1、重慶郵電大學本科畢業設計（論文）編 號：_審定成績：_重慶郵電大學畢業設計（論文）設計（論文）題目：簡易倒車雷達系統的設計學 院 名 稱 ：光電工程學院學 生 姓 名 ：專 業 ：電子科學與技術班 級 ：學 號 ：指 導 教 師 ：馮志宇答辯組 負責人 ：填表時間：二 一 四 年 五 月重慶郵電大學教務處制- 66 -摘 要隨著汽車普及率的提高，倒車雷達的存在對于減少和避免交通事故的發生的意義顯得尤為重要，基于此理念而提出了倒車雷達系統的設計。本設計主要采用STC89C52RC單片機作為主控芯片，結合超聲波測距技術、溫度補償技術和角度補償算法而設計出來的一個簡易的倒車雷達系統。設計的主要目的是

2、學會一個簡單系統的設計過程，亦加深設計者對設計和倒車雷達的了解。本設計主要采用的是簡單易行且成本低廉的超聲波測距技術來實現，由MCU通過控制HY-SRF05收發一體的超聲波測距傳感器得到渡越時間，控制DS18B20溫度傳感器得到環境溫度（超聲波的波速是與環境溫度有關的），再由合理的算法運算（包括角度補償）得到其車身與障礙物之間距離，做出顯示和對駕駛員的提醒。整個系統的設計，在控制為較低的成本的情況下，可實現精確的距離測量、直觀的顯示和適當的聲音提醒功能（對駕駛員而言），是一個值得在小型、廉價汽車中推廣的倒車雷達系統。本文闡述了超聲波測距的發展及基本原理，概述了其他的汽車上可使用的測距方式；同時

3、也給出了詳盡的硬件電路和程序及其設計思路、流程圖，對于做相關設計的讀者，是有一定的借鑒意義的。【關鍵詞】倒車雷達 超聲波測距 STC89C52 溫度補償ABSTRACTWith the improvement of penetration, the existence of the reversing radar to reduce or avoid the happening of traffic accident is important particularly, and based on this concept and the design of the reversing rada

4、r system was put forward. The concept of this design is with STC89C52RC MCU as the master control chip, combined the technology of ultrasonic ranging, temperature compensation to design a simple model of the reversing radar. The main purpose of this design is to learn the design process of the simpl

5、y system, it can also deepen designers understanding of design and reversing radar.This design mainly uses a simple and low cost of ultrasonic ranging technology to achieve its function. It uses the MCU to control the ultrasonic ranging sensor HY - SRF05 transceiver to get transit time, and control

6、the temperature sensor DS18B20 to get the surrounding temperature (the velocity of ultrasonic wave is related to the environmental temperature), then by reasonable algorithm operation (including Angle compensation) to get the distance between the car and the obstacles, then display and remind the dr

7、iver. The design of the whole system, in the case of control for low cost, can realize the precise distance measurement, give the visual display and appropriate voice remind function (for the driver), is a worthy of promotion in small, cheap cars reversing radar system.This paper expounds the develo

8、pment and basic principle of ultrasonic ranging, outlines the other methods of ranging in cars; It also gives the detailed hardware circuit and the program and its design idea, flow chart, which for the reader who do relevant design is a certain reference significance.【Key words】Parking sensors ultr

9、asonic ranging STC89C52 temperature compensation目 錄前 言- 1 -第一章 倒車雷達系統概述- 2 -第一節 倒車雷達的發展歷史及趨勢- 2 -第二節 倒車雷達系統的基本組成- 3 -第二章 倒車雷達系統的原理- 4 -第一節 汽車的基本測距方式- 4 -一、超聲波測距- 4 -二、毫米波雷達測距- 4 -三、攝像系統測距- 4 -四、激光測距- 5 -第二節 超聲波基本理論- 5 -一、超聲波的形式- 5 -二、超聲波的基本物理性質- 6 -三、超聲波的特性- 7 -第三節 超聲波測距系統原理- 7 -一、超聲波傳感器介紹- 7 -二、超聲波

10、傳感器的性能指標- 8 -三、超聲波測距方案- 8 -第三章 系統主要硬件電路- 10 -第一節 系統硬件電路的總體設計方案- 10 -第二節 STC89C52RC介紹- 10 -一、主要特性- 11 -二、工作模式- 12 -第三節 超聲波測距傳感器- 12 -一、超聲波測距模塊工作原理- 12 -二、超聲波測距模塊電路- 13 -三、超聲波測距模塊主要電氣參數- 14 -第四節 系統各部分電路的設計- 15 -一、電源電路- 15 -二、復位電路- 16 -三、時鐘電路- 17 -四、按鍵電路- 17 -五、聲音報警電路- 17 -六、溫度補償電路- 18 -七、液晶顯示電路- 19 -第

11、五節 程序燒寫電路- 21 -第四章 系統軟件設計- 23 -第一節 Keil C51介紹- 23 -第二節 系統程序的結構- 23 -第三節 系統主要部分的程序- 25 -一、DS18B20溫度檢測程序- 25 -二、HY-SRF05超聲波測距程序- 25 -三、LCD1602顯示程序- 26 -四、蜂鳴器報警程序- 28 -五、數據處理程序- 28 -第五章 系統的實物測試與分析- 29 -第一節 實物及各部分分析- 29 -一、電源部分- 29 -二、功能部分- 29 -第二節 實物效果測試- 30 -一、測試方法和步驟- 30 -二、測試結果- 31 -三、結果分析和總結- 34 -結

12、 論- 35 -致 謝- 36 -參考文獻- 37 -附 錄- 38 -一、英文原文：- 38 -二、英文翻譯：- 45 -三、系統設計原理圖：- 51 -四、源程序：- 52 -前 言科學技術的的發展，工業文明的進步，使得汽車的普及率大大提升。人們在享受汽車帶來的便利的同時，更加需要注重汽車使用過程中的安全性；如今的汽車交通事故頻頻發生，在提高駕駛員整體素質的同時，對汽車本身某些功能的提升也理所當然，因此倒車雷達也應運而生。根據德國戴勒姆奔馳汽車制造公司研究報告表明：在危險情況下，如果給駕駛員提前0.5秒的反應時間，則能夠分別減少撞車追尾事故的30%、路面相關事故的50%、迎面撞車事故的60

13、%1。倒車雷達系統，英文全稱Reversing/Parking Radar System，主要分為超聲波測距、微波雷達測距、攝像系統測距和激光測距四種方式。現在投入生產使用的雷達，大多采用仿生超聲雷達技術（類似于蝙蝠的超聲波定位），配以高速的MCU控制，在掛倒擋時可準確地測知2m以內的障礙物，并以不同等級的聲音和直觀的顯示提醒駕駛員。本設計主要提出一種以STC89C52單片機為核心控制芯片，以基本的雷達系統理念，制作而成的簡易倒車雷達系統的模型，旨在掌握及傳達倒車雷達的設計和使用的基本知識和過程。第一章 倒車雷達系統概述第一節 倒車雷達的發展歷史及趨勢工業革命給我們帶來了汽車，而隨著科學技術的

14、不斷進步、人民生活水平的不斷提高，汽車的普及率大大提高。而大量的汽車的出現，帶來了交通擁擠和大量的交通安全事故，因此倒車雷達應運而生，適當的防止了大部分駕駛員倒車、停車時的安全事故的發生。倒車雷達始于20世紀末，隨著科學技術的發展以及用戶需求的不斷提高，經歷了幾年的迅速發展，大致經過了六代的演變2。第一代：倒車時通過喇叭提醒。通過“倒車請注意”的語音來提醒周圍人的注意，只要駕駛員掛倒檔就會響起，但并不算真正的倒車雷達，基本屬于淘汰產品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這一代才可算是倒車類的真正開始，倒車時若車后1.5m1.8m內有障礙物，蜂鳴器便產生不同頻率的響聲提醒駕駛員，蜂鳴聲越急促

15、表示汽車離障礙物越近。第三代：數碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這一代產品有兩種顯示方式：數碼顯示距離的具體數值，波段顯示用紅、黃、綠三種顏色表示汽車與障礙物之間距離的安全等級。第四代：液晶屏動態顯示。只要發動汽車而不需掛倒擋時，顯示器上就會出現汽車圖案以及汽車周圍障礙物的距離。但是其靈敏度較高，抗干擾能力不強，誤報較多，所以其使用率不高。第五代：魔幻鏡倒車雷達。這一代產品結合了前幾代產品的優點，并采用最新仿生超生雷達技術，配合以高速的MCU控制，可隨時準確測知2m以內的障礙物，并用不同頻率等級的聲音和直觀的顯示提醒駕駛員。第六代：專為高檔轎車生產。第六代產品在第五代的基礎上新增了很多功能。外

16、觀上更為精致典雅，功能上整合了高檔轎車具備的影音系統。倒車雷達的性能在不斷提升的同時，隨著用戶需求的不斷提高，其外形及性價比也有待提高，越來越多的汽車都開始在出廠時配備原裝雷達，且一直呈現著由高檔至中檔至低檔的發展態勢。同時在技術上倒車雷達向著單芯片功能集成、靈敏度更高、可視化等方向發展。第二節 倒車雷達系統的基本組成現今投入生產使用的倒車雷達大部分是利用超聲波測距原理工作的，通常由智能控制器、攝像頭、超聲波測距傳感器、顯示設備、語音設備等部分組成。當汽車掛倒擋時，倒車雷達會自動啟動，通過超聲波測距傳感器測得車后障礙物與汽車之間的距離，并通過聲音和影像顯示提醒駕駛員，增加其停車的安全性。本設計

17、也是采用超聲波傳感器實現測距，通過STC89C52RC單片機作為控制器，由蜂鳴器給出不同等級的聲音提示、LCD液晶顯示（環境溫度、車身與車后障礙物之間的距離）。系統的基本組成和關系如圖1.1所示。超聲波發射器超聲波接收器放大電路放大電路超聲波測距傳感器檢波電路信息計算、處理計時器控制系統溫度傳感器聲音報警顯示圖1.1 本設計的基本組成和關系第二章 倒車雷達系統的原理第一節 汽車的基本測距方式一、超聲波測距超聲波，是一種頻率高于20KHz的聲波，它具有方向性好、反射特性好，傳輸過程中衰減小，易于獲得較集中的聲能等優點，且其命名是因為它的頻率下限大約是等于人的聽覺上限的，即其頻率是高于所有可聞聲波

18、的。超聲波作為聲波的一種，同樣有聲波的基本傳輸特性，超聲波測距則是利用聲波的反射特性來工作的。超聲波測距儀一般由超聲波發射器、接收器和信號處理裝置三大部分組成1。 由于超聲波的速度受外界環境（溫度和天氣）影響較大，且超聲波的能量是與距離的平方成正比而衰減的，則其靈敏度的下降很快，從而使得超聲波測距方式只可適用于較短的距離的測距。二、毫米波雷達測距 雷達利用目標對工作頻率3MHz到3000GHz，對應波長100m到1mm電磁波的反射來發現目標并測定其與汽車之間的距離。作為車載雷達時，一般選用60GHz、1200GHz、180GHz波段的電磁波，由于其選用的波段屬于毫米波段，故稱其為毫米波雷達。與

19、30GHz以下的微波相比，毫米波頻率高波長短的特性，使其縮小了天線輻射的電磁波射束的角幅度，從而減少了不必要的誤動作和干擾；同時，由于其多普勒頻移較大，相對速度的測量精度是較高的。由于其高精度性，且環境適應性較好，故毫米波雷達大量使用于汽車的防撞雷達，用于防止發生追尾碰撞。三、攝像系統測距CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器，其具有尺寸小、質量輕、功耗小、噪聲低、動態范圍大、光計量準確、其線掃描輸出的光電信號有利于后續信號處理等優良特性，其在汽車行業也得到了廣泛的應用。利用傳統的攝像機，如面陣CCD，可獲得被測視野的二維圖象，但

20、無法確定與被測物體之間的距離。只使用一個CCD攝像機的系統稱為單目攝像系統，在汽車上常用于倒車后視系統，用于輔助駕駛員獲得車后視死角信息，防止倒車事故的發生。雙目攝像系統通過模仿人眼視覺遠離，利用距離固定的兩臺攝像機同時對同一物體成像，再通過計算機對兩幅圖像的處理分析，可確定其三維的成像信息。雙目攝像系統模仿人體視覺原理，測量精度高，顯示圖像直觀明確，可使駕駛員清楚的了解被測距物體的輪廓。但此種測距儀價格較高，同時由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢，不適用于倒車雷達系統。四、激光測距激光測距儀是一種光子雷達系統。它具有測量時間短、量程大、精度高等優點，在許多領域得到了廣泛的應用。目前在汽車上

21、應用較廣的激光測距系統可分為非成像式激光雷達和成像式激光雷達。由于激光測距儀需工作在高速運動的車體中，對其穩定性、可靠性都有較高的要求，其體積也受到一定的限制，決定其只可采用半導體激光器。綜合考慮以上四種方案，根據此設計時的制作難度、效果、經濟條件因素以及個人能力因素，選擇用超聲波測距方式實現倒車雷達的設計。第二節 超聲波基本理論聲波是物體機械振動的狀態或能量的傳播形式，所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。超聲波即是振動頻率在20KHz以上的聲波，但其與可聞聲波在本質上是一致的，即超聲波有與可聞聲波相似的性質。一、超聲波的形式超聲波在介質中有兩種形式的震蕩波：橫波和縱波。橫波

22、，是指一種質點振動方向是與傳播方向相垂直的波（如圖2.1所示），且只能在固體中傳播；縱波，是指一種質點振動方向是與傳播方向相一致的波（如圖2.2所示），縱波可在固體、液體和氣體中傳播。圖2.1 橫波振動示意圖圖2.2 縱波振動示意圖二、超聲波的基本物理性質1、反射與折射 超聲波在傳播過程中經常會遇到不同介質的分界面，這時候有一部分的能量或狀態會被分界面反射形成反射波；另一部分能量或狀態將透過分界面繼續傳播，形成透射波（也就是折射波）。依據斯內爾反射定律、折射定律，若超聲波的傳播方向與分界面不完全垂直，則會形成反射波和折射波。2、全反射超聲波由光密介質向光疏介質傳播時，若入射角大于臨界角，波會被

23、完全反射回來的現象。實際上，在發生全反射時透射波仍然是存在的，亦即是表面波。表面波是指一種僅僅在介質表面附近傳播的波，是由介質的電導率極大（會引起全反射）、趨膚深度極小（波在介質中衰減很快）引起的4。3、干涉頻率相同，振動方向平行，相位相同或相位差恒定的兩列波相遇時，會使某些地方振動始終加強，而使另一些地方的振動始終減弱的現象。三、超聲波的特性1、束射特性由于超聲波的波長短，超聲波射線可以和光線一樣反射、折射和聚焦，嚴格遵循幾何光學上的定律，也即遵循斯內爾反射定律和透射定律。2、吸收特性超聲波在各種介質中傳播是隨著傳播距離的增加而強度會漸進削弱的，即發生了衰減，這是由于傳播過程中介質會吸收部分

24、能量。對于同一介質，超聲波的頻率越高，衰減越快，即吸收越強。3、能量傳遞特性當超聲波傳輸抵達某一介質中時，超聲波的振動會作用于介質中的粒子，使其發生與超聲波頻率一致的振動。介質中粒子振動所取得的能量除了與粒子的質量有關外，還與分子的振動速度的平方成正比。也就是說，超聲波的頻率越高，介質中粒子獲得的能量越高。由于超聲波的頻率比可聞聲波的頻率高，即可提供相對較多的能量。4、聲壓特性當聲波通入某介質時，由于聲波振動使介質粒子發生緊縮和稠密的作用，將使介質所受的壓力發生變化。由于聲波振動引起附加壓力的現象叫聲壓作用。由于超聲波具有的能量較大，有可能使物質分子產生顯著的聲壓所用。第三節 超聲波測距系統原

25、理一、超聲波傳感器介紹為了以超聲波作為檢測手段，就必須要做到能夠發射超聲波、檢測超聲波的反射回波，而用于完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱之為超聲波換能器或超聲波探頭。發送傳感器通常由發送器與直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器主要是用于將陶瓷振子的電振動產生的能量轉換成超聲波能量并輻射出去。接收傳感器同樣有陶瓷振子換能器，用于將接收到的超聲波能量轉換成電信號，不同的是接收傳感器需要有放大電路，因為實際接收到的信號是較微弱的（后續電路很難正常工作、實現其功能），必須用放大器將信號放大之后陶瓷振子換能器才能做出感應。二、超聲波傳感器的性能指標71、工作頻率工作頻率是指其內部的

26、壓電晶片的共振頻率。只有當加于兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等的時候，才會有最大能量的輸出，即產生了諧振，此時超聲波傳感器的靈敏度也是最高的。2、工作溫度超聲波傳感器內部使用的是壓電晶片，因為壓電材料的居里點較高，工作溫度較低，且由于用于做超聲波測距時其功率較小，所以傳感器可以做到長時間的工作而不失效（不易因發熱而導致壓電晶片失效）。3、靈敏度靈敏度，即規定了信噪比的前提下，接收傳感器能夠檢測到的最小信號電壓。這主要取決于傳感器所用的晶片和電路本身。三、超聲波測距方案1、相位檢測法相位檢測法是利用發射波和被目標反射的接收回波之間的相位差包含的距離信息來實現對被測目標距離的測量。同時，可

27、以通過變換調制信號的頻率來改變相位差對距離的細分尺度，來提高和改變量程。這種測距方法得到的距離信息是最準確的，但是其測距距離較短且電路較復雜。2、聲波幅值檢測法聲波幅值檢測法是利用發射波和被目標反射的接收回波之間聲波的幅度差所包含的距離信息來實現對被測目標距離的測量。再根據一定的公式即可計算出其確切的距離，電路簡單、廉價，但結果卻不夠精確，所以大多數情況下都不用這種方法進行測距。3、渡越時間法渡越時間法是利用發射波和被目標反射的接收回波之間聲波的返回時延差所包含的距離信息來實現對被測目標距離的測量。也需要再根據一定的公式計算才可得到其確切的距離，電路不復雜，測量距離、精度都很好，因此有很廣泛的

28、應用。本設計即是采用此種方案，其基本原理及步驟是：用計時器檢測從發射傳感器發射的超聲波經氣體介質傳播、反射到接收傳感器之間的時間差t，這個時間就是渡越時間；用溫度傳感器測得當時溫度，并依公式求出當時的溫度對應的聲速V；根據公式，可求得車身與障礙物之間的距離；圖2.3 渡越時間法測距原理渡越時間法的測距原理如圖2.3所示，超聲波的波速與溫度有關，一般情況下，溫度每升高1，聲速增加0.6m/s。干燥空氣中，溫度T對應的聲速計算公式如式2.1所示。 (2.1)在實際使用時，如果環境溫度變化不大，可認為聲速c是基本不變的，通常我們也是利用常溫時的聲速（V340m/s）來進行計算的；但從安全的角度考慮，

29、此設計的測距精度要求相對較高，那么就必須考慮環境溫度的影響，我們需要通過增加溫度補償電路的方法，并在MCU程序中通過添加上述計算方法，以得到較為精確的聲速V。在本系統中，利用單片機STC89C52RC內置定時器和超聲波傳感器HY-SRF05可檢測到車身與障礙物之間超聲波的渡越時間，由溫度傳感器18B20檢測環境溫度，再經計算得到聲速V，即可確定其距離L。由于超聲波傳感器HY-SRF05發射、接收探頭之間有一定的的距離，考慮超聲波的方向性以及本設計對于精確度的要求，需在軟件中增加角度補償：。此處得到的H即為實際的測距距離。實際上，由于本設計采用的HY-SRF05超聲波測距模塊的穩定性及超聲波測距

30、所有的不夠精確的問題，本設計得到的測距距離（車身與車后障礙物之間距離）與實際距離之間是有一定的誤差的。第三章 系統主要硬件電路第一節 系統硬件電路的總體設計方案本系統硬件電路主要有STC89C52RC做主要控制器，通過控制超聲波測距傳感器HY-SRF05及內部計時器計算出超聲波渡越時間，另外添加溫度補償電路（利用溫度傳感器DS18B20測溫并結合軟件實現），并在程序內添加角度補償算法、聲音報警電路和LCD顯示電路以實現基本的倒車雷達的測距和報警提示功能。系統框圖如圖3.1所示。 STC89C52RCLCD1602DS18B20蜂鳴器HY-SRF05發射電路接收電路圖3.1 系統設計框圖第二節

31、STC89C52RC介紹STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。STC89C52RC的大致引腳圖如圖3.2所示。圖3.2 STC89C52RC引腳圖一、主要特性（1）增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統8051；（2）工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機）/3.8V2.0V（3V單片機）；（3）工作頻率范圍：040MHz，相當于普通8051的080MHz，實際工作頻率可達48MHz；（4）用戶應用程序空間為8K

32、字節；（5）片上集成512字節RAM；（6）通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻；（7）ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片；（8）具有EEPROM功能；（9）具有看門狗功能；（10）共3個16位定時器/計數器。即定時器T0、T1、T2；（11）外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發電路，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒；

33、（12）通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現多個UART；（13）工作溫度范圍：-40+85（工業級）/075（商業級）；（14）PDIP封裝。二、工作模式（1）掉電模式：典型功耗0.1A，可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續執行原程序；（2）空閑模式：典型功耗2mA；（3）正常工作模式：典型功耗4Ma7mA；（4）掉電模式可由外部中斷喚醒。第三節 超聲波測距傳感器一、超聲波測距模塊工作原理超聲波測距模塊HY-SRF05可提供2cm450cm的非接觸式的距離感測功能，精度可達到3mm；其模塊的主要組成有：超聲波發射器、接收器和控制電路。其實物圖如圖3.3所示。圖3.3 HY-SRF0

34、5實物圖與上圖3.3所匹配的超聲波測距模塊的引腳的定義如下：第一腳：Vcc電源端，供5V電源；第二腳：Trig控制端，信號輸入，單片機觸發控制；第三腳：Echo接收端，向單片機輸出回響信號；第四腳：OUT開關量輸出端，本設計中無作用，空接；第五腳：GND公共地端。使用時，只需由單片機向Trig口提供一個20us以上脈沖信號，該模塊內部就會發出8個40KHz的周期電平并檢測回波。一旦檢測到回波信號（發射出的超聲波經障礙物反射的信號），則會從Echo口向單片機輸出一個高電平的回響信號，此回響信號信號的脈沖寬度的持續時間即是所需要的渡越時間，利用單片機內部計時器測出此回響信號脈沖持續時間，再通過公式

35、計算即可得到所測的距離。具體的超聲波時序圖3.4所示。圖3.4 超聲波時序圖二、超聲波測距模塊電路由圖3.5可看出，有五個引腳引入后，是經過EM78系列單片機處理信號的，如此處理后，單片機得到的信號會比較穩定；其次，發射探頭，經由ST202的電平轉換模塊，發射電路部分設計有放大器，可實現對EM78提供的控制信號放大并向探頭提供穩定的輸出信號的功能；最后，接收模塊部分，探頭的信號首先送至TL074的低噪聲放大器，實現對微弱接收信號的低噪放大，再經由濾波和線性放大器將信號提供給EM78。圖3.5 HY-SRF05電路原理圖三、超聲波測距模塊主要電氣參數超聲波測距模塊HY-SRF05的主要電氣參數如

36、表3.1所示。表3.1 HY-SRF05模塊電氣參數表電氣參數HY-SRF05工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠射程4.5m最近射程2cm測量角度15輸入觸發信號20us的TLL高電平輸出回響信號輸出TTL高電平，時間與射程成正比第四節 系統各部分電路的設計一、電源電路考慮到單片機及各個模塊對電源的大小及穩定性需求，本設計采用兩節普通7號電池供電（考慮到只使用一節可能會導致電源功率不夠），再經由DC-DC升壓電路實現對整個單片機控制系統的穩定的5V電壓供電。本設計采用可購買的DC-DC升壓模塊，其功能框圖如圖3.6所示，只需輸入0.9V5V的任意直流電壓，即可得到輸出的穩定的

37、5V直流電壓，此模塊同時有升壓和穩壓的作用。電路原理圖如圖3.7所示。圖3.6 DC-DC升壓模塊功能框圖圖3.7 DC-DC升壓模塊電路原理圖二、復位電路該電路連接于單片機RST端，只要單片機RET引腳收到20us以上的高電平信號，保證電容的充放電時間大于2us，即可實現復位，具體電路如圖3.8所示。圖3.8復位電路在單片機啟動0.1s后，電容C1兩端電壓持續充電為5V，這時10K電阻R1兩端電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統可以正常的工作。當按下按鍵時，電容兩端形成了一個回路，電容被短路，開始釋放電量，當電容的電壓由5V釋放到變為1.5V時，10K電阻兩端電壓為3.5V，RST引腳接

38、收到高電平，使得單片機系統自動復位。而這個電容放電的過程大約需要0.1s，所以需保持復位按鍵按下0.2s以上即可。三、時鐘電路單片機的運行需要時鐘的支持，就像計算機的CPU一樣。單片機運行一條指令需要12個時鐘周期，而每個時鐘周期的時間是與外部時鐘電路采用的晶振頻率有關的，可以說外部時鐘電路控制著單片機運行的節奏。通常一個系統也是共用一個晶振的，以便于保持整個系統的各部分的同步。時鐘電路結構如圖3.9所示，時鐘電路是由單片機的XTAL1和XTAL2口接入的，一般外接的是晶振（晶體振蕩器）或陶瓷諧振器，構成內部振蕩方式，本設計即是外接的一個12M的晶振。由于單片機內部與XTAL1和XTAL2口相

39、連的是一個高增益反相放大器，與外接晶振共同構成了振蕩器，并產生時鐘脈沖，其發出的脈沖直接送入內部的時鐘電路。圖3.9 時鐘電路四、按鍵電路在本系統中，于電源部分引入一個自鎖開關，用于模擬汽車的倒擋開關。當開關關閉狀態下，整個倒車雷達系統是沒有電源供應的，處于關閉狀態；當自鎖按鍵按下時（即汽車掛倒擋時），倒車雷達系統有電源供應，系統啟動，各功能部分結合完成倒車雷達的功能。五、聲音報警電路依據倒車雷達的基本標準，本設計會提供聲音報警功能，即當車身與障礙物的距離小于一個設定值時，啟動聲音報警，并根據距離的大小提供不同等級的聲音頻率。本設計采用無源蜂鳴器來實現此功能，根據檢測距離的不同的值而給予不同頻

40、率的方波即可，具體電路如圖3.10所示。可以看到，設計中并不是將蜂鳴器直接與單片機引腳相接，而是通過一個NPN三極管（8050）相連，而這個三極管主要有兩個作用：一是起到電流放大作用，以提供給蜂鳴器足夠的驅動電流；二是起到電子開關的作用，以便于單片機通過改變端口電壓控制其發聲頻率。圖3.10 蜂鳴器報警電路六、溫度補償電路1、電路介紹前文已述，超聲波的傳播速度受環境（主要是天氣）和溫度的影響較大，所以增加溫度補償電路，以減小環境的溫度對聲速的影響，具體電路如圖3.11所示。由于天氣等環境因素的不確定性，以及實現解決其影響的復雜性，則本設計中不做出對其的補償電路。圖3.11 溫度補償電路本設計采

41、用了DS18B20溫度傳感器，檢測環境溫度并將溫度信息傳給單片機，再由單片機做出計算處理即可。2、DS18B20介紹DS18B20 單總線數字溫度傳感器（單總線即只有一根數據線，通常要求外界一個約為4.7K10K的上拉電阻），其以下的優點：（1）僅需要一條借口即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。單總線具有經濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環境的現場溫度測量，使用方便；（2）測量溫度的范圍較寬，為-55+125，在-10+85范圍內，精度為0.5；（3）使用中不需要任何外圍元件；（4）持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在同一根數據線上，實現多點測溫；（5）供電方式靈活，可以通過內

42、部寄生電路從數據線上獲取電源；（6）可配置DS18B20的測量分辨率可通過程序設定為912位；（7）負壓特性，電源極性接反時，不會因發射而燒毀，只是不能正常工作而已；（8）掉電保護功能，DS18B20內部有EEPROM，系統掉電后仍可保存分辨率及報警溫度的設定值。DS18B20的內部結構如圖3.12所示。主要由4部分組成：64 位ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。其中，ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號都是不相同的。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根

43、總線上掛接多個DS18B20的目的。圖3.12 DS18B20內部結構圖七、液晶顯示電路1、電路介紹本設計采用LCD1602作為顯示器，用來向駕駛員直觀的顯示環境溫度和檢測距離，具體連接電路如圖3.13所示。由于Protues軟件的元件庫限制，圖中是采用LM016代替了LCD1602（LM016與LCD1602前14個引腳的名稱和作用都相同，且LCD1602的第15、16引腳僅是提供背光電源）。圖3.13 LCD1602顯示電路2、LCD1602介紹字符型液晶，是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊。有若干個57或511等的點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。LCD

44、1602即是一種顯示內容為16*2的字符型液晶。LCD1602有16個引腳（與上圖做比較），各引腳功能如下：第1腳：VSS 電源地第2腳：VCC 電源（5V）第3腳：VEE 對比電壓調整第4腳：RS 寄存器選擇信號線；RS=0輸入的是指令，RS=1輸入的是數據第5腳：R/W 讀寫控制線；R/W=0寫入，R/W=0讀取第6腳：E Enable使能端；E=1讀取信息，E=10（下降沿）執行指令第714腳：D0D7數據線第15腳：BLA LCD背光電源正極（接5V）第16腳：BLK LCD背光電源負極（接地）LCD1602的特性：（1）+5V供電，對比度可調；（2）內含復位電路；（3）提供各種控制命

45、令，如清屏、字符閃爍、光標閃爍等；（4）有80字節顯示數據存儲器DDRAM；（5）內建有160個57的字符發生器CGROM；（6）有8個可由用戶自定義的57的字符發生器CDRAM。以上即是本系統各個部分的電路，具體的連接方式以及整體電路圖見附錄三。第五節 程序燒寫電路C51單片機的程序的燒寫，是用STC-ISP軟件來進行的。但同時需要給單片機一定的外部電路，而實現程序燒寫的功能。燒寫電路如圖3.14所示。單片機方面，連接一個MAX232下載芯片，分別連接在P3.0(RxD)和P3.1(TxD)引腳上；電腦方面，需要連接一個USB轉串口的下載線，再連接至燒寫電路。通過此電路，只需由STC-ISP

46、軟件將程序設計的工程中生成的hex文件燒錄進單片機即可。圖3.14 程序燒錄電路在本設計的制作過程中，并沒有單獨制作這樣一個用于燒錄程序的電路，而是使用了已有的單片機學習板上自帶的燒錄電路進行了程序的燒錄。程序燒錄成功時，STC-ISP軟件的下載部分如圖3.15所示。圖3.15 燒錄成功時STC-ISP示意圖第四章 系統軟件設計第一節 Keil C51介紹Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大

47、的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（Vision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統。本設計是用Keil Vision4開進行程序編譯的。Keil Vision4發布于2009年2月，引入靈活的窗口管理系統，使開發人員能夠使用多臺監視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環境來開發應用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。第二節 系統程序的結構本系統使用C語言進行程序的編寫，使用Keil Vis

48、ion4進行程序編譯。整個系統程序主要分為這幾個部分：HY-SRF05超聲波測距部分，DS18B20溫度檢測部分，LCD1602液晶顯示部分，蜂鳴器聲音提醒部分，對數據計算、處理的部分。系統程序的流程圖如圖4.1所示。信息檢測部分（測溫、測距），我們采取先測溫再測渡越時間的方法，測溫及渡越時間大約都是間隔0.5秒測量一次，考慮倒車時的車速是很慢的，則其測量周期的選取是可取的。顯示部分，溫度顯示精確至0.1，距離顯示精確至0.1cm（由于超聲波測距本身的不穩定性以及一定的不精確性，再考慮HY-SRF05模塊的性能，顯示距離與實際的距離之間可能有2cm的誤差）。是否是否LCD1602初始化HY-S

49、RF05初始化檢測18B20是否異常溫度檢測渡越時間檢測數據處理LCD顯示距離是否安全蜂鳴器報警報錯顯示開始結束圖4.1 系統程序流程圖第三節 系統主要部分的程序一、DS18B20溫度檢測程序DS18B20的工作流程是：初始化檢測異常ROM操作指令存儲器操作指令數據傳輸，其工作時序包括：初始化時序、寫時序和讀時序。溫度檢測程序流程圖如圖4.2所示。開始初始化字節寫入字節讀讀溫度結束圖4.2 DS18B20溫度檢測程序流程圖二、HY-SRF05超聲波測距程序HY-SRF05超聲波測距模塊，主要是做渡越時間的測量，工作流程是：初始化模塊觸發指令檢測回響信號。初始化，是將程序HY-SRF05模塊引腳

50、信號都置低，并設置計數器模式；模塊觸發指令，是由單片機給予HY-SRF05的Trig引腳10usTTL高電平，觸發其工作；檢測回響信號，單片機檢測HY-SRF05的Echo引腳的TTL電平被拉高的時間，即為渡越時間。在本設計的距離測量函數中，會直接對渡越時間進行處理，通過調用已得到的波速值得到其距離。三、LCD1602顯示程序1、LCD1602程序設計LCD液晶顯示程序分為液晶初始化、讀忙、寫指令和寫數據操作，液晶顯示器是一塊慢器件，所以在執行每條指令之前必須確定模塊忙標志為低電平（不忙），否側此指令無效。 LCD1602的顯示程序流程圖如圖4.3所示。開始忙狀態檢測寫入指令函數寫入數據函數（

51、分塊）顯示函數結束圖4.3 LCD1602顯示流程圖2、本設計涉及的LCD1602指令（1）清屏指令表4.1 執行清屏指令提供的引腳信號引腳RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0編碼0000000001執行清屏指令需對LCD1602的各引腳提供的信號如表4.1所示，該指令可實現以下功能：清除液晶顯示器，即將DDRAM的內容全部填入“空白”的字符碼20H； 光標歸位，即將光標撤回液晶顯示屏的左上方；將地址計數器(AC)的值設為0。（2）輸入模式設置指令表4.2 執行輸入模式設置指令提供的引腳信號引腳RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0編碼00000001

52、I/DS執行輸入模式設置指令需對LCD1602的各引腳提供的信號如表4.2所示，該指令可實現的功能是：設定每次寫入1位數據后光標的移位方向，并且設定每次寫入的一個字符是否移動。表3.2中的參數設置為：“I/D”：0=寫入新數據后光標左移，1=寫入新數據后光標右移；“S”：0=寫入新數據后顯示屏不移動，1=寫入新數據后顯示屏整體右移1個字。（3）顯示開關控制指令表4.3 執行顯示開關控制指令提供的引腳信號引腳RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0編碼0000001DCB執行顯示開關控制指令需對LCD1602的各引腳提供的信號如表4.3所示，該指令可實現的功能是：控制顯示器開/關、光標顯示/關閉以及光標是否閃爍。表3.3中的參數設置為：“D”：0=顯示功能關，1=顯示功能開；“C”：0=無光標，1=有光標；“B”：0=光標不閃爍，1=光標閃爍。（4）功能設定指令表4.4 執行功能設定指令提供的引腳信號引腳RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0編碼00001DLNFXX執行功能設定指令需對LCD1602的各引腳提供