超声波实现无接触测距的倒车雷达系统的设计与实现.doc

超声波实现无接触测距的倒车雷达系统设计摘 要随着整个国家生活水平的提高，购车族也日益增多，汽车早已成为人们生活的必需品，然而汽车给人们带来方便快捷的同时，也出现了许许多多的交通事故，其中因倒车引起的剐蹭事件则数不胜数，给人们带来了许多不必要的经济损失，尽管每辆车都有后视镜，但是我们要知道后视盲区却不可避免，针对这一问题，设计出一个响应快、灵敏度高的倒车雷达势在必行。本文利用超声波实现无接触测距，设计出一种倒车雷达系统，本文主要是利用超声波穿透性强，衰减小，反射能力强等特点，将超声波的测距原理与STC89C52RC单片机结合起来，利用超声波的发射与接收电路实现无接触测距。由于环境温度对超声波波速有影响，使用DS18B20构成的温度测量电路，通过温度补偿法对速度进行校正，直接读取温度值，从而得出超声波在某一温度下的波速，测得并显示距离，再根据显示的距离控制蜂鸣器的发声频率。论文在介绍超声波测距的原理及发展的基础上，设计STC89C52RC单片机的接口控制电路，对温度信号、超声波发射与接收信号进行采集与控制，实现温度补偿与距离报警，通过比较多种发射及接收电路方案，对系统的误差进行分析，得出了最合理的控制方案，对系统的各个单元的原理及组成各系统电路的芯片原理进行介绍，论文也介绍了系统的软件结构，使系统更便携、可靠和经济。关键字：超声波测距；倒车雷达；STC89C52RC；温度补偿Design to non-contact ultrasonic ranging reversing radar systemAbstractWith the improvement of living standards across the country, car buyers are increasing, car has become a necessity of life, cars bring the people convenient, but also appeared in many traffic accidents, which caused by reversing rub cut events are numerous, gave rise to a lot of unnecessary economic losses, even though vehicle has rear-view mirror, but we need to know blind Spot was inevitable, to solve this problem, design a fast response, high sensitivity reversing radar imperative.In this paper, the use of ultrasound to achieve non-contact distance measurement, design a reversing radar system, this paper is the use of ultrasound penetrating strong, low attenuation, high reflectance characteristics, the principle of ultrasonic distance measurement with STC89C52RC microcontroller combines the use of ultrasound the transmitter and receiver circuits to achieve non-contact distance measurement. Ultrasonic velocity of the ambient temperature influence on the use DS18B20 temperature measurement circuit constituted by the temperature compensation method of the speed correction value is directly read the temperature, and thus the velocity of the ultrasonic wave at a certain temperature, and display the measured distance, then control the buzzer sound frequencies depending on the distance display.On the basis of the principles and development of ultrasonic ranging presentation on the design STC89C52RC microcontroller interface control circuit of the temperature signal, the ultrasonic transmitter and receiver signal acquisition and control, temperature compensation and distance alarm, by comparing multiple transmit and receive circuit scheme, the error system were analyzed and the most reasonable control scheme, the principles of the system and each unit consisting of the system circuit chip principles are introduced, the paper also describes the software architecture of the system, making the system more portable, reliable and economical.Key words: Ultrasonic Ranging; reversing radar; STC89C52RC; temperature compensation目录第1章 绪论11.1 课题设计的实用价值和理论意义11.1.1 设计的实用价值11.1.2 设计的理论意义11.2 课题设计的国内外应用现状21.2.1 设计的国内应用现状21.2.2 设计的国外应用现状21.3 论文的设计内容及章节安排31.3.1 论文的研究内容31.3.2 论文的章节安排3第2章 超声波测距简介42.1 超声波简介42.1.1 超声波及应用42.1.2 超声波的基本性质42.2 超声波传感器42.2.1 超声波传感器的分类及原理42.2.2 超声波传感器的结构52.3 超声波测距原理及设计思路62.3.1 超声波测距原理62.3.2 系统设计思路7第3章 系统元件介绍93.1 单片机STC89C52RC93.2 超声波测距模块113.2.1 产品特点113.2.2 实物图113.2.3 电气参数113.2.4 超声波时序图123.3 温度传感器DS18B20123.4 LCD1602液晶显示器133.4.1 液晶显示器的优点133.4.2 液晶显示器的优点133.4.3 LCD1602基本参数及引脚功能13第4章 系统硬件设计164.1超声波测距系统结构174.2 超声波发射电路174.3 超声波接收电路184.4 电源电路194.5 测温电路194.6 显示电路194.7 报警电路204.8 复位电路214.9 串行口通信电平转换模块21第5章 软件设计225.1 主程序设计225.2 子程序设计235.2.1 距离计算子程序235.2.2 显示子程序245.2.3 超声波测距模块启动函数255.2.4 报警子程序265.2.5 获得温度子程序26第6章 测量结果与误差分析286.1 测量结果286.2 误差分析286.3 提高测量精度方法29结论30参考文献31致谢33附录34附录1 超声波测距原理图34附录2 实物图34附录3 程序34在校学习期间获奖评价45第1章 绪论1.1 课题设计的实用价值和理论意义1.1.1 设计的实用价值纵观任何一个现代城市的鸟瞰图，交通、建筑、环境是一个城市的灵魂，它们代表了一个城市的发展，城市的交通，不仅是满足一个城市里人员和货物流动需要的产物，更是支持城市发展潜力的基础、促进城市现代化发展的关键1。俗话说不以规矩，不能成方圆，分析整个社会的发展状况，可以看出，一个现代化的城市需要有自己的交通格局，来满足现代化生活的需要、适应城市快速发展成的现代交通运输体系2。随着整个社会生活水平的提高，购车的家庭数量也日益增多，汽车已经发展成为人们出行的必需品，然而她在给人们带来出行方便快捷的同时，也不可避免的发生了许许多多的交通事故，其中因倒车引起的刮蹭事件更是不计其数，为了避免这种倒车事故，可以利用倒车雷达帮助车主扫除视线盲区，通过更为直观的声音、图像或者其他数据等形式，及时的为车主提供有效可靠的信息，使车主360°全方位无盲点的掌握四周的交通路况情况，进而避免不必要的交通事故，提高了驾驶的安全性，促进城市更稳定的发展3。1.1.2 设计的理论意义倒车雷达系统又叫“倒车防撞雷达系统”，可以为驾驶员提供倒车路况信息，保障车辆安全。这一系统有效的解决了因倒车发生的剐蹭别的车辆事故，本论文是利用超声波这一应用广泛测量“工具”，实现一个无接触测距的倒车雷达系统，通过LCD显示屏把离障碍物准确的距离显示出来，并有报警系统，使整个系统更加人性化，本设计的实际意义在于：（1）倒车雷达自动化的发展改变了以前以“防撞”为目的，发展成为利用科技控制行驶方向；（2）避免了驾驶员因驾驶失误，或者方向性不强而发生的事故，让驾驶员可以完全专注于在前方行车领域，没有必要担心周围的汽车行驶条件，提高了停车、倒车的可靠性和安全性4；（3）准确及时、安全可靠地防碰撞警告，使驾驶者不因气候、地域等外界环境的改变而出现不必要的损失，从而减轻了车主的脑力及体力劳动；（4）该系统经济性能好、价格便宜、容易普及，推动了汽车电子行业的发展，为将来汽车行业的智能行驶的研究产生了深远积极的意义。1.2 课题设计的国内外应用现状1.2.1 设计的国内应用现状近年来，我国进入了汽车行业的高速发展时期，伴随着汽车电子行业的迅猛发展，倒车雷达报警系统也得到迅速的发展，是汽车电子产物中的佼佼者，深受车主们的青睐，倒车雷达报警系统已发展成了一个较大的行业，并且在不同系统之间存在着激烈的竞争5。在国内，倒车雷达系统总共经历了六次的技术革新，第一代倒车雷达是在倒车过程中按喇叭进行提醒。然而现在只有在小部分的大型车上还在使用，当驾驶员挂上倒档，汽车的倒车喇叭就会响，现在想想这并不是真正意义上的倒车雷达，它只是起到让周围人能注意到驾驶员的倒车意图，而对驾驶员了解周围的障碍物没起到一点的作用。第二代系统是使用蜂鸣器来提醒驾驶员，当汽车周围存在障碍物时，蜂鸣器就会发出警报，距离越小，警报声音就会越急促，但是即使驾驶员知道了周围有障碍物，却不知道距离障碍物实际有多远。第三代的倒车雷达系统利用数码管显示车与障碍物的大概距离但是并不精确，安装也不美观。第四代是液晶屏动态显示障碍物与车体的距离，只要发动车体，液晶屏上就立即显示出车子四周路况景象，和四周障碍物的位置，这一代的倒车雷达安装方便不过很容易受到气候天气的干扰，所以很不稳定6。第五代的采用仿生超声的雷达技术，可以时刻的检测到周围障碍物的距离，它是由高速的电脑控制，以不同频率的声音来提醒驾驶员，人们称这一代倒车雷达系统为魔幻镜倒车雷达，它将倒车雷达、免提电话等多项人性化的功能结合到一起，功能多种多样，但是价格也比较贵。第六代专为高档的轿车所生产，在第五代的基础上在显示器上还可以看电影，在保证车子安全的同时又可以休闲娱乐。目前国内市场中上倒车雷达品牌不胜枚举，价格也参差不齐，有的车主还根据自己的需求设计专门的倒车雷达。近几年，国内倒车雷达系统迅速发展，并且越来越向国际靠拢7。1.2.2 设计的国外应用现状国外对汽车倒车雷达系统的研究也如火如荼，最早的采用红外线原理，与超声波不同的是，红外线极易受到干扰，特别是深色的粗糙的物体，遇到障碍物时，整个系统的报警常常会乱鸣，此外，红外线的接收器与发射器，只要任何一个受到干扰，整个系统就会崩溃8。近期欧美发明了一款新的利用电磁感应的倒车雷达系统，原理是在一线路上放置一个感应圈来感应车后物体，不过缺点是只能感应到动态物品，只有车体前进或者后退时，才能检测到四周的障碍物，一旦车体静止，就检测不到任何周围的障碍物9。与此同时，日本、美国和欧洲经济实力比较强的国家也投入了巨大的人力、物力来研究更为先进的安全、稳定的倒车雷达系统，根据资料显示，戴姆勒克莱斯勒公司目前研制出了一款电子刹车系统，它的特点是在汽车的前方设置雷达感应器，感应车前物体的变化，并将这一信息传输至控制器上形成虚拟景象，最后利用系统程序来判断汽车是否需要紧急刹车，但是这个系统花费特别大，昂贵的价格极有可能阻碍了它在普通汽车上的普及性。在底特律国际车展上，通用公司展示了它们新研制出来的后视镜系统，该系统由一个内后视镜和两个外后视镜组成，来全方位的检测车体四周的路况条件，并在液晶屏上显示，倒车时出现的障碍物会及时有效的传达给驾驶者10。1.3 论文的设计内容及章节安排1.3.1 论文的研究内容本设计利用超声波反射原理实现无接触测距，基于STC89C52RC单片机，目的旨在提高汽车在倒车、停车时的安全性。本文首先介绍了超声波测距的基本原理、研究了超声波的声速与传播距离、环境温度等的关系，然后梳理整个倒车雷达系统的原理结构，最后实现系统的软硬件设计。本设计以STC89C52RC单片机作为整个倒车雷达测距系统的控制系统，它控制整个测距系统的输入、输出信号以及把接收到的温度信号、超声波发射与接收信号进行采集与信息处理，最终实现测距与报警功能，另外，系统主要的电路由电源电路、超声波发射及接收电路、LCD液晶显示屏显示电路、蜂鸣器报警电路构成。1.3.2 论文的章节安排本文章节安排如下:第1章为绪论，首先介绍了课题研究的背景、目的和意义，分析了国内外研究现状，最后总结了本文研究内容及章节安排。第2章简单介绍了超声波测距相关概念、工作原理及系统设计思路。第3章是超声波测距系统的主要元件介绍。第4章介绍了本设计的硬件部分。第5章介绍了本设计的软件部分。第6章是测量结果及误差分析。最后是论文结论、参考文献、致谢和附录。第2章 超声波测距简介2.1 超声波简介2.1.1 超声波及应用众所周知，物体振动会发出声音，物理学上把单位时间内完成振动的次数称为频率，然而不是所有的声音频率我们都能够听到，频率低于20Hz的“次声波”及高于20000Hz的“超声波”就是人耳听不到的范围，在正常的生活中，我们人类所能分辨的频率范围是20Hz至20000Hz。最近几年，人们往往利用超声波的强穿透能力、弱衰减性、强反射能力等特点，使其在交通、工业、农业等众多的领域内都发挥出及其重要的作用。与自然光、红外光等在测量方面的作用相比较，超声波介质的穿透能力相当大，不管是液体还是固体中，超声波可以达到十几甚至几十米的穿透深度，无论是气体、液体还是固体对超声波都没有太大限制，所以超声波测量不仅安全、可靠、稳定，还可以节约成本，给人们带来更大的方便11。2.1.2 超声波的基本性质（1）方向性强，方向性强主要体现在超声波在传播到过程中若遇到障碍物就很容易反射回去，这种特性在超声波倒车测距系统中起到了决定性的作用。（2）波长短，超声波频率超过20000Hz，因此其波长很短，由于波长越短方向性越强，这就有利于超声波的发射与接收，也可以作为窄脉冲的信号发生器；（3）传播的能量大，振动频率越大，其能量就越大，超声波频率超出人耳分辨的频率，因此所携带的能量也相对更大。2.2 超声波传感器2.2.1 超声波传感器的分类及原理超声波传感器是利用计时超声波在空气中传播的时间，进而可以计算距离特性而设计的一种装置，又称为探头或换能器。探头的功能就是发射与接收超声波，超声波在介质中传播中遇到障碍物后利用它的强方向性立即返回，返回的超声波被传感器接收，然后将其转换成电信号12。一般地，超声波发射与接收的常用频率为40Hz，如果频率高于40Hz，那么声波在传播的过程中衰减就比较大，如果频率低于40Hz那么受外界杂音的干扰就会比较多。根据使用功能分类，超声波传感器可以分为：专用型与兼用型。我们市面上的专用型就是指超声波传感器只有一个发射或者接受功能，两者不能同时兼备，而兼用型就很容易理解了，它可以只有发射或者接收功能，重要的是可以发射与接受同时兼有。超声波传感器的优点是结构简单、数据处理方便、价格便宜、实现简单，因此广泛应用于电子测距行业13。超声波传感器分为电磁式、压电式、磁致伸缩式，这是根据它的工作原理分类的，其中压电式的应用最广。压电式传感器硬件构成由压电晶体、压电陶瓷组成，由这两种材料组成的传感器一般称之为压电式超声波传感器，它的示意图如图2-1所示。图2-1 压电式传感器结构图压电式传感器的优点是用料较少、价格适中，由于它是利用两个压电陶瓷芯片做成的所以十分适用于气体、液体介质中。正压电效应（压电材料受力后产生电荷）与逆压电效应（压电材料受到电场时，会变形产生机械效应），它们是压电式传感器的原理，当压电陶瓷芯片受到一定频率的电压脉冲时，机械振动就会产生相同的频率，超声波就是由这种振动生成的，相反，如果将超声波施加在压电陶瓷芯片上，由于逆压电效应，芯片就会产生机械形变，因而芯片产生与施加在其上频率相同的电信号。由图2-1所示，超声波的振动就是由压电陶瓷芯片上、下片之间的作用产生的，在压电陶瓷芯片的A、B两端通上交流电压，电场就此产生，若A端的压电陶瓷芯片产生的电场与极化方向相同，与之相反，B端的压电陶瓷芯片两者的方向就会相反，压电陶瓷芯片的谐振频率为，在超声波产生并发射过程中,振幅最大的条件是施加在压电陶瓷芯片的电压频率与它的谐振频率相等；当接收反射回来的超声波时,产生信号最大的条件是施加在在压电陶瓷芯片上面的超声波的频率与它的谐振频率相等，因此，超声波传感器的测量灵敏度才会很高如果不改变压电陶瓷芯片的材料，传感器大小形状及尺寸变化，就可以很容易实现其谐振频率的改变14。2.2.2 超声波传感器的结构超声波传感器主要由金属壳、导电螺杆、压电晶片、接线片等构成，结构示意图如图2-2所示。压电陶瓷芯片的形状大多数都是圆形芯片，产生的超声波的频率与压电芯片的厚度成反比关系。另外，压电芯片导电是靠贴在两边的镀银层实现。图2-2 超声波传感器结构图 2.3 超声波测距原理及设计思路2.3.1 超声波测距原理本系统的倒车雷达，采用超声波进行测距，主要是利用声波的反射的原理，纵观整个系统，原理很简单，可以把整个系统看成两端，一端是超声波的测距模块，另一端就是能够反射来超声波的障碍物，具体的测距原理是：超声波由超声波测距模块里的超声波发射器发射出来，此时单片机的计时器开始计时，超声波在空气中传播过程中遇到障碍物后被反射出来，反射出来的超声波回波被超声波接收器接收回来，此时系统停止计时，然后由公式算出距离。设超声波在空气中传播的速度为，超声波从发射到返回之间的时间为，那么距离计算公式表达为：（2.1）式中乘以计算的是单程的距离。由测量距离公式2.1可知，想提高测量距离的精度，主要从两方面入手，一是测量传播时间的准确性、二是超声波在当前环境下的传播速度的准确性。超声波测距系统的时间准确性主要由STC89C52RC的系统定时周期决定，传播时间为系统周期乘以脉冲个数，为了提高测量准确度，本设计所选晶振的频率为12MHz。对于超声波传播速度而言，由超声波的性质可知，超声波的传播速度与所处环境的温度、传播介质密度以及大气成分都有着密不可分的关系，具体公式为（2.2）式中，为气体定压下与定容下热容比，是通用气体常数，是环境气体的热力学温度，热力学温度与摄氏温度的转换公式为，是气体相对分子质量。在式2.2中，空气定压定容热容比为1.40，数值为，是，那么式2.2可以转化为式2.3，（2.3）其中，为在温度为0时超声波的传播速度。分析关系式2.3式可知，超声波的传播速度，与环境温度关系最大，速度与温度的数值关系如表2-1所示，可以看出，超声波传播速度随气体温度的升高而加快，且成线性关系，变化率固定，例如环境温度为0时的速度为332m/s，20时的速度为344m/s，相差12m/s，在40时的速度为356m/s，与20时速度也相差12m/s。在大多数对声波速度准确率要求不高的情况下，我们设定声速为340m/s，而在超声波测距系统中，想要获得更高的准确率，就要求提供准确的超声波传播速度。为解决温度对声波速度的影响，在这里，需要进行温度补偿，补偿公式为(2.4)其中，为环境温度（摄氏温度）。表2-1 超声波传播速度与温度关系表项目数值温度（）-30-20-100102030405060100声速(m/s)3133193253323383443503563613673882.3.2 系统设计思路在日常生活中，我们对距离的测量方法不胜枚举，对近距离的物体我们直接用直尺，对远距离物体，有激光测距、超声波方法等先进的测距方法，不论什么测量方法，它们的目的都一样，就是通过障碍物返回的探测信息，立即判断出障碍物与测量之间的距离，然后根据测量或者计算出的距离采取解决问题的措施。在本章中介绍了超声波的性质，由于超声波的强导向性即遇到障碍物能立即返回，因此采用应用较为广泛的超声波进行倒车雷达测距，提高了整个系统的方便性和可靠性，更易于研究和控制整个系统15。目前比较普遍的测距原理：通过发射出超声波，由于超声波具有一定的特征频率，当超声波遇到障碍物时就被立即反射回去，超声波传感器感受到反射回来的超声波，然后计算从发射到接收回来的时间，用时间乘以超声波的波速，进而求出了测距点与障碍物之间的距离，目前用此原理研究出来的产品很多，例如超声波测距模块，超声波汽车倒车雷达装置等。用超声波方法测距设计简单、数据处理方便，由于超声波在空气中传播速度可近似为331.45米/秒，且单片机一般使用12.0MHz的晶振，所以用此系统测距精度可以达到毫米级，正常情况下能达到要求不过我国的超声波测距电路大多是只有厘米级的测量精度。在本系统中，是通过超声波测距的温度补偿法，最后把测量精度提高到了毫米级，进一步提高了系统的可读性。51单片机系列硬件结构功能齐全、易于下手等特点。与别的系列不同的是，除了具有8位核心的CPU外，它还拥有一个功能强的位处理器。超声波测距的倒车雷达系统的设计要求，本系统我采用了STC89C52RC单片机作为整个系统的主控制器，它的作用是控制整个系统的运作，包括控制超声波发射与接收、计算发射与接收之间的时间差、测量整个运行环境的温度、通过测得的时间计算距离、蜂鸣器报警、LCD液晶显示屏显示温度及距离等模块。对于超声波的发射与接收，本系统用超声波测距模块，此模块将超声波接收器与发射器设置在同一个电路上，避免了超声波接收器与发射器不在一起而引起的测量不稳定的问题；测量环境温度的主要原因是由于超声波在空气中传播的时候受温度的影响比较大，本系统中利用温度补偿法解决了此问题，提高了系统的精确度；与数码管显示不同的是，液晶显示屏可以显示多行，不仅显示计算出来的距离，还可以显示对超声波影响较大的温度因素，用LCD液晶显示屏丰富了系统的整体功能；蜂鸣器报警模块则是设置一个警戒值，小于警戒值系统就会报警，提醒驾驶员注意安全。第3章 系统元件介绍3.1 单片机STC89C52RC单片机即单片微型计算机SCMC（Single Chip MicroComputer）。它集合了一台标准计算机上的基本功能部件，如CPU（核心中央处理器）、RAM（随机存储器）、ROM（程序存储）、I/O设备、中断系统、定时/计数器等部件集中在同一块芯片上，故又称为微控制器MCU（Microcontroller Unit）。和普遍的微型机相比，单片机的最大的优点就是体积小，这个有点可以让单片机很容易的嵌入到别的仪器设备里，实现所能实现的功能，因此又被称为嵌入式微控制器EMCU（Embedded Microcontroller Unit)。主要功能包含32位引脚，看门狗电路，复位电路，且内置8K内存，512B运存，另外还包含3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构)，STC89C52单片机工作模式是全双工模式。另一大优点是单片机系统频率可最低至0Hz，有两种省电模式。在单片机闲置状态时，处理器不再运行，但是可以保持运存、计数、通信、中断等部件运行。当单片机进入掉电保护时，运行内存的数据被记录下来，晶振停止运行，在系统被复位或下一次中断之前，整个系统都被终止运行18。示意图如图3-1。图3-1 STC89C52RC的引脚图STC89C52RC的引脚功能有19：（1） 主电源引脚VSS第20脚，电路接地电平。VCC第40脚，一般运行时都是+5V的电压。（2) 时钟源第19脚，作为中反相器的输入端，正常情况下与晶振的一个引脚相连。特殊情况下，如果采用外部信号时，那么这个引脚接地。第18脚，作为中反相器的输出端。正常情况下与晶振的另一个引脚相连。特殊情况下，如果使用外部源，就与信号源相连，作为外部信号的输入端使用。（3) 控制、复用和选通第30脚，该引脚是地址锁存允许信号和编程脉冲输入端信号。第9脚，RST/VPD是复位信号RESET的输入端。一般情况下，满足RST/VPD上连续施加两个系统周期的复位信息，系统就进入复位状态。在电源信号无电时，RST/VPD就连通备用电，从而确保系统信息无损失。第29脚，外部ROM访问选通信号。（4) 多功能I/O端口P0口第3239脚，8位真正的双向数据I/O口。P1口第18脚，此端口是具8位准双向的I/O端口并且含有上拉电阻。P2口第2128脚，与P1口一个功能类似，它是8位的双向I/O口，并且含有上拉电阻。在两种情况下P2口可作为高8位的地址总线，一种情况是单片机对存储器访问时，另一种情况是当对片内的程序存储器（EPROM型）程序编程及校验时使用。P3口第1017脚，与P1端口和P2端口一样，是8位的准双向I/O口。但是与P1、P2不同的是，它还提供特殊的第二功能。而且每一个引脚都可以单独选择任一功能使用。第二功能表的具体含义如表3-1：表3-1 P3口的第二功能表端口引脚第二功能端口引脚第二功能P3.1RXD（串行通讯输入口）P3.5T0（定时/计数器0）P3.2TXD（串行通讯输出口）P3.6T1（定时/计数器1）P3.3（外中断0）P3.7（外部数据存储器写选通）P3.4（外中断1）P3.8（外部数据存储器读选通）3.2 超声波测距模块3.2.1 产品特点该系统采用测距模块为，的测量范围是4厘米至4米，准确度为3毫米，主要由三部分组成：发射部分，接收部分以及控制部分。基本工作原理20：（1）提供至少的高电平信号，就可以通过TRIG启动测距功能；（2）启动测距后，发射器发射频率为的超声波信号，接收器会自动检测反射回来的声波；（3）当接收到反射信号时，经过I/O端口给出高电平信号，直到接收完所有的反射信号。3.2.2 实物图 图3-2 超声波测距模块实物图从图中可以看出，该模块包含的引脚分别是电源、触发、响应和接地。3.2.3 电气参数表3-2 超声波测距模块电气参数电气参数HCSR04超声波模块工作电压5V工作电流15mA工作频率40Hz最远射程4m最近射程4cm测量角度15度输入触发信号10µs的TTL脉冲输出响应信号与传播距离成正比的逻辑电平信号规格尺寸45*20*15mm3.2.4 超声波时序图图3-3 超声波时序图从上图可以看出，当外部提供不小于的TTL信号时，超声波发射模块将依次发射8个40KHz的脉冲信号，遇到障碍物后信号反射回来，被接收模块接收到并给出电平响应，相应电平输出正比于测量的宽度。3.3 温度传感器DS18B20温度传感器主要组成单元是热敏元件，热敏元件是利用物体在不同温度下其属性会发生变化的原理制成。市场上的热敏元件有很多种类，根据材料及性质的不同，分为金属热电阻、热电偶、半导体材料热电阻等不同形式。在所有热敏元件中，使用范围最为普及的当属半导体材料热敏元件，它与其他种类元件相比，优点是尺寸小巧、反应速度快、准确性高、生产方便、成本低，适用范围广。是美国一家公司最近研发的新型温度传感器，它最大的优点是可以快速直接的显示出所测量的温度值度。采用“一线总线”通信模式，测量范围更广，精度更高，系统可靠性进一步提升。的特点简单介绍如下21：(1)可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V；(2)每个芯片唯一编码，零待机功耗，无需外部元件(3)可调的9至12位分辨率，可编程温度为0.5，0.25，0.125，0.0625；(4)用户可定义报警设置,测温范围：-55125；(5)自我保护功能，可防止电源接反损坏传感器；(6)封装方式多样，图3-4展示了PR-35封装图。图3-4 PR-35封装图3.4 LCD1602液晶显示器在我们的日常生活学习中，液晶显示屏的应用相当广泛，在很多的家用电器、大街小巷里的广告牌等都可以看到液晶显示器的身影，液晶显示主要通过字符、图像及数字的形式显示出来。3.4.1 液晶显示器的优点（1）低功耗液晶显示器的功耗主要体现在两部分，一是内部的电极，二是内部的驱动，其他的显示器则没有此优点，大大的节省了能源的消耗；（2）数字式接口数字式的接口是液晶显示屏最为重要的优点，液晶显示器通过数字式的接口连接到与单片机上，这一优点使得系统安全可靠，操作更加方便；（3）显示清晰液晶显示屏的显示十分清晰，与其他显示器额区别是，当液晶显示器收到需要显示的信号时，显示屏上的任何一点会保持一定的色彩和亮度，不像其他显示器，例如阴极射线管显示器，需要系统不断的刷新实现显示功能；（4）重量轻液晶显示器之所以比其他显示器轻，是因为它是通过电极来控制液晶分子的状态，最终实现显示功能；3.4.2 液晶显示器的优点液晶显示器利用液晶的物理特性实现显示功能的，如果系统上电，那么电压就会对液晶显示屏控制，从而实现显示功能。本系统中主要是显示字符，利用LCD液晶显示屏来显示一个或多个字符，如果液晶显示器中没有字符发生控制器，那么要点亮字符6×8或8×8点阵，首先要找到8个字节，这8个字节是在显示屏上对应RAM区的，然后想点亮的位设为“1”，不点亮的为“0”，这样的设置就可以在显示屏上显示出字符了。在本系统中利用LCD1602，在其内部自带的字符发生控制器，通过在LCD上的行号及列号，在与RAM一一对应的地址上设置光标，通过软件设计在光标处送去需要显示的字符即可。3.4.3 LCD1602基本参数及引脚功能1602LCD可以分为两种，一种是带背光的另一种是不带背光的，这两个相比较，不带背光的要比带背光的薄，但是在实际的生活应有中，这两种并无多大的差别，1602LCD具体尺寸如下图3-5所示。图3-5 1602LCD尺寸图引脚功能说明：本系统超声波测距的倒车雷达，采用带背光的LCD1602，芯片上的16个引脚功能如表3-3所示:表3-3 LCD1602各个引脚说明引脚号符号引脚说明1VSS地电源2VDD接5V正电源3VL对比度调整端4RS寄存器选择，高电平时为数据寄存器，低电平时为指令寄存器5R/W读写信号，高电平进行读操作，低电平进行写操作6E使能端，高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令7D0D0D7为8位双向数据线8D19D210D311D412D513D614D715BLA背光源正极16BLK背光源负极1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符；芯片工作电压:4.55.5V；工作电流:2.0mA（5.0V)；模块最佳工作电压:5.0V；字符尺寸:2.95×4.35（W×H)mm。3.5 USB转串口集成块PL23033.5.1 PL2303简介PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，该芯片内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB信号与RS232信号的转换。通过利用USB块传输模式，利用庞大的数据缓冲器和自动流量控制，PL2303能够实现更高的吞吐量比传统的UART（通用异步收发器）端口,高达115200bps的波特率可用于更高的性能使用。3.5.2 PL2303产品特性1.片内拥有USB1.1收发器，5V转3.3V的稳压器，12MHz的晶体振荡器；2.支持RS232这样的串行接口；3.可配置的512个字节双向数据缓冲器；4.支持从远程输入相关调制信号进行唤醒功能；5.两个通用的I/O（GPIO）引脚；6.该IC是SSOP封装的小尺寸28引脚。3.5.2 PL2303引脚PL2303引脚图如图3-6所示：图3-6 PL2303引脚图芯片PL2303上的28个引脚功能如表3-4所示:表3-4 PL2303各个引脚说明引脚号引脚名类型引脚描述1TXD输出数据输出到串口2DTR_N输出数据终端准备好，低电平有效3RST_N输出发送请求，低电平有效4VDD_325电源RS232的电源，为串行端口信号的电源引脚；当串口为3.3V，这应该是3.3；当串行端口是2.5V，这应该是2.5V5RXD输入串口数据