超声波倒车防撞雷达毕业设计.doc

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发的事故也越来越多。这些事故常常给驾驶员带来许多的麻烦，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，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车俩时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。一般由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器等部分组成，现在市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由装置于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，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒 车时做到心中有数，使倒车变得更轻松。倒车雷达的提示方式可分为液晶、语言和声音三种；接收方式有无线传输和有线传输等。本文描述了一个由三个超声波测距模块构成的，提供语音报警功能的超声波倒车雷达系统。该系统采用凌阳16位单片机SPCE061A为核心，分别控制三个超声波模块，每一个超声波测距模块都被设定面向不同方向，以探测不同方向的障碍物。本系统采用单片机控制时间计数和超声波的发射和接收，利用超声波回波的间隔时间，得出实测距离。结果表明该系统具有结构简单、工作可靠、精度高等特点。关键词：倒车雷达；SPCE061A单片机；超声波测距；语音提示；LCD显示AbstractWith the rapid development of China's economy, more and more people have their own cars, at the same time, more and more accidents occur because of paring and reversing.The car reserving aid system which can help drivers parking is invented.The car reserving radar system is also called "parking auxiliary unit ",it is the automobile safe parking auxiliary unit,which can use sound or a more direct demonstration to show the driver the obstacle situation around.Thus relieve the difficulty of looking ahead and back when parking or starting vehicles,and help the drive to eliminate the dead angle of the field of vision and the flaw of sight. It is usually by the ultrasonic sensors (commonly known as probes), controllers and monitors and other components, reversing radar on the market today are mostly using ultrasonic ranging principle, the driver in reverse, start reversing radar, under the control of the controller, the device in the rear bumper send ultrasonic probe encountered obstacles, resulting echo signals, the sensor receives the echo signal by the controller for data processing, determine the location of obstructions, the distance from the display and send warning signals , a timely warning, so be aware of the driver when reversing to make reversing easier. The tips for reversing radar can be divided into LCD, language and sound three; receive mode wireless transmission and wired transmission. This paper describes a three ultrasonic ranging modules, providing the voice alarm system, ultrasonic parking sensor. The system uses SPCE061A Sunplus 16-bit microcontroller core, respectively, the three ultrasonic control modules, each ultrasonic distance measuring module have been set for the different directions in order to detect obstacles in different directions. The system uses a microcontroller to control the time count and the transmitting and receiving ultrasound, the use of ultrasonic echo interval, obtained the measured distance. The results show that the system is simple, reliable, high accuracy.Keywords: Parking sensor; SPCE061A SCM; ultrasonic ranging; voice prompts; LCD display目 录第一章 绪 论1 1.1 课题背景1 1.1.1 倒车雷达的发展历史1 1.1.2 倒车雷达的发展方向与展望2 1.2 课题任务及要求2 1.3 课题的主要内容及目的3第二章 系统主要器件简介32.1 SPCE061A芯片特性32.1.1 SPCE061A简介32.1.2 芯片特性42.2 SPCE061A精简开发板52.3 超声波测距模组52.4 转接板82.5 液晶显示模块LCM1062A9第三章 超声波倒车雷达系统的总体方案设计123.1 超声波测距PWM信号方案论证123.1.1 超声波测距PWM信号硬件实施方案123.1.2 超声波测距PWM信号软件实施方案133.1.3 超声波测距PWM信号实施方案比较133.2 超声波倒车雷达系统硬件方案论证133.3 超声波倒车雷达系统软件方案论证15第四章 超声波倒车雷达系统的硬件设计164.1 SPCE061A精简开发板电路原理164.1.1 SPCE061A最小系统164.1.2 电源模块174.1.3 放音模块174.2 超声波测距模块电路的设计184.2.1 超声波谐振频率调理电路的设计184.2.2 超声波回波信号处理电路的设计194.2.3 超声波测距模组电源接口选择204.2.4 超声波测距模式选择电路的设计204.3 转接板电路的设计204.4 显示电路的设计214.4.1 二极管闪烁报警电路的设计214.4.2 LCD显示报警电路的设计224.5 各模块接口分配22第五章 超声波倒车雷达系统的软件设计225.1 超声波测距原理225.2 'nSP IDE的项目文件管理的组织结构235.3 软件构架245.4 各模块程序的设计255.4.1 主程序的设计255.4.2 超声波测距程序的设计255.4.3 语音播放程序的设计285.4.4 二极管闪烁程序的设计285.4.5 LCD初始化及驱动程序的设计29第六章 超声波倒车雷达系统的整体调试306.1 故障调试及解决方式30结 论33社会经济效益分析34致 谢35参考文献36外文翻译37附录 程序清单44附录 元器件清单58第一章 绪 论超声波雷达又称泊车辅助系统，是一种利用超声波原理,由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波撞击障碍物后,反射此声波探头,从而计算出车体与障碍物之间的距离。一般由超声波传感器、控制器、显示器等部分组成。它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，解除了驾驶员泊车、倒车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷。现在市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由装置于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，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时的警示。给汽车安装超声波雷达大大提高了行车的安全性。从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松。1.1 课题背景随着生活质量的提高，工作的需要，科技的发展，人们将越来越多的在生活中和工作中将汽车作为其日常的生活工具。当汽车进入百姓家庭，倒车雷达自然而然的走进了人们的视野中，保障行车安全的各个细节，越来越受到车主的重视；虽然每辆车都有后视镜，但不可避免地都存在一个后视盲区。同样随着经济技术的不断进步，倒车雷达无论是在外型还是在功能上都发生了巨大的变化。从记忆中的“倒车请注意”到现在可以在一块LCD屏幕上显示障碍物的各种信息，每一次的变革都让人耳目一新。1.1.1 倒车雷达的发展历史在几年的时间里，随着技术发展和用户需求的变化，倒车雷达经过了大致六代的技术改良和发展。不管从结构外观上，还是从性能价格上，这六代产品都各有特点，使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这三种。第一代倒车喇叭提醒“倒车请注意”想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有小部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。价格便宜，基本属于淘汰产品。第二代蜂鸣器提示这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8米1.5米处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。这种倒车雷达没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第三代数码波段显示比第二代先进很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有0.8米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有0.30.8米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到0.30.1米的距离。在安全区，你可正常倒泊，在警告区，你要减速倒泊，在危险区，你则要停止倒泊。第三代产品把数码和波段组合在一起，但比较实用，但安装在车内不太美观。第四代液晶荧屏动态显示这一代产品有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。LCD动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。第五代魔幻镜倒车雷达结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。第六代：整合影音系统它在第五代产品的基础上新增了很多功能，属于第六代产品，是专门为高档轿车生产的。从外观上来看，这套系统比第五代产品更为精致典雅；从功能上来看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。1.1.2 倒车雷达的发展方向与展望经过多年的研究与生产实践，倒车雷达逐渐摆脱了以往功能单一，报警不准确的问题。目前倒车雷达主要有两个方向发展。一、与其他车内娱乐设备的集成；二、提高报警的准确性。越来越多的倒车雷达已经不再仅限于提供倒车报警的单一功能，集成多种报警娱乐等功能的倒车雷达已经成为一种现实。军用技术的民用化，使的倒车雷达预警范围，报警精度都有极大的提高。仿生学、声学、电磁学等科学技术的进步，都将会倒车雷达推向一个新的阶段。随着卫星定位技术的成熟，以车载卫星定位系统(GPS)作为倒车雷达，也离实用化越来越近。1.2 课题任务及要求本次设计的超声波倒车雷达系统是以SPCE061A单片机为控制器，搭配3个超声波测距模块及LCD、二极管、语音3部分组成的报警模块所构成。其测量结果应符合以下标准：（1）语音提示可指明哪一个方向(或区域)在范围内(0.35m1.5m)有障碍物在探测范围内。（2）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，当在探测范围内有障碍物时，发光二极管以一定频率闪烁，闪烁的频率以距离定，距离越近频率越。（3）利用LCD显示距离等信息。1.3 课题的主要内容及目的本文对超声波倒车雷达系统的设计进行了详细的介绍，共分六章。第一章简要介绍了整个课题的研究背景、目的、意义及整个任务的要求安排；第二章对整个系统的主要器件进行介绍；第三章是针对此次课题的任务进行方案论证，尤其重要的对SPCE061A单片机其16位的处理能力及内嵌的语音对本设计的影响进行详细的阐述；第四章具体介绍了超声波倒车雷达系统的硬件设计，包括超声波测距模块电路，转接板电路，显示电路的设计；第五章阐述了超声波倒车雷达的软件设计，包括超声波测距子程序，数据处理子程序，显示子程序，语音子程序的设计。第六章是针对硬件调试、软件调试和整机连调的结果进行了具体的分析和说明。目的是研究一个超声波倒车雷达，要求在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由传感器发送超声波，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，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，来提示司机车后有障碍物，得以使泊车和倒车更加方便个安全。本设计的核心是测距。测距的方法有很多种，我采用的是脉冲测量法，其实质就是测量发射超声波的时刻与接收到反射回波信号的时刻之间的时差，利用超声波在空气中传播速度已知的条件，计算出被测目标与传感器之间的距离。第二章 系统主要器件简介本系统采用SPCE061A单片机作为主控制器，传感器模块采用凌阳大学计划的“超声波测距模组”。另外，为了使这三个传感器模块能够组合在一起，并且可靠的工作，还需要一个转接板，可以利用CD4052模拟开关器件制作；显示方面，采用LCM1602液晶显示模块，还需要外接三个发光二极管用了报警显示。下面分别介绍这些模块的特性。2.1 SPCE061A芯片特性2.1.1 SPCE061A简介SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，具有易学易用、效率较高的一套指令系统和集成开发环境。在此环境中，支持标准C语言，可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用，并且，提供了语音录放和语音识别的库函数，只要了解库函数的使用，就会很容易完成语音录放，这些都为软件开发提供了方便的条件： SPCE061A片内还集成了一个ICE（在线仿真电路）接口，使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件资源，结合凌阳科技提供的集成开发环境（unSP IDE），用户可以利用它对芯片进行真实的仿真；而程序的下载（烧写）也是通过该接口实现。下图为SPCE061A单片机的内部结构框图：图2-1 SPCE061A内部结构图2.1.2 芯片特性 16位nSP微处理器； 工作电压：内核工作电压VDD为3.03.6V(CPU)，IO口工作电压VDDH为VDD5.5V(I/O)； CPU时钟：0.32MHz49.152MHz； 内置2K字SRAM； 内置32K闪存ROM； 可编程音频处理； 晶体振荡器； 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于2A3.6V； 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； 2个10位DAC(数-模转换)输出通道； 32位通用可编程输入/输出端口； 14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒； 具备触键唤醒的功能； 使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据； 锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号； 32768Hz实时时钟； 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器； 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能； 具备串行设备接口； 低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能； 内置在线仿真(ICE，In- Circuit Emulator)接口。2.2 SPCE061A精简开发板SPCE061A精简开发板（简称61板），是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发仿真实验板，大小相当于一张扑克牌，是“凌阳科技大学计划”专为大学生、电子爱好者等进行电子实习、课程设计、毕业设计、电子制作及电子竞赛所设计的，也可作为单片机项目初期研发使用。61板除了具备单片机最小系统电路外，还包括有电源电路、音频电路（含MIC输入部分和DAC音频输出部分）、复位电路等，采用电池供电，方便学生随身携带！使学生在掌握软件的同时，熟悉单片机硬件的设计制作，锻炼学生的动手能力，也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的机会！ 61板上有调试器接口（Probe接口）以及下载线（EZ_Probe）接口，分别可接凌阳科技的在线调试器、简易下载线，配合unSP IDE，可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。61板上的主要功能模块如下： SPCE061A单片机最小系统外围电路模块； 电源输入模块； 音频电路（包含MIC输入、DAC音频功放输出）模块； 按键模块； I/O端口接口模块； 调试、下载接口模块；2.3 超声波测距模组超声波测距模组是为方便学生进行单片机接口方面的学习专门设计的模块，超声波测距模组可以方便地和61板连接，可应用在小距离测距、机器人检测、障碍物检测等方面，可用于验证方车辆倒车雷达以及家居安防系统等应用方案验证。下图为超声波测距模组的结构框图： 图2-2 超声波测距模组结构图主要功能三种测距模式选择跳线J1（短距、中距、可调距）： 短距：10cm80cm左右（根据被测物表面材料决定）； 中距：80cm400cm左右（根据被测物表面材料决定）；可调：范围由可调节参数确定；使用方法一般应用时，只需要用10PIN排线把J8与SPCE061A的IOB低八位接口接起来，同时设置好J7、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。提供给模组的电源必须在4.5V以上，而且尽量保持电源电压的稳定。模组工作的性能与被测物表面材料有很大关系，如毛料、布料对超声波的反射率很小，会严重影响测量结果。电源输入模组提供了两种电源输入方式，一为用61板通过10PIN排线为模组供电（61板上J5选择5V要求最好不要低于4.5V），此时要把J9跳到5V的一端；另一为直接为模组供电，通过模组上的电源输入口J7引入，此时需要把J9跳线跳到IN的一端。外接电源仅是为了给模组提高超声波发射功率、提高后级运放性能用，最高不要超过12V。 模组外接电源接口（J7）以及供电方式选择跳线（J9）如图2-3所示：图2-3 模组外接电源接口及供电方式选择跳线测距模式选择超声波测距时，存在余波干扰问题，所以针对不同测距范围会有不同的处理方法。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。而针对前两种测量模式，提供了不同参数的范例程序，跳线选择不同的模式时，要选用相对应的程序进行测量；跳线选择LOW时为近距测量模式，选择HIG时为中距测量例程，选择SET时为距离可调模式；凌阳科技大学计划网站上提供了短距测量模式和中距测量模式的完整源程序。如果用户对超声波测量原理有较深的了解，可以选用距离可调（SET）模式。模组测距模式（测量距离范围）选择跳线J1如图2-4所示：图2-4 模组测距模式选择跳线使用方式使用时，用户需把前面的电源输入跳线J7、模式选择跳线J1设置好后，还要把跳线J2短接起来，然后利用排线把J8与SPCE061A的IOB口低八位端口相接，即可使用了。使用时J2跳线和J8跳线的连接方法如下图2-5所示：图2-5 J2跳线和J8接口的位置示意图2.4 转接板因为使用多组超声波模组，本方案需要使用一块CD4052模拟开关制作的转接板。本方案设计，会涉及到多路传感器选通控制，所以为了可靠地实现硬件的连接，需要制作一个利用模拟开关设计的转接板。超声波测距模组在使用时，只需要两个端口就可完成测距，一个控制超声波的发射，一个是检测超声波信号的接收信号；而在超声波测距模组中，这两个信号都为数字信号，对模拟开关的要求并不严格，所以选用CD4052作为模拟开关器件。CD4052相当于一个双刀四掷开关，开关接通哪一通道，由输入的2位地址码A0、A1来决定。其真值表见下表。“/E”是禁止端，当“/E”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=5V，VSS=0V，当VEE=5V时，只要对此模拟开关施加05V的数字控制信号，就可控制幅度范围为5V5V的模拟信号。图2-6为CD4052内部结构图，图2-7为CD4052的引脚图。图2-6 CD4052内部结构图图2-7 为CD4052的引脚图2.5 液晶显示模块LCM1062A工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。由于使用的LCM1602A液晶模块已经模块化，外围电路较为简单，不再给出。1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线 VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样。LCM1602A各引脚定义见表2-1所示：表2-1 LCM1602A引脚定义表引脚号引脚名电平输入/输出功能说明1Vss电源地2Vcc电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。4RS0/1输入寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。5R/W0/1输入读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。6E1,1-0输入E(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7DB00/1输入/输出低4位三态、双向数据总线0位（最低位）8DB10/1输入/输出低4位三态、双向数据总线 1位9DB20/1输入/输出低4位三态、双向数据总线 2位10DB30/1输入/输出低4位三态、双向数据总线 3位11DB40/1输入/输出高4位三态、双向数据总线 4位12DB50/1输入/输出高4位三态、双向数据总线 5位13DB60/1输入/输出高4位三态、 双向数据总线 6位14DB70/1输入/输出高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA+Vcc背光电源正极16BLK接地背光电源负极表2-2寄存器选择控制表RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据注：关于E=H脉冲开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0。busy flag（DB7）：在此位为被清除为0时，LCD将无法再处理其他的指令要求。 字符集1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A。 以下是1602的16进制ASCII码表，读的时候，先读左边那行，再读上面那列，如：感叹号！的ASCII为0x21，字母B的ASCII为0x42（前面加0x表示十六进制）。表2-3 1602的16进制ASCII码表1602的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2-4所示：表2-4 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。第三章 超声波倒车雷达系统的总体方案设计超声波倒车雷达系统的整个设计中最重要的部分是超声波测距质量的处理，虽然超声波测距很早就开始研究应用，但如何实现测量的快速性和准确性至今仍是生产和科研的课题。随着微电子技术的发展及普及，更多高性能的单片机应用使得超声波测距的快速性和准确性都有了极大的提高。超声波测距的关键在于发射信号的脉冲时长，接收信号的数据处理，及消除其本身的余波干扰。本设计使用凌阳16位单片机SPCE061A(后文简称为SPCE061A)为超声波测距的控制器，其较高的数据处理能力和丰富的指令系统，从硬件和软件两部分来改善系统性能，使研制成的超声波倒车雷达系统具有很好的快速性和准确性，且具有较高的抗干扰能力，很符合要求。3.1 超声波测距PWM信号方案论证3.1.1 超声波测距PWM信号硬件实施方案为了符合探测障碍物所需要的测量精度的设计要求，超声波发射探头需要一个稳定的PWM信号，驱动发射脉冲信号。此PWM信号可由集成芯片NE555搭配合适的外围电路构成。其电路如下图3-1所示：此硬件实施方案具有如下特点： (1) NE555外围电路容易搭建，驱动电压与SPCE061A一致，无需另接电源；(2) 硬件电路输出稳定，不易受干扰。图3-1 NE555构成的PWM信号提供电路上图显示的是由NE555构成的40KHz PWM驱动信号电路，该电路最大特点是与SPCE061A具有较好的兼容性及较高抗干扰性，且软件编写较为便利，符 合整个设计对测量精度的要求。3.1.2 超声波测距PWM信号软件实施方案除了直接用硬件来提供超声波测距所需要的PWM信号以外，也可以用SPCE061A提供的PWM脉宽调制输出功能，用软件进行处理。用软件进行处理的优势在于，发射超声波所需要的PWM信号和其反射信号的计算都是由同一个单片机完成，可以利用程序编写的灵活性，极大的削弱发射与接收之间的余波干扰，使测距更加精确。它与.硬件实现电路相比有以下几个优点：（1）PWM信号是用程序实现的，减少了整个设计的成本；（2）SPCE061A具有16位的处理能力，其输出的PWM信号无论是在频率的精度，或是持续输出的稳定性上，都具有极佳的表现；由SPCE061A同时控制PWM信号输出和反射信号的计算，具有更好的灵活性，容易实现高精度的测量。3.1.3 超声波测距PWM信号实施方案比较综合比较软件和硬件方案的优劣，选择软件提供超声波测距所需要的PWM信号，主要原因有如下几点：（1）超声波测距的精度与给予的PWM信号质量有很大的关联，使用软件提供PWM信号除了能提供更高品质的信号外，又没有增加设计的成本，很适合毕业设计的要求。（2）使用软件提供PWM信号虽然会增加代码编写的工作量，但从整个系统的角度来看，超声波信号的发射与接收都使用软件实现，会更易于综合调试，整个测距过程也更易于控制。3.2 超声波倒车雷达系统硬件方案论证倒车雷达实现的功能就是探测可能存在的障碍物，通过数据处理将障碍物的位置信息显示出来。要实现这一功能，就必须把障碍物相对测量系统的位置量转换成单片机所能识别的电量。当超声波测距模块探测到障碍物的存在时，会接收到若干脉冲数目的反射信号，信号脉冲个数即反映了障碍物与测试系统的位置关系。返回的信号经过SPCE061A进行相应的数据运算，便可将障碍物的位置信息通过语音、二极管、LCD的方式显示出来，其硬件总体方案设计框图如图2-2所示：SPCE061A转接板传感器传感器传感器LCD显示语音报警LED报警图2-2 超声波倒车雷达系统的结构框图1. 超声波测距模块传感器就是超声波测距模块，它是整个倒车雷达系统的核心。本设计方案拟使用3个相同的超声波测距模块依次排布，组成一个传感器阵，来检测车后的障碍物位于车的左后，右后还是正后边。图2-3 超声波测距原理超声波距离的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。单片机SPCE061A的定时器B产生40KHz的的信号为超声波测距模组的提供超声波信号，当信号发出遇到障碍物后，信号将按原路返回，这时在车尾的传感器将检测出返回来的超声波信号。用发射超声波的时刻与接收到反射回波信号的时刻之间的时差与超声波在空气中的传播速度相乘就可得出障碍物跟车尾的距离。2. 转接板由于使用3个超声波测距模块，而SPCE061A的I/O口数目不满足3个测距模块同时直接相接，故使用集成芯片CD4052实现软件对不同传感器的选通与屏蔽。这样只需要两个端口就可完成测距，一个控制超声波的发射，一个是检测超声波信号的接收信号。3. SPCE061A凌阳16位单片机SPCE061A是本倒车雷达系统的控制器，也是数据处理的中心。它直接控制超声波测距模块进行测距、处理模块返回值并控制实现对外的报警功能4. 语音报警SPCE061A作为16位单片机，其具有较强的运算能力，可以通过其内置的DAC及自动增益控制(AGC)功能，实现对外的语音报警。该部分电路已集成于SPCE061A精简开发板上。它所具备的单芯片语音功能采用语音提示的方式来指明在探测范围内哪一个方向有障碍物. 只要距离在0.351.5m之内，就会有语音提示。超声波测距模组分别在左后方，右后方和正后方，当超声波测距模组的探头探测出有障碍物时，就会有以下语音提示：表2-1 语音报警表情况一情况二情况三情况