声波，检测是否有回波。如果有回波，超声波模块发送电平信号，驱动单片机计算，在液晶显示器上显示数据，如果没有回波，跳过判断。计算完距离后，程序将它与20厘米进行比较。如果小于20厘米，它将驱动蜂鸣器和发光二极管报

14、警灯报警。如果超过20厘米，将进入60毫秒的延时，并在循环时继续测量。3.4硬件设计图纸结论本文主要介绍倒车雷达即超声波测距仪的原理和设计方法。设计的最终结果是，超声波测距仪可以产生超声波，实现超声波的发送和接收，从而可以用超声波的方法测量物体之间的距离，测量的距离可以用数字形式显示，当距离小于50厘米时可以发出报警。超声波测距的原理是利用超声波的发射和接收，根据超声波的传播时间来计算传播距离。超声波测距仪的硬件电路设计主要包括三部分：单片机系统和显示电路、超声波发射电路和超声波接收电路。单片机采用stc89c51和12m高精度晶振，获得稳定的时钟频率，减少测量误差。单片机控制超声波发射和接收模块发射和接收信号。显示电路采用液晶屏显示。附录：(1)头文件和一些宏定义/* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * */* * * */* * * */* * * * * *#包括#包括“1602.h”typedef无符号字符u8；/*为无符号8位整数变量无