超声波测距在倒车雷达中的应用.docx

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1、摘要如今经济飞速发展，汽车逐渐作为一种必备品走进/每家每户之中.但是同时，由r停车或者倒车而导致的事故数量也在逐年增加。这种安全事故能够给人们的人身安全造成巨大的危害，基于此种现象，研发一种能够实时响应的、低障碍率的、高性价比的汽车预防碰撞报警系统是大势所趋。超声测距是一种使用率高的,效果良好的测距方法,这里描述了一种鞋于超声测距原理而研究的一种倒车宙达方法。其全称为“倒车防撞雷达”，是一种为了减少倒车事故的发生而研制出的一种设备。基于超声测距原理而实时的测星:汽车周围的障碍物，并且将其位置信息以显示器的方式传达给驾驶员，并在即将张近障碍物的时候做出预警，这样驾驶员在倒车的时候就知道在共视野自

2、区范围内是否有障碍物，若有障碍物则及时避开，从而避免事故的出现。因为超声波的传播具有集中度高、传播距离远的特征而在测量工作中受到了人们的普遍喜爱。这里介绍一种以AT89C2051单片机为核心，拥有显示功能以及预警功能，并且费用低廉、精确性高的一种小型化倒车雷达系统。其基本原理是超声测距原理，在此基础上还融合了温度补偿、开机自检等些成熟的技术。所测量得到的位置信息实时的传送到显示器上现实出来，并且在靠近障碍物的时候以声音信号和图像信号做出预警.驾驶员发现预警信息就明白应该避开障碍物，泊车以及停车的安全性和有效性便会得到很大的提高。关键词：倒车宙达：超声波：AT89C2051单片机；测距Abstr

3、actNowadays,withtherapideconomicdeve1.opment,owningoneSowncarisbecomingmoreandmorecommon.However,thenumberofaccidentscausedbyParkingandreversinghasa1.soincreasedsignificant1.y.Theharmcausedbytheaccidenttothedriver,s1.ifeandpropertyisinca1.cu1.ab1.e.Inviewofthissituation,itisthegenera1.trendtodesigna

4、fastresponse,highre1.iabi1.ityandhighcostperformancecarco1.1.isionpreventiona1.armsystem.Themostcommonmethodofdetectingdistanceisu1.trasonicranging.Thispaperintroducesareversingradarmethoddesignedbyu1.trasonicranging.“Reverseco1.1.isionavoidanceradar*isthefu1.1nameofreverseradar,a1.soknownasparkinga

5、id”,whichisasafetyaidforparking.I1.canIe1.1.theobstac1.esaroundthedriverwithsoundormoreobviousrea1.ity,reducethetroub1.escausedbythefront,rear,1.eftandrightwa1.kingwhenthedriverstopsandstartsthevehic1.e,andhe1.pthedrivere1.iminatethedefectsofdeadcornersandb1.urredvision.DUetoitsstrongdirectivity,s1.

6、owenergyconsumptionand1.ongpropagationdistanceinmedia,u1.trasonicwavesarecurrent1.ycommon1.yusedtomeasuredistance.Thispaperintroducesa1.ow-cost,high-prccisionandminiaturizedreversingradarsystemwithAT89C2051sing1.echipmicrocomputerasIhecoreandwithdigita1.disp1.ayandHCOUSio-OPIiCa1.armfunctions.Therev

7、ersingradarisdeve1.opedbasedontheprincip1.eofu1.trasonicrangingandadoptstemperaturecompensationtechno1.ogy,post-bootse1.f-checkingtechno1.ogyandoptimizedsoftwareandhardwaretechno1.ogy.Themeasuredresu1.tswi11besentIoIhedigita1.tubedisp1.ay,andattheSanIe1.imea1.hree-IeveIaudib1.eandvisua1.a1.armwi1.1.

8、bestarted.Thedrivercanunderstandfromthecabinsidea1.onethatthesafetyandefficiencyofparkingandparkinghavebeengreat1.yimproved.Keyword:BaCk-draftradar;U1.trasonic;T89C2051SCM;Ranging第一章超声波测距原理1.1 超声波测距的基本原理1、超声测距的原理类似于雷达，声波在空气中以340米每秒的速度传播，招超声波在传播过程中所经历的时间计量出来，再乘以速度便可以计算出传感罂和障碍物之间的距离。用公式表示如下：1.=-CT2其中1

9、.表示测距装置和障碍物之间的距离，C表示的是声波的波速，T表示的是从超声波发出到接收到经历的时间,乘以2的系数是因为从超声波发出到接收所走的路程是一个来回，将两者间的隹惑走了两次。其工作原理如下：图I超小波测距原理2、超声波发生器为了更大潜力的挖掘出超声波的用途，有各种不同类型的超声波发生涔被研发出来。其类型通常有两种,第一种是电气式的，具体又可分为压电型、电动型等：第二种是机械式，有高尔通长笛等。不同类型的发生器所发出的超声波的性质各不同，包括频率、振幅等等，性质不同，用途也不同，现在使用率域高的一种是压电型。3、压电式超声波发生器原理在发生器内部最核心的元件一个谐振片，其两例各有一个压电晶

10、片。对这两个压电晶片秣放脉冲信号，若频率等于其固有频率，则会发生共振，然后便会引动谐振片发生振动,谐振片发生振动便产生了超声波。如果将这个过程发过来的话，外部用电.接收到的超声波引起谐振片的振动，然后谐振片的振动引起电晶片的振动，这样便成了一个接收器.1.1.1 超声波的简介超声波仅仅意味着音须超过了人耳能听到的范用。般来说，超声波是指声音超过20KHz.与光波相比，超声波是一种机械波,只能在介质中传播，而不能在真空中传播,而且其传播速度会因为介质的不同而发生变化。有相关资料表明，在海水温度为十三摄氏度的时候，声音在其中的传播速度为1500米每秒,当海水的含盐量为百分之3.5,温度为零摄氏度的

11、时候，声音在海平面的传播速度为1449米每秒，当温度为常温的时候，在空气中的传播速度是344米每秒，并且随着温度的降低，传播速度也会降低，在零度的时候,会降低至334米每秒。其传播距离和声波的振幅成正比,振幅越大，表示其内蕴含能量越高，传播的越远：和大气的吸收能力成反比，大气的吸收能力越强，则其在传播过程中的能量损耗越大，传播的距窗就越短。温度是影响传播速度的一个就要因素，声速与温度之间的关系通过公式表示为：C=331.45+0.61t,在实际应用过程中，如果温差不大的话,则忽略温度影响，认为声速是一个定制。如果要求的测量精度比较高，则可以以温度补偿来校正。确定声速后，再测量出超声波从发出到反

12、射回来被接受所经历的时间，就能筋计能出距离，这便是测距原理。1.1.2 超声波测距的应用用单片机控制发出超声波，同时开始计时，在传播过程中碰到障碍物发生反射，再接收反射回的波，计量出这段过程所经历的时间，然后根据当前声速便可完成测距。有相关研究成果表明，当波频为四百千加的时候，传播效率最高。所以，为了使得测员范闱能够到达最大，在发出超声波以前对其调制，将嫌率统统变成四百赫，然后以固定间隔来发出超声波，形成脉冲信号,如图2：_发W一30ms.:700建jtj三nn11nj11Jin11Jif1.m2超声波邮道工作时序1.2 超声波倒车雷达系统工作原理在倒车的时候，后方的障碍物分布情况可以由倒车雷

13、达显示出来。因为汽车在倒车时速度较为缓慢，若以声速为参照物，可认为汽车处于静止状态，所以，这里忽略多普勒效应对波速带来的影响.在各种不同的测距方式中，脉冲法只需要测量个参数.也就是所经历的时间即可，此种方法易于实践。所以这里使用了这种测距方法来探测障碍物。1.2.1 超声波倒车雷达系统工作原理其工作原理如下图，在开始倒车以后，雷达系统同步开始运行，超声发生器发出频率为四十千赫的超声信号，其在传播的过程中若遇到障碍物.则会发生反射，发生器则又成为接收器接收反射回来的信号。单片机AT89C2051在把这个信号传递到显示设备处，同时根据距离的长短由语音系统进行语音提示。图3系统1：作IS理框图第三章

14、超声波倒车雷达硬件设计3.1超声波倒车雷达的工作原理倒车宙达的作用在于当驾驶员倒车的时候，将车辆后方的用码物信息传达给驾驶员.因为汽车在倒车时速度较为缓慢，若以声速为参照物，可以认为汽车处于静止状态，所以,这里忽略多普勒效应可能导致的声速提高或者降低。测距方法有很一种，豚冲法是其中一种可行性比较高的方法,所以，这里在宙达中用这种方法来测蹈。如图3,在开始倒车以后，倒车宙达同步启动，发生器发出频率为四十千赫的超声信号，在传播的过程中碰到障碍物发生反射，然后超声接收器接收。雎片机根据所经历的时间计算出距离以后，将其发送绐显示装置，同时根据距离的长短给出不同的语音提示。图3系统工作原理里图3.2超声

15、波发射电路超声发射器是发出超声波的装置，其由两个部分构成，其一是发生电路，用来生成超声波，其二是控制电路，用来控制超声的发射。探头的型号选择为CSB40T,生成超声波的手段有两种，其一为软件，软件生产超声信号，然后经由输出引脚传递到聊动涔，由其驱动探头来发出超声波：此种方法的优点在于其灵活程度高，容易改动信号，缺点在于需要配套的驱动电路，而且电路的电潦不能低于一百宅安。其二是硬件，由发生器生成超声信号，然后邪动换能潺发出超声波，此种方法灵活程度差，但也不需要出动电路。这里使用软件的方法生成超声波，下图为其电路设计。生成声波的元件是时基电路.振荡频率根据公式=kT：C来计算,变/调节信号频率,这

16、里以Rm为可调电路,+2*RM)XCS为r确保时基拥有足以产生满足要求的超声波的能力，这里选r+i2伏的电源,Cnt为控制信号。3. 3超声波接收电路接收淞主要有几个部分构成，分别是探头、放大电路、波形变换电路。为/使其和发射器拥有相同的频率，这里选择的探头和发射器的探头型号一致，为CSB1.OR。由于探头根据接受到的信号所转换出的电信号比较狠预，因此需要用放大电路来放大信号。而且因为单片机无法接受正弦波信号，所以漉波也成必须要考虑的事项.接收电路既可以设计为专用电路,也可以设计为通用电路。园声波在空气中进行传播的过程中，其所携带的能尿随著传输的越来越远而逐渐衰减，也及时跟离近的地方信号覆度离

17、，通常不会超过Iv,距离远的地方，信号强度低，通常不会低于Imv.对于不同强度的信号,需要用不用的接收探头来接收.由于输入信号的范围比较大，所以放大电路应该满足两项要求：此一是放大增益不能过小,若是过小的话则无法处理小估号：其二是放大增益不能为一个定制.因为信号是在一个比较大的范困内变化的。还有，由于输入信号属于正花波，从而考虑放大电路为交流型的,而且为了降低鱼电源的消耗,其电源选择单电源，放火电路中的放大器型号选择为1.M324,M中电源均能正常工作，并旦达到使用要求,若是信号类型为交流的话，则电容相当于被短路.所以在前3级中的增益都是十。在距离比较远但又不是很远的时候，将信号放大两次也许便

18、能满足使用要求，三级放大以后也许会导致信号饱和,在信号很远的时候，就必须要放大三级了，若是太远的话，三缎都不一定好.为了使得测金结果能鲂更加精准.更加稳定.则在测量过程可以适当的词节R27,选择对比基准电压.图6H再波接收模块电路3.4声光报警电路声光报警指的是在汽车和障碍物之间过于接近以至于不足安全线的时候，系统便会通过声音和光线的方式发出警报，以提示驾驶员小心躲避或者紧急停车。这里设计的电路如下图7。其中M3720属于声音报警电路，通过驱动语音系统以及扬声器来发出声音警报同时驱动1.ED灯发出光线警报.在芯片中，电源丁5引脚VDD出输入，与1引脚VSS处输出，在VDD处的电压通常不低于3伏

19、，不超过3.5伏：8引脚X与外部的振荡电路相连接，1引脚Y同样与外部的振荡电网连接，各个引脚各司其职，共同参与行使报警职能。图7声Jt电路IO显示设备以数码管的方式显示，共计六位共阴极数码管。现在在市场上能够购买到的1.ED显示驱动芯片多种多样，综合考虑其价格已经性能等因素，种类决定使用MAX7219。此种芯片中，可以承受的电流最高能够到达四十亮安，其串行扫描频率在峰值的时候能到十兆赫，正常工作的时候一般都在1.3千赫。串行输送数据所用到的线总共有三条。在这次设计中所使用的显示电路的电路原理图如卜丁E9(b)定时中断版务子程序09(c)外部中1服务子程序I定时中慎子程序I国波吗？第四章超声波倒

20、车雷达软件设计AT89C2051单片机以及使用此单片机开发出来的各种功能不同的应用系统拥有很多优点，比方说可移植性高，在许多平台卜都能使用，还有运行效率高，操作简单等等。主程序的工作方式为键控循环，当驾驶员开始倒车的时候，系统便启动开始进行测量以及警报工作。4.1系统程序的设计在程序运行的时候，首先AT89C2051把P1.o置零，然后同时启动发射器以定时器，发射器负贵发射超声波，定时器负货计时。因为这里用到的发射器和接收器以及传感那三者是三位体的，因此在工作过程中会出现余震。在接收反射回来的超声信号的时候，必须排除传感器的传输信号的干扰其工作潦程如图9：图9（八）主程序端程的图9超湘波解K，

21、.系统的软件设计4. 2.1计算超声波的传播时间将发射电路与定时器同时启动，发射电路负奏发射超声波，定时器负货记录超声波从发射到接收所经历的时间。在接收到反射回来的超声波的时候，输出端会出现负跳变，而且在TNTO端发出中断请求信号。单片机响应信号,执行子程序,读出时差,并且计算出距离。其中一部分源代码：RECEIVED：PUSHPSWPUSHCCC1.REXO:关外部中断0MOVK7,THO:读取时间值MOVR6,T1.O?C1.RC.MOVA,R6SUBB,#0BBH:计和时间差MOV3111,A：存储结果MOVA,R7SUBB,#3CHMOV30H,A?SETBEXO；开外部中断0POPC

22、C?POPPSWRETI4. 2.2主程序晶振决定选择6Y,数码管的管段的输出口选择引脚P1.,管位选择引脚门OP32,超声发送输出于引脚臼.5,接收于引脚内.7超声波测距中断入门程序ORGOOOOH1.impstartORG002BH主程序START:MOVRO,#7011MOVR7,#0BHMOV20H,#00HC1.EARDISP:MOVeR0,WOHINCRODJNZR7,C1.eardispMOVTMOD1#99HCJZCX:MOVT1.O1SOOH；超声波发射持续20OmS;输出40WIZ方波MOVTHO1#00HMOVRO1#0b1.1MOVR1.,#ObhMOV16H,M3HM

23、OV1511,#54HMOV17H,由OHPUZEI.:MOV14H,432HHERE:CP1.P3.5NOPNOPOPDJNZ14H,HEREETBTROETBP3.2MQ:DJNZ15H,$DJNZ16H1.MQQBA:JNBP3.7,QBCDJNZR1.,QBADJNZRO,QBQBC:1.jnz17h,QBCC1.RP3.2C1.RTROMOV70h,T1.OMOV7Ih,THOMOVR2,71hMOVR3,70hMOVR6,#22HMOVR7,#OH1.CA1.1.M1.1.DMOVR6,#64HMOVR7,#OH1.CA1.1.DIVDMOV73H,R2MOV74H,R3C1.RR

24、3C1.RR1.C1.RR5MOVR6,73HMOVR7,74H1.CA1.1.HB2MOVA,R4MOVB,#1OHDIVABMOV78H,MOV77H,BMOVA1R5MOVB,#10HDIVABMOV76H,AMOV7511,BMOVA,78HCJNEA,#0H,PDCXMOVA,77HCJNEA,#5H,PDCXMOVA,76HCJNEA,#0H,PDCXMOV78H,WBHMOV77H,#0BHMOV76H,#0BHAJMPXXCXPDCX:MOV,78HCJNEA,S1.H1XXCXMOV,77HADDA,R3MOVR3,AMOVA,R2ADDCA,BMOVR2,ARETDIVD:

25、C1.RCMOVA,R3SUBBA,R7MOVA,R2SUBB,R6CDVD1.SETBOVRETDVD1.:MOVB,#10HDVD2:Ci.RCMOV,R5R1.CMOVR5,AMOV,R4R1.CMOVR1.1AMOV,R3R1.CMOVR3,XCHA,R2R1.CXCHA,R2MOVFO,CC1.RCSUBBA,R7MOVR1.,AMOVA,R2SUBBA,R6AN1.C,/FOJCDVD3MOVR2,AMOVA,R1.MOVR3,AINCR5DVD3:DJNZB,DD2MOVA,R4MOVR2,AMOVR3,C1.ROVRETHB2:C1.RAMOVR3,MOVR4,AMOVR5,A

26、MOVR2,1011HB3:MOVA,R7R1.CMOVR7,BCD转换MOV,R6R1.CAMOVR6,MOV,R5ADDCA,R5DAAMOVR5,AMOVA,MADDCA,R4DAMOVR4,AMOVA,R3DDC,R3MOVR3,DJNZR2,HB3；BCD码初始化;转换双字节十六进制整数;从高端移出待转换数的一位到CY中;BCD码带进位自身相加，相当于乘2;十进制调整RET4. 2.3超声波发生子程序对于测距系统,传感器选择用电式的陶瓷传感器，选择的型号为UCMO,在工作的时候执行下面的代码：P1.ZE1.:MOV14H,#12H；超声波发射持续200sHERE：CP1.P1.O；输

27、出40kHz方波NOP:NOP:NOP:DJNZ14H,HERE：RET对于前测距电路，其输入端与P1.O引脚相连通。单片机执行程序，输出信号，经过放大电路放大，发出脉冲超声信号，其猱率为四十千赫，连续时间为二百微秒。左侧的输入端与P1.1.引脚相连通，右侧的输入端与P1.2引脚相连通，同样是执行程序、输出信号、放大、发出脉冲信号，频率和连续时间与前测电路一致。4. 2.4超声波接收中断程序接收端口接收脉冲超声信号，再将其转换成交潦电信号，然后经过放大电路放大。前测距电路的输出端与IWO相连接，中断具有最高优先级。左侧和右侧的测距电路连接一个与门电路ICw,再与INTI相连接。下而是其中部分源

28、代码：Receivei：PUSHpSWPUSHCCC1.REX1.；关外部中断1JNBP1.1,RIGHT；P1.1.引脚为。,转至右测跑电路中断服务程序JNBP1.2,1.EFT;P1.2引脚为。,转至左测距电路中断服务程序RETURN：SETBEX1.：开外部中断14. 2.5显示子程序显示程序DISP1.AY:MOVR1.,#76HMOVR5,SOFEHP1.AY:MOVA,R5MOVP3,;累加器中的数值送P3口MOV,QR1.MOVDPTR,#TABMOVCA,0ADPTRMOVP1.1;累加器中的数值送P1.11MOVR6,#14HD1.1.:MOVR7,#19HD1.2:DJNA

29、K7,D1.2DJNZR6,D1.1.INCR1.MOVA,R5JNBCC.2,ENDO11R1.AMOVR5,AJMPP1.YENDO11:SETNP3.5MOVP1,SOFFH；立即数OFEH送P1口RETTAB:DBOCOH10F9H,04H,OBOH.99H,92H,82H,0I-8H,80H,90H,0C6H,3FHEND第五章系统测试5.1实验图5. 2实验结果实际距离（单位m）测员距离（单位m）误差率2.52.510.40%2.01.990.50%1.51.490.67%1.21.200.00%1.00.991.00%0.80.791.25%0.60.591.67%0.40.40

30、0.00%0.20.200.00%结束语出于降低事故的发生率，保证车辆在倒车过程中不要出现意外的H的，这里设汁了雷达倒车系统。其通过超声探头向外辐射超声波，超声波在传播过程中遇到障碍物会发生反射.通过单片机来计算从发射到反射回来所经过的距离，同时考虑到温度对声速造成的影响,这里还设计了温度补偿电路，以使得计兑结果更粘确。将计算得到的障碍物位置信息显示在液晶屏中，驾驶员便可以知道哪里有障碍物，从而避免事故的发生。在两者之间的距离小于警戒线的时候，讲音系统便会发出警报声，提醒智.嘎员小心驾驶或若警告驾驶员紧急制动.在这次设计中，我对倒车雷达在国内外的发展情况都有rr解，对其发展趋势也有了一定的把握

31、，同时深刻的认识了超声波，以及整个系统的工作机制。对T89C2051单片机和传感器都有了更加深入的认知。参考文献1汤传国.矩于单片机的超声波机的苗达设计U1.汽车实用技术,2018(21):211-213.2湘康i基于超声波测距的倒车防撞报警系统研究D.南京邮电大学.2018.陈勰基于超声波测距的倒车报警系统设计U内燃机与配件,2018(20):5-7.梁铎提,梁雅洪，武城,付向上.汽车超用波甯达轴助泊车系统开发J.中国新技术新产S,2018(19):16-18.5陈蔚.超声波测距仪的设计和实现J数字技术与应用.2018.36(05):182183.武斌，王埼，袁文圃,赵如意,王撰妁，王进.超

32、声波倒车留达系统设计J科技创新与生产力，2017(12):110-113.7徐平.汽车例车测距系统设计开发J,工业控制计售机,2017,30(06):134-135137.8汪群.超声波测距系统便件电路的研究与设计D.令肥工业大学.2017.9)牟踽飞.她于单片机的超声波fW车雷达设计和HUD应用的研究D.东北大学,2016.UOJ汤传国.基于超声波测用的倒车雷达系统研究D.长安大学,2015.11王嶂.基于ARY的可视化倒车防撞系统的研咒D.中北大学,2013.12集笑纳.超声波测距在泊车辅助系统中的应用D.大连理工大学,2010.13ZhangShaoyon.ResearchOrU1.tr

33、asonicDistanceMeasuremen1.DcviceP.Wire1.essConmunicationsNetworkingandMobi1.eConputing(WiCOM),20106thInternationa1.Conferenceon,2010.141.ianjunZhang,1.ifanRZhao.Researchofu1.trasonicdistance三casurementSyS1.CebasedonDSPP.ComputerScienceandServiceSystem(CSSS),2011Internationa1.Conferenceon,2011.15jing

34、jingDu,ShuiyingZhang,XueboJin,GuohongVan.TheDeSignof1.1.trasonicDistanceMeasureeentSysteBasedofSOPC(Pj.Inte1.1.igentHuman-MachineSystemsandCybernetics(IHMSC),2011Internationa1.Conferenceon.2011.16ZhangPing,GuoHui.High-precisionu1.trasonicrangingsystemP.E1.ectronicMeasureaent&Instruments(ICEMI),2011IOthInternationa1.Conferenceon,2011.在论文写作期间，我要特别感谢我的指导老师，给我提出了许多宝贵的意见和提供了有效的资料给我参考，在她的悉心指导卜.我顺利的完成了论文。在此对老师，还仃老师等这四年的学习生活中尽职尽责的辅导与教育,让我在过去的学习中，现在的工作中都受益能浅深表感谢。并感谢学校让我在在校期间便接受优秀教师的指导、先进设备的实践操作、良好环境的熏陶。最后，我要感谢我的家人，使他们的支持让我获得了学习的机会，得到了受教育的机会,在此.我要向他们说一声谢谢！