基于单片机的超声波倒车雷达系统设计.doc

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1、某某某某职业技术学院 毕业论文题 目：超声波倒车雷达系 别：电气工程系专 业：电气自动化班 级：0834学生姓名： 指导教师：完成日期：2011-1-5摘 要随着我国汽车行业的高速发展，尤其是近几年来，开始进入私家车时代，汽车的数量正在逐步增加，造成交通越来越拥挤。驾驶员开始越来越担心行车安全，其中倒车最为典型。同时汽车驾驶员中非职业汽车驾驶员的比例也在逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事件。据相关统计调查表明：15%的汽车碰撞事故是因汽车倒车时汽车的后视能力不足造成的。本文设计的倒车雷达系统就是针对汽车倒车时人无法目测

2、车尾与障碍物的距离而设计的距离显示系统。 本系统是将微计算机技术与超声波的测距技术、传感器技术、单片机技术等相结合，可以检测到汽车倒车时障碍物与车尾的距离，通过液晶显示屏显示距离，并根据实际距离发出报警等级。驾驶员只要在驾驶室里就能做到心中有数，极大的提高了停车和倒车时的安全和效率。本设计主要由超声波发射、接收电路、单片机处理模块、LED数码显示以及声光报警等部分组成,在论文中主要介绍了系统的硬件设计部分，其次就是对超声波测距的原理及方法也做了较为详细的介绍。论文首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题。最终实现了能够探测车后0.351.5M内的障碍物的要求。 关键词：超声波

3、倒车雷达 距离显示 单片机目 录1 绪论11.1 倒车雷达的产生背景11.2 设计的意义及要求11.3 倒车雷达的发展史21.4 论文的结构组成32 倒车雷达的总体设计方案12.1超声波测距12.1.1 超声波测距原理12.1.2 测量与控制方法22.1.3理论计算22.1.4 测量盲区32.2 超声波传感器32.2.1 超声波传感器原理及结构32.2.2 超声波传感器的应用43 硬件设计13.1 超声波发射电路13.1.1 超声波接收电路13.1.2超声波报警电路13.2 超声波显示及控制部分电路13.2.1 对AT89C51的描述及其功能特性13.2.2 AT89C51 单片机的原理及工作

4、特点23.2.3单片机实现测距原理33.2.4稳压电源电路33.2.5显示电路原理43.2.6 温度测量电路54软件设计74.1 软件设计的要求84.2 超声波测距的算法设计84.3 主程序94.4超声波发送及接收中断程序104.5 显示子程序和报警子程序114.6 报警刷新程序12总结1致谢2参考文献3附录1：系统总电路4附录2：部分程序51 绪论随着现代社会工业化程的发展，汽车这一交通工具正为越来越多的人所用，但是随之而来的问题也显而易见，那就是随着车辆的增多，交通事故的频繁发生，由此导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。对于公路交通事故的分析表明，80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的

5、，超过65%的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1S意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。显然，此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。1.1 倒车雷达的产生背景倒车雷达又称泊车辅助系统，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起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，提高了安

6、全性。超声波测距由于其能够进行非接触测量和相对较高的测量精度，越来越被人们所重视。就目前形势来看，汽车市场的快速发展将带动倒车雷达市场的繁荣。国内倒车雷达主流市场已经开始有进口高档汽车向中低档汽车发展。技术上向着单芯片功能成灵敏度更高、可视化发展，设备趋于小型化 、人性化、智能化等方 向发展。由此可见，超声波汽车倒车雷达系统将会在人类今后的生活中扮演越来 越重的角色，为人类的发展作出重要贡献。1.2 设计的意义及要求 随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不慎，则闯祸，很不方便。虽然每辆车都有后视镜，但不可避免的 都存在一 个后视 盲区。 倒车雷

7、达是汽车 泊车或 者倒车 时的安 全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，解除了驾驶员倒车时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了使用死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的广泛使用是迫在眉睫的，是当今汽车必不可少的设备。 1.3 倒车雷达的发展史通常，倒车雷达由超声波传感器(俗称探头)、控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分组成。倒车雷达一般采用超声波测距原理，在控制器的控制下，由传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时，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其他警示信号，得到及时警示，从而

8、使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松。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发展。 第一代：倒车时通过喇叭提醒 。“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：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。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。但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司

9、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：数码波段显示具体距离或者距离范围。这代产品比第二代进步很多，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，；黄色代表警告距离，；红色代表危险距离，必须停止倒车。 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，特别是屏幕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

10、案以及车辆周围障碍物的距离，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。魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、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

11、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。 目前市场上倒车雷达品牌多达二十几种，价格从上百元到一两千元不等，选购倒车雷达可以从如下方面考虑：功能、性能、外观、质量、安装、价格等。1.4 论文的结构组成 该论文主要包括倒车雷达系统设计产生的背景、总体方案、硬件设计和软件设计四个大部分。第一部分对倒车雷达的产生背景，设计的意义和其发展史做了简单叙述。第二部分主要介绍了超声波测距的原理和超声波传感器。第

12、三部分也是该设计的核心部分，对硬件系统中的每一部分都做了较为详细的介绍。第四部分则为软件设计环节，主要说明了产品内部的一些应用程序。2 倒车雷达的总体设计方案LED数码显示管单 片 机比较电压放大超声波接收超 声 波 发 射 图2-1 倒车雷达总图 如上图2-1所示为超声波为超声波倒车雷达的总体设计方案，当超声波接收电路接收到距离信号时，又经过运算放大器转化为直流电压信号与设定的基准电压进行比较，当信号电压大于基准电压时，比较器输出正脉冲，传给单片机，将距离数字显示在LED数码显示管上，电压信号再转化为声音信号通过超声波发射电路以声音的形式发射，提醒驾驶员。 2.1超声波测距2.1.1 超声波

13、测距原理通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。（超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2）。图2-2即为超声波测距的具体流程图。图2-2 超声波测距流程图2.1.2 测量与控制方法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

14、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，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。由于此超声波测距仪可以实现双向测距，所以需进行测距选择，而这个测距选择就以自动选择功能来实现.2.1.3理论计算T 2T 1 图2-3 测距的原理如图2-3所示为反射时间，是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的 时间来测量距离其原理如图所示，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空 气中的声速为常数，我们通过测量回波时间 T 利用公式：其中，S 为被测距离、V 为空气中声速、T 为回波时间可以计算出路程 ，这种方法不受声波强 度的影响， 直接耦合信号 的影响也可

15、以通过设置“时间门”来加以克服。这样可以求出距离： 555 时基电路振荡产生 40Hz 的超声波信号。其振荡频率计算公式如下：2.1.4 测量盲区在以传感器脉冲反射方式工作的情况下，电压很高的发射电脉冲在激励传感 器的同时也进入接收部分。此时，在短时间内放大器的放大倍数会降低，甚至没 有放大作用，这种现象称为阻塞。不同的检测仪阻塞程度不一样。根据阻塞区内 的缺陷回波高度对缺陷进行定量评价会使结果偏低，有时甚至不能发现障碍物,这时需要注意的。由于发射声脉冲自身有一定的宽带，加上放大器有阻塞问题,在靠近发射脉冲一段时间范围内，所要求发现的缺陷往往不能被发现，这段距离,称为盲区，具体分析如下：当发射

16、超声波时，发射信号虽然只维持一个极短的时间，但停止施加发射信号后，探头上还存在一定余振（由于机械惯性作用）。因此，在一段较长的时间 内，加在接收放大器输入端的发射信号幅值仍具有一定的幅值高度，可以达到限 幅电路的限幅电平VM；另一方面，接收探头上接收到的各种反射信号却远比发 射信号小，即使是离探头较近的表面反射回来的信号，也达不到限幅电路的限幅电平，当反射面离探头愈来愈远，接收和发射信号相隔时间愈来愈长，其幅值也愈来愈小。在超声波检测中，接收信号幅值需达到规定的阀值Vm，亦即接收信号的幅值必须大于这一阀值才能使接收信号放大器有输入信号。2.2 超声波传感器2.2.1 超声波传感器原理及结构超声

17、波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。超声波传感器包括三个部分：超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励，其受激后以脉冲形式发出超声波，接着超声换能

18、器转入接受状态（相当于一个麦克风），处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析，判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是，就测量超声波的行程时间，根据测量的时间换算为行程，除以2，即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置，对准被测物变化方向发射超声波，就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器的内部结构由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座 、引线、金 属壳及金属网构成，其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形辐射喇叭使发射 和接收超声波能量集中，并使传感器有一定的指向角，金属壳可防止外界力量对 压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的损坏。金属网也是起保护作用的，但不影响发射与接收超声波2

19、.2.2 超声波传感器的应用超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。3 硬件设计超声波倒车雷达系统设计有超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路、温度补偿电路、声报警电路、单片机硬件接口电路及显示报警电路组成，该系统

20、的核心部分为性能较好的AT89C51单片机。3.1 超声波发射电路本设计是利用超声波专业发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无需驱动电路，但缺点是灵活性低。40KHz的超声波是利用LC震荡电路振荡产生的，其振荡频率计算公式如下：电路图如图3-1所示。发射电路主要由SN74LS00的两个与非门A、B与电阻、电容组成的多谐振荡器，调节RC选频网络的电位器RP1可调节谐振频率。单片机的P2.4端口控制多谐振荡器的起振，当P2.4输出高电平时，电路振荡，发射由震荡电路产生的40kHz超声波，同时单片机的定时器/计数器开始计时；当P2.4输出低电平时，电路停

21、止发射超声波信号。图3-1 超声波发射电路3.1.1 超声波接收电路图3-2所示为超声波的接收电路。电路由LM324的三个运算放大器A、B、C组成信号放大电路。电感L1和电容C9组成选频电路，滤除40kHz以外的干扰信号。二极管VD2和电容C12组成信号半波整流滤波电路，将接收到40kHz反射波交流信号转化为近似的直流电压信号。运算放大器D为电压比较器，40kHz反射波交流信号转化的近似直流电压信号与设定的基准电压比较，当信号电压大于基准电压时，比较器输出正脉冲，三极管VT1导通，单片机并行口P1.0接收负脉冲信号，同时定时器、计数器产生定时中断，记录发射信号与接收信号的时间间隔，并转换为距离

22、。 图3-2 超声波检测接收电路图3.1.2超声波报警电路 图3-3所示为超声波报警电路，封装为SN74LS00的两个与非门C、D组成的多谐振荡器，输出谐振频率约为800Hz的信号，经集成功率放大器LM386放大后，驱动扬声器发出嘟声作为报警。P2.5控制多谐振荡器振荡，高电平时起振，低电平时停振。单片机根据距离远近控制P2.5输出方波的频率，即控制嘟声的间隙时间，发出不同的报警音。距离越近，报警音越急。图3-3 超声波声光报警电路 3.2 超声波显示及控制部分电路3.2.1 对AT89C51的描述及其功能特性AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序

23、存储器（PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行

24、通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。3.2.2 AT89C51 单片机的原理及工作特点5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式， 内部由CPU，4kB的ROM，256 B 的 RAM，2个16b 的定时计数器T0和T1，4个8 b 的 I/O 端 I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的 F lash 可编程、可擦除只读存储器(EPROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系

25、列单片机引脚与封装如图 3-4 所示。图3-4 AT89C51单片机结构及引脚图5l系列单片机提供以下功能：4 kB存储器；256 BRAM；32条I/O线；2个16b定时计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式：CPU停止工作，而让RAM、定时计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。3.2.3单片机实现测距原理 单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇

26、到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差tr，然后求出距离SCt/2，式中的C为超声波波速。限制该系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。为了增加所测量的覆盖范围、减小测量误差，可采用多个超声波换能器分别作为多路超声波发射/接收的设计方法。由于超声波属于声波范围，其波速C与温度有关。3.2.4稳压电源电路 在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一的能量来源，稳压电源的主要任务是将50Hz 的电网电压转换成稳定的直流电压和电流，从而满足

27、负载的需要，直流稳压电源一般由整流、滤波、稳压等环节组成。其电路图如图3-5所示。其中，变压器将交流电源（220V/50Hz）变换位符 合整流电路所需要的交流电压；整流电路是具有但方向导电性能的整流器件，将交流电压整流成单方向脉动的直流电压；滤波电路滤去单向脉动直流电压中的交流部分，保留直流成分，尽可能供给负载平滑的直流电压；稳压电路是一种自动调节电路，在交流电源电压波动或负载变化时，通过此电路使直流输出电压稳定。20V交流电通过电源变压器变换成交流低压电源，再经过桥式整流电路D1D4和滤波电容的整理和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压。此直

28、流电压经过LM7805的稳压和电容滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直接输出电压。如3-7所示的电路为输出电压为+5V、输出的电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器，桥式整流电路D1D4，滤波电容C7、C8，防止自激电容C15、C16和一只固定式三端稳压器（7805）组成。 图3-5 电源电路3.2.5显示电路原理超声波测距仪显示模块电路如图3-6所示。通过单片机的25、26、27、28四个管脚的信号控制四个三极管的B极，利用三极管的开关特性，实现数码管的点亮，从而实现动态显示。采用LED 动态显示，数据经过PIC 芯片的计算后传到LED上，显示精度是厘米。单片机AT89C51采

29、用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减少测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40KHz方波信号，利用外中断0口检测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阳LED数码管用于显示车尾障碍物的距离，由单片机P0.0P0.7接LED的adp八个笔段，通过软件以动态扫描方式显示。段码用74LS244驱动。图3-6单片机及显示系统电路图3.2.6 温度测量电路 由于超声波的传播速度V受到空气中的温度、湿度、压强等因素的影响，其中温度的影响最为突出，温度每升高1，速度增加约0.6m/s。因此在测量精度要求很高的场合，应通过温度补偿对超声波的传播速度进行校正，

30、以提高测量精度，减小误差。目前，大多数温度测控系统在检测温度时，都采用温度传感器将温度转化为电量，经信号放大电路放大到适当的范围，再由A/D转换器转换成数字量来完成。这种电路结构复杂，调试繁杂，精度易受元器件参数的影响。为此，利用一线性数字温度计即集成温度传感器DS18B20和单片机，构成一个高精度的数字温度检测系统。DS18B20数字式温度传感器与传统的热敏电阻温度传感器不同，能够直接读出被测温度值，并且可根据实际要求，通过简单的编程，实现912位的A/D转换。因而，使用DS18B20可使系统结构更简单，同时可靠性更高。温度测量范围从-55+125，在-10+85检测误差不超过0.5，而在整

31、个温度测量范围内具有2的测量精度。本设计温度测量选用DALLAS公司的DS18B20数字式温度传感器，独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用，无需外部元件，可用数据总线供电电源范围为3.0V至5.5V无需备用电源。它通过输出9位（二进制）数字来直接表示所测量的温度值，温度值是通过DS18B20的数据总线直接输入CPU,无需A/D转换，而且读写指令，温度转换指令都是通过数据总线传入DS18B20。DS18B20数字温度传感器除了具有相当的测量范围和精度外，还具有温度测量精度和不受外界干扰等的优点。其电路连接如图3-7温度测量电路所示。 图3-7温度测量电路 4软件设

32、计超声波倒车雷达系统的软件设计主要由主程序、超声波发射子程序、INT0超声波接收中断程序、显示子程序、报警程序及报警刷新程序六个主要模块组成。软件设计的总体结构框图如图4-1系 统 各 功 能 模 块系统初始化程序数码管显示模块发射接收控制模块运算结果处理模块声 光 报 警 模 块图4-1 系统模块框图（1） 系统初始化模块：即系统刚上电的时候对系统的各个引脚的电平分配和对各寄存器的初值赋值。（2） 数码管显示模块：通过该模块的设计能够让所测得的距离显示在数码管上。（3） 发射接收控制模块：发射控制模块是软件控制超声波发射电路发射超声脉冲启动定时器工作，同时启动接收电路工作，当接收电路有信号输

33、入时，对输入信号进行处理。（4） 运算结果处理模块：运算结果处理模块将多次所测得时间进行处理，进行软件取大值工作，根据公式计算出距离，然后再对计算得出的结果进行修正处理，数据处理后送至数码显示模块。（5） 声光报警模块：当所测距离小于一定值时，通过声光报警来提醒驾驶员。我们知道C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间，而超声波测距仪的程序既有较复杂的计算（计算距离时），又要求精细计算程序运行时间（超声波测距时），所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。主程序除了完成定时器T0、中断源TNT0初始化外，主要实现超声波的巡回发射（调用超声波发射

34、程序）和距离的动态扫描显示；INT0中断服务程序计算车尾距离障碍物的距离数据，该数据一方面交由主程序显示，另一方面与设定值（比如1m）进行比较，如小于1.5m，接蜂鸣器报警，否则关闭报警；如果车尾距离障碍物的距离较远，超声波往返时间就会超过了定时器T一次性最长的定时时间，则T0发生溢出而中断，这时进行距离计算，并显示“OFF”，以示车后无障碍物，可放心倒车。4.1 软件设计的要求本系统的设计要求是利用超声波测距原理设计一个车用的倒车雷达。要求通过设计能够测出并显示车与障碍物的距离，并能在距离小于1m的时候根据设定值进行声光报警。4.2 超声波测距的算法设计超声波测距的原理：通过超声波发射装置发

35、出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。（超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2）在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INT0或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务

36、子程序，读取时间差，计算距离。在使用时，如果温度变化不大，则可以认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。其部分源程序如下：RECEIVE0：PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 /关外部中断0 MOV R7, TH0 /读取时间值 MOV R6, TL0 CLR C MOV A, R6 SUBB A, #0BBH /计算时间差 MOV 31H, A /存储结果 MOV A, R7 SUBB A, #3CH MOV 30H, A SETB EX0 /开外部中断0 POP ACC POP PSW RETI 4.3 主程序主程序是单片机程序的主体，整

37、个单片机端系统软件的功能的实现都是在其中完成的，在此过程中主程序调用了子程序及中断服务程序。程序首先完成初始化过程，然后是一个重复的控制发射信号的过程，即调用发射子程序几遍，而且每次发射周期结束都很判断在发射信号后延时等待的过程中是否发生了中断，即是否有回波产生来判断程序的流程。工作时，微处理器AT89C51先把p1.0置0，启动超声波传感器发射超声波，同时启动内部定时器T0开始计时。要检测返回信号必须在启动发射信号后1.4毫秒才可以检测，这样就可以抑制输出的干扰。当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回，微处理器不停的扫描int0引脚，如果int0接收的信号有高电平变为低电平，此时表明信号已经返

38、回，微处理器进入中断关闭定时器。再把定时器中的数据经过换算就可以得出超声波传感器与障碍物之间的距离。然后再根据现场情况进行声光报警。下图4-2为主程序流程框图; 图4-2 主程序流程框图4.4超声波发送及接收中断程序超声波发生子程序的作用是通过P1.1端口发送2个左右超声波脉冲信号（频率约40kHz的方波），脉冲宽度为12s左右，同时把计数器T0打开进行计时。主程序利用为中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0引脚出现低电平），立即进入中断程序。进入中断程序后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1即X=1。如果当计时器溢出是还未检测到超声波返回信号，则定时器

39、T0溢出中断将外中断0关闭，并将测距成功标志字赋值2，及X=2以表示此次测距失败。超声波发射程序比较简单，主要包括T0中断服务程序和超声波接收中断服务程序。 图4-3 T0中断子程序 图4-4 超声波接收中断子程序4.5 显示子程序和报警子程序先进行动态显示初始化将指针指向缓冲区首地址，然后去显示位指针，取要显示的数，再将数变成段码，然后将段码送段控制器，位码送位控制器，在延时，然后判断是否是最后一位，是否显示完毕，没有的话修改该缓冲区指针和位码，直到显示完毕。显示及报警子程序框图：报警子程序外部中断入修正段码指针位选左移一位显示完毕查表送段码开位选初始化取测量值LED显示距离小于1.5m Y

40、 N报警返回 N 图4-6 报警子程序框图 Y返回 图4-5显示子程序框图 4.6 报警刷新程序在本设计中，使用单片机的三个端口控制三个发光二极管作为显示，每一个LED对应一个超声波测距模组，当探测到0.351.5M的范围内没有障碍物时，对应的LED是长灭的；当探测到0.351.5M范围内有障碍物时，对应的LED则以一定频率闪烁，而且距离越近则闪烁的频率越高。系统以1HZ中断对显示进行扫描，并设置有三个变量保存对应传感器模组的频率设置数据，即Show-Freq-Set(0)、Show-Freq-Set(1)、Show-Freq-Set(2)。当频率设置数据为0时，系统则不对应的LED进行显示翻

41、转，则对应的LED不会闪烁；此外，系统还定义有三个变量（Show-Counter-1HZ(x),x=02)作为1KHZ的计数器，对应三个LED，而当频率设置数据不为0时，计数器会不断地计数（以1KHZ），当计数器的计数值累加到与频率设置数据一样时，则会使对应的LED显示状态进行输出翻转，并对计数器进行清零，周而复始。由此可知，当频率设置数据非零时，该数据越小，则对应的LED闪烁频率越高。开始Show-Freq-Set(0)=0？Show-Counter-1HZ(0),x=0Show-Counter-1HZ(x0)Show-Freq-Set(0)对应端口状态翻转Show-Counter-1HZ(

42、0)=0结束 N Y图4-7 报警刷新程序框图总结本文所设计的倒车雷达系统是保证汽车安全的辅助系统。通过超声波探头反 射超声波，使用高速单片机计算测量车与障碍物之间的往返时间然后再计算出车与障碍物的距离，并加入了软件补偿，提高了距离计算的精度，然后显示在 LED 数码管上，当在探测的范围有障碍物时，蜂鸣器提示报警，距离越近蜂鸣器的报警频率也越大，当距离小于最小安全距离时，蜂鸣器不间断报警。实际测试证明该系统工作稳定，能够满足一般近距离测距要求，且成本低、有良好的性价比。该系统中锁相环锁定需要一定的时间，测得的距离有误差，在汽车雷达应用中误差为1cm可忽略不计，由于此电路具有设计简单，价格便宜，

43、测量精度比较高的优点。超声波测距是一种非接触测距，在很多应用场合有其它方式不可比拟的优越性。本文在研究超声波测距原理的基础上，设计了一套基于AT89C2051单片机的低成本、高精度超声波汽车倒车探测器，本设计虽然做了很多改进和创新,但是还是存在一些问题。比如很难消除恶劣天气及复杂路况的影响。解决这样的问题就需要采用多传感器融合技术。通过老师的帮助和借鉴经验人士的思想和电路以及自己的创新顺利设计出能够满足设计要求的超声波汽车倒车探测器。软件设计中采用结构化程序设计方法，结构简洁。较好的完成此次设计任务。致谢本论文的顺利完成首先我要感谢我的指导老师焦老师在毕业设计中对 我给予的悉心指导和严格要求。在我毕业论文写作期间，老师给我提供了种种专业知识上的指导，没有您们这样的帮助，我不会这么顺利的完成毕业设计，借此机会，向您表示由衷的感激。其次，我要感谢和我一起做毕业设计的同学。在毕业设计的短短1个多月的时间里，你们给我提出很多宝贵的意见，给了我不少帮助还有工作上的支持，在此也真诚的谢谢你们。同时，我还要感谢我的寝室同学和身边的朋友，正是在这样一个团结友爱，相互促进的环