倒车雷达2.ppt

基于凌阳SPCE061A单片机的超声波倒车雷达系统设计,班 级：电子本0709班姓 名：马 乐学 号：0732080909指导老师：张 志 恒,2011年6月11日,论文概述,倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，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，解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷。本文描述了一个以凌阳SPCE061A为核心，由三个超声波测距模块构成的，提供语音报警功能和液晶显示功能的超声波倒车雷达系统。,系统硬件框图,系统硬件框图：,SPCE061A,转 接 板,语音报警,LED闪烁报警,LCD显示模块,超声波测距模块,超声波测距模块,超声波测距模块,系统硬件设计,系统硬件主要有以下几个部分：1.SPCE061A精简开发板：.SPCE061A最小系统.电源模块.放音模块 2.超声波测距模块电路：.超声波谐振频率调理电路.超声波回波信号处理电路.模组电源接口选择电路.超声波测距模式选择电路 3.转接板电路的设计.CD4052简介.转接板电路原理 4.显示电路的设计：.二极管闪烁报警电路.LCD显示报警电路 5.各模块接口分配,SPCE061A精简开发板,SPCE061A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。有关SPCE061A单片机最小系统的各个模块都做在61板中。,1.SPCEA061A最小系统：,2.61板电源模块,SPCE061A的内核供电电压为3.3V,而I/O端口可接3.3V也可接5V，考虑到超声波测距模块需要供电电压在4.5V以上时才能正常工作，故使用精简开发板上提供的5V电源。电源模块的电路原理图如下图所示。,3.放音模块,本系统中的放音模块是利用SPCE061A精简板内置的2路10位精度的数/模转换器DAC将声音数字信号转换成模拟的音频信号输出。其电路原理图如下图所示。,超声波测距模块,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。下图为超声波测距模组的结构框图：,1.超声波谐振频率调理电路,超声波谐振频率调理电路原理图如下图所示：,本电路工作所需要的40KHz方波由SPCE061A提供，该信号经CD4049进行频率调理，以使超声波传感器发生谐振。从电路图可以看出CD4049是由6个非门构成的六反相缓冲器/变换器。由于超声波的传播距离与它的振幅成正比，使用CD4049能使由单片机发出的振荡信号的幅度增大一倍使超声波传播距离明显的增长，测距的范围得到扩大。,2.超声波回波信号处理电路,超声波回波信号处理电路原理图如下图所示：,由于超声波在空气中传播时，其能量的衰减程度与传播距离成正比，其接收到的回波信号的幅值的单位通常在毫伏级甚至更小，所以超声波回波信号处理电路的前级就需要提供很高的放大信号，使单片机能够正常工作。本体统采用NE5532搭配外围电路构成10000倍放大器来对接收到的信号进行放大处理。经过处理的信号输入至LM311的正端与3脚提供的基准电压相比较然后输出，若输出为低电平，则说明无回波信号或信号太小，若输出为高电平，则会被SPCE061A所接收然后做数据处理。,3.模组电源接口选择电路,电源接口选择电路如下图所示；J7为超声波测距模组的外部电源接口，最高电压不要超过12V，J9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（本方案的用法）；而使用外部电源时要把VCC与VCC_IN短接。,4.超声波测距模式选择电路,超声波测距模式选择电路的作用是为回波信号处理电路中LM331提供电压比较的基准电压，其电路原理图如下图所示：,由电路图可知，该电路可为LM311提供3组不同的电压，分别对应短距离测距，中距离测距和可调测距三种不同的测距模式。,转接板电路的设计,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。,1.CD4052简介,CD4052是一个2通道4选1开关，由于本系统中只有3路超声波信号，故只需要其中的一个通道即可。开关接通哪一通道，由输入的2位地址码A0、A1来决定。A1和A0的信号由单片机程序控制“/E”是禁止端，当“/E”=1时，各通道均不接通。其引脚图和真值表如下所示：,2.转接板电路原理,转接板电路原理图如下：,显示电路的设计,本系统的显示电路部分分为发光二极管闪烁报警x显示和LCD液晶屏显示。,1.二极管闪烁报警电路,二极管闪烁报警电路结构比较简单，二极管直接与SPCE061A的I/O口相连，串联一个限流电阻即可完成设计要求，该部分电路如下所示。,2.LCD显示报警电路,LCM1062A液晶显示模块能够同时显示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。现给出液晶屏各引脚的接线图如下所示：其中RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器；R/W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。E(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。,各模块接口分配,本系统是以SPCE061A为控制器，故以其为中心进行接口分配。SPCE061A共有两个I/O口，共32位。其中IOB8，IOB9两口具有PWM脉宽调制输出的特殊功能，IOB2，IOB3具有外部中断源输入的特殊功能，故设计B口的IOB2，IOB9作为超声波测距模块外部中断输入和PWM信号输出接口。同时IOA1，IOA2，IOA3分别与LCD显示模块的三根控制线RS，R/W，E连接。IOB1，IOB2两口与转接板CD4052的A0，A1相连，用于传感器测量通道的选通。A口的高8位作为LCD显示模块的数据口，IOB12，IOB13，IOB14三口与二极管闪烁报警模块的接口相连。,系统软件设计,本系统的软件部分拟包含以下几个模块来实现设计所需要的功能。主程序：主程序主要负责控制整个系统的工作流程，完成各函数的正常调用。功能上，该部分仅有超声波传感器通道选通功能，这样主程序较为简洁，便于阅读与调试。系统程序：主要包括system.c文件。其完成的功能有：系统端口初始化、测量结果处理、二极管闪烁刷新及LCD输出显示。中断程序：主要包括IRQ.c和isr.asm文件，前者包括超声波测距所需要的外部中断服务代码，显示刷新服务代码等。后者包括语音播放程序中断服务代码。超声波测距程序：该部分程序主要包括ultrsonic_App.c和IRQ.c的部分文件。该部分主要完成超声波测距的控制，输出结果处理等功能。语音播放程序：主要包括Speech.c文件。该部分主要用于实现对外的语音播放功能。LCD初始化及驱动程序：主要包括1062LCD.asm和LCD1602_User.h文件。该部分实现LCD初始化和LCD读写命令等功能。,1.主程序设计,如右图所示为主程序流程图。由于系统的各功能基本由各模块完成，所以主程序的流程并不复杂。图中，延时部分由系统提供的IRQ4的1KHz中断来提供，通道选择即由IOB1、IOB2两个I/O端口的输出状态选通CD4052的通道，以决定当前将进行哪个模块的测距工作，三个超声波测距模块将不断地交替探测障碍物的存在与否。,Y,N,2.超声波测距程序的设计,N,Y,Y,N,N,Y,当调用测距函数进行测距时，IOB9口将输出由TimerB产生的40KHz的PWM信号，对于短距离测距，该信号将持续0.5毫秒左右，发出20个以上40KHz的脉冲信号。此时关闭系统中断，将TimerB设置为计数模式，用于计量超声波信号从发射到接收的间隔时间；将TimerA设置为计时模式，提供避开余波开扰的延时，该部分的延时时间将由测试距离和PWM信号发射信号的持续时间来决定，对与短距离测距，本系统的延时时间在0.3毫秒左右。经过延时，打开EXT1外部中断，TimerB开始对回波信号的脉冲数进行计数。当EXT1检测到回波信号的脉冲时，会在中断服务程序中读取TimerB的计数值。该计数值经过处理换算即可得到相对于障碍物距离。若EXT1没有接收到回波信号会重新设置参数，再进行一次较远距离的测试，其工作流程与短距离测距完全一致。若两次测试EXT1都没有接收到回波信号则表明系统工作范围内无障碍物。,3.语音播放程序的设计,N,Y,Y,N,从流程图上可以看出，为了避免多次语音播放重复和播放过于频繁，在语音播放之间添加了基于IRQ5的2Hz中断来进行延时。只有当距离上次语音播放的时间间隔超过3秒时，下一次的语音播放才会被系统允许。,4.二极管闪烁程序的设计,二极管闪烁报警模块的三个发光二极管是直接与SPCE061A的IOB12、IOB13、IOB14三个口相连的。为了实现设计所要求的当探测到障碍物时，二极管以一定频率闪烁，且距离越近闪烁频率越高的这一功能，该部分设置了用于保存对应超声波测距模块频率设置初值的三个变量及三个用于控制输出反转的计数器。当输入的频率初值不为零时，该计数器就会不断地计数，当计数器中的计数值溢出时，对输出的状态取反，重新送初值，如此周而复始即可满足该部分的设计要求。该部分的程序流程图如右图所示。,Y,N,N,Y,5.LCD初始化及驱动程序的设计,LCM1602A液晶显示模块共有3根控制线，LCD初始化及驱动程序的设计便是在参考该部分时序图的基础上，对这3根控制线进行操作来完成的。LCD初始化流程图如右图所示。,结 论,本文设计的超声波倒车雷达系统是在SPCE061A最小精简开发板上的一个应用。设计的各项功能都能够实现。通过以上论述可以发现，整个系统的体积小、精度高、实时测量显示直观迅速、语音提示较人性化、运行操作简单、成本较低、实用性较高，是可以真正应用到实际生活中去的。但本设计限于时间和个人认识的不足，该系统还是有一定的缺陷，希望可以在之后的设计中，将系统变的更为完善。,致谢,最后，感谢我们的每一位指导教师在设计过程中对我们的指导，从论文的理论分析、成文及定稿，每一环节都离不开老师的精心指导和无私帮助。在此向每一位致以诚挚的谢意和崇高的敬意!谢谢！,