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1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 论 文 基于单片机的超声波测距倒车雷达设计The design of Ultrasonic ranging reverse radar based on Singlechip 系（院）名称： 专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2011 年 5 月目 录摘 要Abstract 引 言1第一章 方案论证及选择21.1 微处理器选择21.2测距传感器选择21.3语音报警器的选择31.4显示子系统的设计3第二章 超声波测距雷达工作原理42.1超声波传感器介绍42.1.1超声波传感器的特性62
2、.2 超声波测距的原理及实现7第三章 硬件设计93.1系统总体结构框图93.2 AT89C51单片机93.3 电源电路123.4 时钟电路133.5 复位电路133.6 超声波测距模块HC-SR04143.7 74HC573芯片163.8 数码管显示及报警电路设计17第四章 系统软件设计204.1系统主程序的设计204.2中断处理程序的设计224.3测距模块的设计224.4显示及报警模块的设计23结 论25致 谢26参考文献27附 录28附录A：系统总电路图28附录B：部分源程序29基于单片机的超声波测距倒车雷达设计摘要：随着我国经济飞速发展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒车所引
3、发的事故也越来越多。这些事故常常给驾驶员带来许多麻烦，因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。倒车雷达，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况。本文设计了一种利用超声波测距原理研究的高性价比倒车雷达，它可以提醒驾驶员进入警戒区域，同时进行声光报警。无须占用司机的视觉资源，使司机可以把全部注意力用于观察车前及车旁的路况。超声发射部分由AT89C51单片机产生10us的高电平信号，触发测距模块；系统接收部分由接收探头拾取反射回来的信号，当接收电路接收到反射信号就中断AT89C51计数器停止计数，从而得到超声波从发射到接收信号的时间差,进而计算出车与后方
4、障碍物之间的距离，指导司机安全倒车。关键词：倒车雷达 超声波 单片机 声光报警 The design of Ultrasonic ranging reverse radar based on SinglechipAbstract：Along with the rapid development of economy of our country, more and more people have their own cars, as well as the parking and reversing the accident caused will be increasingly. Thes
5、e accidents often bring many troubles to drivers, so, the reverse radar of help drivers parking and of reversing arise at the historic moment. Reverse radar, the automobile parking safety auxiliary devices, more intuitive to told the driver of around obstacles by voice or display. This paper designs
6、 a kind of using ultrasonic ranging principle research high performance-to-price ratio reverse radar；it can remind drivers entered exclusionary area, simultaneously the acousto-optic alarm. The radar need not occupy the drivers visual resources, and can make the driver putting the whole attention to
7、 observe the passenger side of the front and roads. Ultrasonic launching 10us partly by AT89C51 produce the high level signal to triggering ranging module; System receiving part reflected by the receiving probe of the signal and when the receiving circuit receives reflected signals will interrupt AT
8、89C51 counter stop counting. Thus obtains from the launch to receiving signal ultrasonic lag between driving, and then calculating the distance between the obstacles to instruct driver safety reverse.Key words：Reverse radar; Ultrasonic ; Single-chip microcomputer；Sound-light alaII引 言随着社会的不断发展，汽车已逐渐成
9、为人们不可或缺的交通工具。由于汽车的日益普及，人为原因而产生的碰撞问题也日益突出，其中倒车碰撞占据很大一部分。因此，增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者显示器的显示通告司机车后的状况，解除了司机泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的麻烦，并帮助司机解决由视觉引起的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示
10、。司机在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，从而计算出车体与障碍物之间的距离，再由显示器显示距离并发出警示信号，从而使司机倒车时不至于撞上障碍物。当前国内外倒车雷达的研究现状：通常的倒车雷达主要由感应器、主机、显示设备等三部分组成。感应器发出和接受超声波信号，并将接收到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式等种。粘帖式感应器后有一层胶，可直接粘在后保险杠上：钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去：悬挂式感应器主要用于载
11、货车。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可以分为数字式、颜色式和蜂鸣式等三种。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接用数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这几代产品都各有特点，目前使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这3种。本文旨在设计一种以AT89C51单片机为核心控制芯片，高性价比的倒车雷达，系统成型后，经过专业技术人员论证后可推向市场。第一章 方案论证及选择1.1 微处理器选择方案一：使用51单片机。51单片机具有功能强、抗干扰能力强、软硬件
12、资源都比较丰富等特点，其外围接口电路简单，具有很高的性价比，成本低，而且它经过多年的发展，技术也相当成熟。方案二：使用AVR Mega系列单片机。Mega系列是美国ATMEL公司生产的AVR 8位单片机中的高端产品，由于市场和技术原因，市场占有率挺高，采用精简指令集系统。方案三：使用MPS430，凌阳61单片机等16位单片机或者ARM系列32位单片机。由于本系统控制功能简单，没有必要为了提高性能而增加成本和开发难度。经过综合考虑，本题目采用第一套方案，选取性价比较高的51单片机。1.2测距传感器选择 方案一：红外传感器。其原理是传感器的红外发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，接收管
13、接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号强弱判断物体的距离。 方案二：激光传感器。它是利用激光的单色性和相干性好、方向性强等特点，以实现高精度的计量和检测，如测量长度、距离、速度、角度等。激光测距在技术途径上可分为脉冲式激光测距和连续波相位式激光测距。脉冲式激光测距原理与雷达测距相似，测距仪向目标发射激光信号，碰到目标就要被反射回来，由于光的传播速度是已知的，所以只要记录下光信号的往返时间，用光速（30万千米/秒）乘以往返时间的二分之一，就是所要测量的距离。 方案三：超声波传感器。超声波就是空气中传播的超过人类听觉频率极限的声波。其原理犹如蝙蝠，它嘴里发出超声波，
14、当超声波遇到小昆虫的时候，它的耳朵能够接收反射回波，从而判断昆虫的位置并予以捕杀。超声波传感器的工作方式是通过发送器发射出来的超声波被物体反射后传到接收器接收来判断是否检测到物体。 根据以上性能的比较，我们能看出来激光传感器是比较理想的选择，但是其价格较高，不易为大众接受。考虑到车辆行驶过程中测距应当有较强的抗干扰和较短的响应时间，最终选用超声波传感器作为此方案的技术扩展。1.3语音报警器的选择 由于在该设计中只涉及到简单的报警声音，可以直接用单片机的某一引脚产生方波控制。我拟定采用简单的蜂鸣器来实现该功能。1.4显示子系统的设计显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电
15、子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。最简单的显示器可以用LED发光二极管，设计简单，易于安装，但给出只是一个简单的开关信息，而复杂的较完整的显示器应该是CRT监视器或者屏幕较大的LCD液晶屏，从能够实现显示功能以及个人设计简单方便方面考虑，本设计中采用三位8段数码管实现显示功能。第二章 超声波测距雷达工作原理2.1超声波传感器介绍 超声波是一种频率超过 20kHz 的机械波。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性反射、折射、干涉、衍射、散射。超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大力量，并且在不同的媒质介面，超声波的大部分能量会反射。利用超声波检测往往比较迅速，方便，易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液
