摘要倒車雷達又稱泊車輔助系統(tǒng)，是汽車泊車平安輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了平安性。本文介紹了以STC89C51RC單片機為核心的一種低本錢、高精度、微型化，并有數(shù)字顯示和聲光報警功能的倒車雷達系統(tǒng)。倒車雷達一般由超聲波傳感器〔俗稱探頭〕、控制器和顯示器等局部組成，現(xiàn)在市場上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產生回波信號，傳感器接收到回波信號后經控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。倒車雷達的提示方式可分為液晶、語言和聲音三種；接收方式有無線傳輸和有線傳輸?shù)?。本方案采用語音提示的方式，利用STC89C51RC單片機所具備的功能，外接超聲波測距模組，即超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊，加上顯示模塊和語音報警模塊，組成一個例如的倒車雷達系統(tǒng)，語音提示報警〔0.27m~1.0m〕范圍內的障礙物，并通過數(shù)碼管顯示與障礙物之間的距離。關鍵詞：倒車雷達超聲波單片機STC89C51RCABSTRACTParkingsensor,alsoknownasparkingassistsystemissecurecarparkingassistdevice,capableofvoiceortellthedriveramoreintuitivedisplaycasesaroundtheobstacle,toliftthedriverstartthevehicleparkingandaccessaround,causedwhentheTrouble,andtohelpthedrivertoremovethedeadandblurredvisiondefectsandimprovesecurity.Generallybytheultrasonicsensors(commonlyknownasprobes),controllersandmonitorsandothercomponents,reversingradaronthemarkettodayaremostlyusingultrasonicrangingprinciple,thedriverinreverse,startreversingradar,underthecontrolofthecontroller,thedeviceinRearbumpersendultrasonicprobeencounteredobstacles,resultingechosignals,thesensorreceivestheechosignalbythecontrollerfordataprocessing,determinethelocationofobstructions,thedistancefromthedisplayandissuedwarningsignalsTimelywarning,sobeawareofthedriverwhenreversingtomakereversingeasier.Tipsforreversingradarcanbedividedintoliquidcrystal,threekindsoflanguageandsound;receivemodewirelesstransmissionandwiredtransmission.Theprogramusesvoicepromptmanner,thispaperintroducesthemicrocontrollercoreSTC89C51RCalowcost,highaccuracy,miniaturization,andadigitaldisplayandsoundandlightalarmfunctionreversingradarsystem.TheuseofavailableSTC89C51RCsingle-chipmicrocontrollervoicecapabilities,externalthreeultrasonicrangingmodulestoformasampleofreversingradarsystem,voicealarm(0.27m~1.0m)withinthebarrier.KEYWORDS:parkingsensorultrasonicSCMSTC89C51RC目錄TOC\o"1-3"\h\u1081摘要 I14346ABSTRACT II4106目錄 i314591緒論 3149031.1倒車雷達的研究意義以及國內外開展現(xiàn)況 3131371.2本設計主要內容及概述 5160482倒車雷達的根本工作原理 6219012.1單片機的開展及其應用 6265972.2超聲波研究開展及其測距工作原理 665142.2.1國內外超聲波研究歷史及開展現(xiàn)狀 6189372.2.2超聲波測距的根本原理 8299812.2.3利用超聲波測距的設計實現(xiàn) 1047612.3超聲波倒車雷達系統(tǒng)工作原理 1160422.3.1超聲波倒車雷達的工作原理 114232.3.2系統(tǒng)原理框圖 12256032.4本章小結 1330808 3系統(tǒng)硬件設計 14292633.1單片機系統(tǒng)及顯示電路 14255913.1.1單片機控制芯片選擇 1489673.1.2單片機系統(tǒng)及其外圍電路 16190543.1.3顯示電路 17147213.2超聲波發(fā)射電路 18271243.3超聲波檢測接受電路 206483.4語音局部原理圖 2246633.5電源電路 2244393.6本章小結 2366904系統(tǒng)軟件設計 24315354.1超聲波測距儀的算法設計 25317214.2主程序設計 2629534.3超聲波發(fā)生子程序和超聲波接收中斷程序設計 28283984.3.1超聲波發(fā)生子程序設計 28304334.3.2外部中斷子程序設計 30199284.4倒車距離顯示及語音報警控制程序設計 31115034.4.1顯示報警子程序設計 314711LED顯示子程序設計 3335134.5本章小結 34155525安裝調試及分析 3582265.1硬件局部 35272105.2軟件實現(xiàn)與操作 3676385.3整機調試 37164735.4記錄并分析實驗結果 3719965.5本章小結 38125936測距儀改良的設想 39204096.1對倒車雷達的測距改良的設想 3956756.2本章小結 4012295心得體會與總結 4114830致謝 4226276參考文獻 4323982附錄A 4411199附錄B 451緒論1.1倒車雷達的研究意義以及國內外開展現(xiàn)況自從1886年2月9日卡爾?本茨創(chuàng)造了人類第一輛汽車，至今世界汽車工業(yè)經過了近127年的開展，當代汽車已經非常成熟和普遍了。汽車已經滲透于國防建設、國民經濟以及人類生活的各個領域之中，成為人類生存必不可少的、最主要的交通工具，為人類生存和社會的開展與進步起到了至關重要的作用。當今，汽車已經成為人們生活中不可缺少的一局部，近年來，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。在公路、街道、停車場、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會發(fā)生追尾事故。它給人們帶來方便快捷的同時，也出現(xiàn)了許多問題。如越來越多的汽車使道路上有效的使用空間越來越小，新手也越來越多，由此引起的刮傷事件也越來越多，由此引起的糾紛也在不斷地增加。原來不是問題的倒車也逐漸變成了問題。盡管每輛車都有后視鏡，但不可防止地都存在一個后視盲區(qū)，倒車雷達那么可以在一定程度上幫助駕駛員掃除視角死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的平安性，減少刮、擦事件。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠大于汽車前進時的事故率，尤其是非職業(yè)駕駛員以及女性更為突出。而倒車事故給車主帶來的許多麻煩，例如撞上別人的車、消防水籠頭，如果傷及兒童更是不堪設想，有鑒于此，汽車高科技產品家族中，專為汽車倒車泊位設置的“倒車雷達〞應運而生，倒車雷達的加裝可以解決駕駛人員后顧之憂，大大降低了倒車事故的發(fā)生。倒車雷達是汽車泊車或者倒車時的平安輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員駕駛車輛周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了使用死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的平安性。倒車雷達的創(chuàng)造是迫在眉睫的，是必不可少的設備。倒車雷達的原理與普通雷達一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設計開發(fā)的。通過感應裝置發(fā)生超聲波，然后通過反射回來的超聲波判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過由于倒車雷達體積大小及實用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。通常的倒車雷達主要由感應器〔探頭〕、主機、顯示設備等三局部組成。感應器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接受到的信號傳輸?shù)街鳈C，再通過顯示設備顯示出來。感應器裝在后保險杠上，以角45度輻射，檢測目標，能探索到那些低于保險杠而駕駛員從后窗又難以看見的障礙物并報警，如花壇、蹲在車后玩耍的兒童等；顯示設備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車距后面物體還有多少距離，到危險距離時，蜂鳴器就開始鳴叫，提示駕駛員停車。根據(jù)感應器種類不同，倒車雷達可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式。粘貼式感應器后有1層膠，可直接粘在后保險杠上；鉆孔式感應器是在保險杠上鉆一個洞，然后把感應器嵌進去；懸掛式感應器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設備種類不同，倒車雷達又可分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式。數(shù)字式顯示設備是一只如傳呼機大小的盒子，安裝在駕駛臺上，直接有數(shù)字表示汽車與后面物體的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員一目了然。倒車防撞雷達開展到現(xiàn)在已經歷經5代。第一代的倒車雷達系統(tǒng)是轟鳴器。倒車時，如果車后1.5米-1.8米處有障礙物，轟鳴器就會開始工作，轟鳴越急，表示車輛離障礙物越近。沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。第二代倒車雷達可以顯示車后障礙物離車的距離。這一代產品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表平安距離，表示障礙物離車體距離有0.8米以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.6米-0.8米；紅色代表危險距離，表示離障礙物只有不到0.6米的距離，必須停止倒車。第三代用液晶熒屏顯示，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍的障礙物的距離。該雷達動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強，所以誤報也較多。第四代魔幻鏡倒車雷達，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2米內的障礙物，并用不同的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達把后視鏡倒車雷達、免提、溫度顯示和車內空氣污染顯示等多功能整合在一起，并設計了語音功能，是目前市面上最先進的倒車雷達系統(tǒng)。其外型就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內空間，直接安裝在車內倒視鏡的位置。第五代倒車雷達是專門為高檔轎車生產的，它的整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。因為是新品，售價也較高。倒車雷達的開展實際上已經融入了整車的設計，隨著技術的成熟，價格的降低，倒車雷達將會逐漸普及成為標準配置。1.2本設計主要內容及概述本設計是以STC89C51RC單片機為核心，一種低本錢、高精度、微型化，并有數(shù)字顯示和聲光報警功能的倒車雷達系統(tǒng)。利用STC89C51RC單片機所具備的功能，外接超聲波測距模組，即超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊，加上顯示模塊和語音報警模塊，組成一個例如的倒車雷達系統(tǒng)，語音提示報警〔0.27m~1.5m〕范圍內的障礙物，并通過數(shù)碼管顯示與障礙物之間的距離。設計共分六章，主要內容包括：緒論，倒車雷達的根本工作原理，系統(tǒng)硬件設計，系統(tǒng)軟件設計，安裝調試及分析，以及對測距儀改良的一些設想。2倒車雷達的根本工作原理2.1單片機的開展及其應用單片機又稱微控制器，是在一塊硅片上集成了各種部件化微型計算機，這些部件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存貯器RAM、程序存貯器ROM、定時器/計數(shù)器和多種I/O接口電路。單片機體積小、重量輕、具有很強的靈活性而且價格不高，越來越得到廣泛的應用。8051在小中型應用場合很常見，已成為單片機領域的實際標準。80年代中期，Intel公司將8051內核使用權以專利互換或出售形式轉給世界許多著名IC制造廠商，如PHILIPS、西門子、AMD、OKI、NEC、Atmel等，這樣8051就變成有眾多制造廠商支持的、開展出上百個品種的大家族。90年代，PHILIPS推出支持16位計算的X4系列。XA系列是16位單片機，又可完全兼容8051的指令系統(tǒng)。Intel推出的80C51也是與8051在機器代碼級兼容，這樣保證了8051用戶到21世紀技術的領先性。隨著硬件的開展，8051軟件工具已有C級編譯器及實時多任務操作系統(tǒng)〔RIOS〕，單片機的程序設計更簡單、更可靠、實時性更強。因而8051系列是單片機教學的首選機型。而有內部可擦寫RAM的89C51/52是目前我們常用的芯片。2.2超聲波研究開展及其測距工作原理2.2.1國內外超聲波研究歷史及開展現(xiàn)狀一般認為，關于超聲波的研究最初起始于1876年F.Galton的氣哨實驗，這是人類首次有效產生的高頻聲波。在之后的三十年中，超聲波仍然是一個鮮為人知的東西，由于當時電子技術開展緩慢，對超聲波的研究造成了一定程度的影響。在第一次世界大戰(zhàn)中，對超聲波的研究逐漸受到重視。法國人Langevin使用一種晶體傳感器在水下發(fā)射和接收相對低頻的超聲波。他提出的這種方法可以用來檢測水中是否存在潛艇并進行水下通信。1929年，Sokolov首先提出用超聲波探查金屬物內部缺陷的建議。相隔2年，1931年Mulhauser獲準一項關于超聲檢測方法的德國專利，不過他并未做更多的工作。4年之后，1934年sokolov首次發(fā)表了關于在液體槽子里用穿透法作實物試驗的結果，他用了各種方法做了實驗，用來檢測穿過試件的超聲能量，其中之一是用簡單的光學方法觀察液體外表由超聲波形成的波紋。德國人Bergrnann在他的論著《ULTRASONIC》中，詳細的論述了有關超聲波的大量早期資料，該論著一直被認為是該領域的經典之作。美國的Firestone首次介紹了脈沖回波探傷儀，使超聲波檢測技術開展到了更重要的階段。在各種系統(tǒng)中，這是最成功的一種，因為它有最廣泛的通用性，其檢測結果也最容易解釋。這種方法除可用于手工檢測外，還可與采用先進技術的自動系統(tǒng)聯(lián)用，自第一種脈沖回波儀器問世以來，根據(jù)相同的原理，有無數(shù)種其他儀器得到了開展，并有許多改良和精化。目前，在超聲無損檢測中，脈沖回波系統(tǒng)仍是使用最為廣泛的一種。八十年代后期，由于計算機技術和高速器件的不斷開展，使超聲波信號的數(shù)字化采集和分析成為可能。目前國內也相繼出現(xiàn)了各類數(shù)字化超聲波測距設備，并已成為超聲波檢測的開展方向。廈門大學的某位學者研究了一種回波輪廓分析法。該方法在測距中通過兩次探測求取回波包絡曲線來得到回波的起點，通過這樣處理后超聲波傳播時間的精度得到了很大的提高。另外，也有大量的文獻研究采用數(shù)字信號處理技術和小波變換理論來提高傳輸時間的精度。這些處理方法都取得了較好的效果。目前國內外在超聲波檢測領域都向著數(shù)字化方向開展，數(shù)字式超聲波測距系統(tǒng)的開展速度很快。國內近幾年也相繼出現(xiàn)了許多數(shù)字式超聲波儀器和分析系統(tǒng)。隨著測距技術研究的不斷深入，對超聲測距系統(tǒng)功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲測距系統(tǒng)會帶來較大的測試誤差。進一步要求以后生產的超聲測距儀能夠具有雙顯及內帶有單板機的微處理功能。隨后具有檢測，記錄，存儲，數(shù)據(jù)處理與分析等多項功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。其中，煤炭科學研究院研制的2000A型超聲分析檢測儀，是一種內帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機打印。其數(shù)字和波形都比擬清晰穩(wěn)定，操作簡單，可靠性高，具有斷電存儲功能，其串口可以方便用戶對儀器的測試數(shù)據(jù)進行后處理及有關程序的開發(fā)。與國內同類產品相比，設計新穎合理，功能齊全，在儀器設計上有重大突破和創(chuàng)新，到達了國際先進水平。超聲波測距由于其能夠進行非接觸測量和相對較高的測量精度，越來越被人們所重視。就目前形勢來看，汽車市場的快速開展將帶動倒車雷達市場的繁榮。國內倒車雷達主流市場已經開始有進口高檔汽車向中低檔汽車開展。技術上向著單芯片功能成靈敏度更高、可視化開展，設備趨于小型化、人性化、智能化等方向開展。由此可見，超聲波汽車倒車雷達系統(tǒng)將會在人類今后的生活中扮演越來越重的角色，為人類的開展作出重要奉獻。2.2.2超聲波測距的根本原理〔1〕認識超聲波超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的,其每秒的振動次數(shù)〔頻率〕甚高，超出了人耳聽覺的上限〔20000Hz〕，人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。超聲波由于其指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離較遠等優(yōu)點，而經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。超聲波測距主要應用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場，例如液位、井深、管道長度等場合。利用超聲波檢測往往比擬迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能到達工業(yè)實用的要求，因此在測控系統(tǒng)的研制上得到了廣泛應用?！?〕超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經設計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。

〔3〕超聲波傳感器的特性超聲波傳感器的根本特性有頻率特性和指向特性，這里以課題中選用的傳感器T/R40發(fā)射型超聲波傳感器的特性為例加以說明。