基于超声波倒车雷达系统毕业设计

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1、安徽机电职业技术学院毕业设计说明书基于超声波倒车雷达系统系 （部） 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电3105 姓 名 尹 磊 学 号 1302103210 指导教师 刘苏英 2012 2013 学年第 1 学期摘 要 本方案分析了超声波倒车雷达的原理，介绍了利用SPCE061A单片机配合三个V2.0的超声波测距模组实现超声波倒车雷达的方案设计。方案中采用凌阳的SPCE061A单片机，并利用其丰富的资源，实现对多路传感器的控制；并结合其独有的语音特色，将语音提示的功能结合到方案当中。 关键词：单片机、SPCE061A 、超声波测距、倒车雷达、语音提示 目 录摘 要2前 言4第一章 设

2、计任务及要求51.1 任务51.2 技术要求5第二章 总体方案设计6第三章 模块设计73.1 各单元模块设计73.2 超声波测距模组V2.0电路原理83.3转接板电路和显示电路113.4 系统连线图12第四章 系统软件设计134.1 超声波测距原理134.2 软件架构134.3 各模块程序说明14第五章 系统组装、调试与测试205.1 调试所用的基本仪器清单205.2 把各部分电路连接起来组成完整电路205.3设计发挥20设计总结21参考文献22 前言倒车雷达又称停车辅助系统，一般由超声波传感器,控制器和显示器部分组成.车在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由装在车尾的探头发送超声波，遇

3、到障碍物，产生回波信号，传感器在接收到回波信号后，经控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器(即3个发光二极管) 发出警告，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时变得更为轻松，另外，车体的左右各有一个探头，与车尾的探头同样原理，当车在左右拐时可以发出警告.第一章 设计任务及要求 1.1 任务利用SPCEE061单片机.，三个超声波测距模组实现超声波倒车雷达;可以语音提示模组探测范围内的0.31米1.5米范围内的障碍物;语音提示可指明哪一个方向有障碍物;利用三个LED发光二极管表示三个传感器探测范围内是否有障碍物.，当在探测范围在没有障碍物时，三个二极管以一定的频率周期性的闪烁；当在探测范围内

4、有障碍物时.，发光二极管以一定的频率闪烁.，闪烁的频率以离障碍物的距离定.，距离越进频率越高.1.2 技术要求 方案所需所有代码、资源都存放在一颗SPCE061A单片机当中. 第二章 总体方案设计本系统以SPCE061A为核心，使用凌阳教育推广中心的61板，三个超声波测局距摸组V2.0依次排布 ，组成线阵的传感器阵列；另外，接有转界板，发光二极管显示模块，系统组成以下图所示.图 2-1 系统硬件结构图1.SPCE061A弹片机作为主控心片，通过I/O端来控制CD4052，以选择不同的传感器通道；本方案采用IOB0和IOB1控制CD4052的A0和A1，而IOB2作为检测超声波摸组作为返回的信号

5、，IOB9为SPACE061A的TIMERB复用，产生40KHZ的脉冲信号，作为控制超声波模组发射超声波的信号端口，这样通过CD4052的通道切换，就可以用最少的端口来完成多个模组的切换使用了.2.在显示控制方面，系统分别利用IOA8、IOA9、IOA10三个端口控制三个发光二极管. 第三章 模块设计3.1 各单元模块设计3.1.1SPCE061A最小系统 SPCE061A最小系统包括SPCE061A芯片及其外围基本模块，外围基本模块有：晶振输入模块（OSC）、锁相环外围电路（PLL）、复位电路（RESET）、指示灯（LED）等，如下图所示.图 3-1 SPCE061A最小系统3.1.2 电源

6、模块SPCE061A的内核供电为3.3V，而I/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在电源模块（61板上）中有一个端口电平选择跳线，如图中的J5，但是为了本系统可以可靠的工作，需要给61板外接5V的电源，并将61板的端口电平选择为5V，即J5用跳线帽将V5和VDDH短接.下图为61板上的电源模块图. 图 3-2 板上的电源模块图 由于本系统需要的端口高电平为5V，所以图3-2当中的J5跳线需要跳到1和2上.3.1.3放音模块 语音提示.放音利用的是SPCE061A内部的DAC，电路如图3-3所示.图中的SPY0030是凌阳公司的产品.和LM386相比，SPY0030还是比较有优势的，比如LM3

7、86工作电压需在4V以上，而SPY0030仅需2.4V (两颗电池)即可工作；LM386输出功率100mW以下，SPY0030约700mW. 图3-3 放音模块电路3.2 超声波测距模组V2.0电路原理图3-4 结构示意图 一般应用时，只需要用两条10PIN排线把J5与SPCE061A的IOB口低八位连接，J4与IOB口高八位连接，同时设置好J1、J2跳线就完成硬件的连接了.不同测距模式的选择只需改变测距模式跳线J1的连接方法即可. 3.2.1 超声波谐振频率调理电路 由单片机产生40KHz的方波，并通过模组接口（J4）送到模组的CD4049，而后面CD4049则对40KHz频率信号进行调理；

8、以使超声波传感器产生谐振.3.2.2超声波回波接收处理电路 超声波接收处理部分电路前级采用NE5532构成10000倍放大器，对接收信号进行放大；后级采用LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为LM311的3管脚处，可由J1跳线选择不同的比较电压以选择不同的测距模式.图 3-5 超声波回波接收处理电路3.2.3 电源接口 J3为外部电源接口，最高电压不要超过12V，J2为电源选择跳线，VCC_5即为由61板通过10PIN排线引入模组的电源；VCC即为模组的放大器、调理电路供电电源.当用户使用61板为其供电时，要把VCC与VCC_5V短接；而使用外部电源时，要把VCC与VCC_IN短接.

9、图 3-6 外部单独电源输入接口及选择跳线J3为外部电源接口，最高电压不要超过12V，J2为电源选择跳线，VCC_5即为由61板通过10PIN排线引入模组的电源；VCC即为模组的放大器、调理电路的供电电源.当用户使用61板为其供电时，要把VCC与VCC_5V短接；而使用外部电源时，要把VCC与VCC_3.2.4超声波测距模式选择跳线 模组提供了测距模式选择跳线J1，可以选择短距测量模式、中距测量模式，或距离可调模式.跳线选择LOW时为近距测量模式，选择HIG时为中距测量模式；选SET时为距离可调模式.本方案采即可，即将J1跳线跳到LOW端.图3-7 测距模式选择跳线3.2.5 超声波测距模组V

10、2.0接口 本方案采用的三个超声波测距模组都是利用其J4、J5接口，每个模组接出两个控制、检测端口，然后会通过CD4052模拟开关进行选通，所以在实际使用当中，是分时地对每一个模组进行操作.超声波测距模组的J4、J5接口如所图3-8示；图中的VCC_5在本方案当中由61板供电，即5V. 图3-8 超声波测距模组接口3.3转接板电路和显示电路3.3.1 转接板电路 前面已简单介绍了转接板的作用了，这里介绍一下它的原理图，图中J1直接与61板的J6相接，即与61板的IOB口低八位接口相接，可知图中的VDD为61板供电，5V；而A0和A1分别接SPCE061A的IOB0和IOB1，以控制CD4052

11、的两个地址位，以控制通道的选通.IOB2接PLUS_B，作为回波信号的检测输入，不过经过CD4052的选通，接到哪一个模组，由IOB0和IOB1的输出决定；J2与61板的J7相连，即COM_EN接入IOB9，将会由SPCE061A的TimerB产生40KHz的信号为超声波测距模组的提供超声波信号. CD4052的另外一端，接出COM_EN1/2/3分别接三个模组的发射使能，另外还用三个10K的电阻下拉到地，以保证没有选通的模组不会发射出超声波信号. J3、J4为一组，接一个超声波测距模组V2.0板上的J4和J5接口；而转接板上的J5、J6、J7、J8分别对应另外两个模组图3-9转接板电路原理图

12、3.3.2 转接板示意图由于本系统对电源有一定的要求，所以在制作时，需要给61板接入5V的电源（并非使用电源盒），并将61板上的端口电平选择跳线J5跳到5V一端，使端口的高电平为5V，并通过61板的I/O接口（J6）给转接板、超声波测距模组进行供电. 本方案当中，可将转接板设计如图3-9所示；图中，J1接61板的J6，J2接61板上的J7，作为CD4052选通的控制端口，以及超声波测距的接口；J3J8分别接三组V2.0版本的超声波测距模组而在使用超声波测距模组时，J1测距模式选择选在短距测距模式选项.另外，还需要将J2跳线设置在5V一端图3-10 转接板示意图3.3.3 显示电路 显示电路较为

13、简单，直接使用三个I/O口控制三个发光二极管.如图3-11所示：图3-11 显示电路3.4 系统连线图3.4.1整个系统的连线示意图如图3-12所示： 图3-12 整个系统的连线示意图第四章 系统软件设计 4.1 超声波测距原理 超声波脉冲法测距原理： 声波在其传播介质中被定义为纵波.当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声.假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，那么就可以计算出从声波到目标的距离.这就是本系统的测量原理.这里声波传播的介质为空气，采用不可见的超声波. 假设室温下声波在空气中的传播速度是335.5m

14、/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t秒，距离d可以由下列公式计算： d=33550(cm/s)t(s) 因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离应该是d/2. 软件控制脉冲发射、检测回波信号： 模组配套的Demo程序采用的是脉冲测量法，由SPCE061A控制模组发生40KHz的脉冲信号，每次测量发射的脉冲数至少要12个完整的40KHz脉冲.同时发射信号前要打开计数器，进行计时；等计时到达一定值后再开启检测回波信号，以避免余波信号的干扰. 采用外部中断对回波信号进行检测（回波信号送到单片机的为一序列方波脉冲）.接收到回波信号后，马上读取计数器中的数值，此数据即为需要测量的时间差数据.为避免测量数据的误差，Demo程序中对测距数据的处理方法是：每进行一次测距，测量多次，即取得多组数据，经过处理后得到这一次测距值. 4.2 软件架构 本方案的软件系统主要包含下列模块： 1.超声波测距程序：负责超声波测距的控制、结果计算等，另外有部分代码在中断服务程序当中，主要代码在ultrasonic.App.c以及IRQ.c文件. 2.语音播放程序：语音播放控制，主要代码在Speech.h，而语音中断服务程序在isr