1、課程設計說明書汽車倒車雷達設計學生姓名XXX班級機制1001班學號201021xxxx16日期摘要  隨著社會經濟的發展交通運輸業日益興旺，汽車的數量大幅增長，隨著汽車的增多和停車位日趨緊張，泊車成為很多車主頭痛的問題，這時倒車雷達就成了汽車的好助手。倒車雷達是汽車泊車安全輔助裝置，能以比較直觀的顯示告知駕駛員后方障礙物的情況，解除了駕駛員泊車時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了倒車的安全性。超聲波測距法是常見的一種距離測距方法，本文介紹的就是利用超聲波測距法設計的一種倒車防撞報警系統。控制系統核心部分就是超聲波測距儀的研制。 設計

2、通過多種發射接收電路設計方案比較，得出了最佳設計方案，并對系統各個單元的原理進行了介紹，對組成系統電路的芯片進行了介紹，并闡述了它們的工作原理，對超聲波傳感器的選用經過了仔細的思考，并詳細的說明其功能和作用原理。文章介紹了系統系統的軟件結構，通過編程來實現系統功能。關鍵詞：單片機；超聲波；測距；傳感器目錄1 引言.21.1 背景.21.2 設計的要求和難點.22 總體方案設計.3 2.1 系統構成圖.3 2.2 工作原理.33 硬件設計.5 3.1 超聲波發射與接收電路.5 發射電路.5 接收電路.7 3.2 ADC0832轉換器特點與接線圖.9 3.3 傳感器型號及說明.124 軟件設計.1

3、3 4.1 系統流程圖.13 4.2 編程程序.155 設計小結.17 參考文獻.181 引言1.1 設計的背景隨著社會經濟的發展交通運輸業日益興旺，汽車的數量大幅增長，而隨著汽車的增多和停車位日趨緊張，泊車成為很多車主頭痛的問題。在泊車的過程中，由于駕駛員視覺的模糊以及盲區的影響，使得在倒車過程中稍不注意就會造成車子的損傷。我們的超聲波傳感器測距系統正是為解決此問題而設計的。本系統能夠在倒車的過程中掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高倒車的安全性。1.2設計的重點與難點 設計的要求本任務是設計一個超聲波測距儀，可以應用于汽車倒車監控。要求測量范圍在0.103.00m，測量精度10cm，能夠明顯

4、的達到報警效果。設計的難點、超聲波信號的發射、接收設計、報警顯示燈電路的設計、流程圖及程序的設計2 總體方案設計2.1 系統構成圖汽車倒車雷達設計系統單片機為核心外圍電路由超聲波發射電路、超聲波接收電路、溫度補償電路、A/D轉換模塊、LED顯示模塊等部分組成。其系統框圖如圖2-1所示。圖2-1系統構成圖2.2 工作原理本系統安裝在汽車背后，一般是四個并排，當汽車倒車且接近危險距離（設定值）時，系統能自動提示駕駛員，防止碰撞事件發生。主要是以AT89S51為核心，來設計一種低成本、高精度、微型化超聲波測距儀。本測距儀實質上就是感應出超聲波的發射脈沖與接受脈沖的時間間隔t，利用S=C*t/2可以算

5、出距離，由于系統已經預設了一個安全距離，當S低于此安全距離時，可以看到LED顯示器的紅色燈閃爍，綠色燈熄滅；當S高于此安全距離時，LED顯示器的綠色燈亮，紅色燈熄滅。根據要求，由于程序較為簡單，不需要空間很大的芯片來完成，于是選用AT89S51單片機作為主控制器，而超聲波傳感器精度要求也不高（0.1m），于是選用比較經濟的HC-SR04超聲波傳感器，運算放大電路用來將超聲波信號放大并傳給A/D轉換模塊，A/D轉換模塊也從測量精度出發選用八位256步的A/D轉換器，同時為了方便接線與模擬仿真，選用的是ADC0832，顯示模塊用的是LED顯示燈，已足夠滿足設計要求。 3 硬件設計 根據2-1 系統

6、構成圖，我們設計了總接線圖，詳見附錄1，下面對各部分電路進行說明。其中，我們是從A/D轉換模塊與AT89C51開始接線，逐步擴展到輸出模塊。A/D轉換模塊主要是參考了網上ADC0832的知識2。輸出模塊的LED顯示模塊及時鐘信號主要是參考了文獻3。3.1 超聲波發射與接收電路 發射電路超聲波發射電路如圖所示，主要由脈沖調制，信號產生電路，隔離電路以及驅動電路組成，用來為超聲波傳感器提供發送信號，使其發出超聲波信號1。圖3-1超聲波傳感器的發射電路 接收電路接收部分的電路由放大電路，帶通濾波電路以及信號變換電路組成。信號變換電路如圖3-2所示，放大電路和帶通濾波電路如圖3-3所示。由于超聲波信號

7、在空氣中傳播時受到很大程度的衰減，所以反射回的超聲波信號非常的微弱，不能直接送到后級電路進行處理，必須將信號放大到足夠的幅度，才能使后級電路對它進行正確的處理1。圖3-2信號變換電路圖3-3接收與放大電路與帶通濾波電路3.2 ADC0832轉換器特點與接線圖、其主要特點如下：1、8位分辨率，逐次逼近型，基準電壓為5V；2、5V單電源供電；3、輸入模擬信號電壓范圍為05V；4、輸入和輸出電平與TTL和CMOS兼容；5、在250KHZ時鐘頻率時，轉換時間為32us；6、具有兩個可供選擇的模擬輸入通道；7、功耗低，15mW。、各引腳說明如下：1、CS片選端，低電平有效。2、CH0，CH1兩路模擬信號

8、輸入端。3、DI兩路模擬輸入選擇輸入端。 圖3-5 ADC0832引腳圖4、DO模數轉換結果串行輸出端。5、CLK串行時鐘輸入端。5、Vcc/REF正電源端和基準電壓輸入端。6、GND電源地。、單片機對ADC0832 的控制原理一般情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI 并聯在一根數據線上使用。當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS端置于低電平并且保持低電平直到轉換

9、完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK提供時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數據信號。在第1個時鐘脈沖到來之前DI端必須是高電平，表示啟動位。在第2、3個時鐘脈沖到來之前DI端應輸入2位數據用于選擇通道功能，其功能項見表。輸入形式 配置位選擇通道CH0CH1CHOCH1差分輸入00+-01-+單端輸入10+11+3-6圖ADC0832配置位如表所示，當配置位2位數據為1、0時，只對CH0 進行單通道轉換。當配置2位數據為1、1時，只對CH1進行單通道轉換。當配置2位數據為0、0時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當配置

10、2位數據為0、1時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1 作為正輸入端IN+進行輸入。到第3個時鐘脈沖到來之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數據輸出DO進行轉換數據的讀取。從第4個時鐘脈沖開始由DO端輸出轉換數據最高位D7，隨后每一個脈沖DO端輸出下一位數據。直到第11個脈沖時發出最低位數據D0，一個字節的數據輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節的數據，即從第11個時鐘脈沖輸出D0。隨后輸出8位數據，到第19 個脈沖時數據輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數據進行處理就可以了。3.3 傳感器型號及說明HC-SR0

11、4 1、使用電壓：DC5V 2、靜態電流：小于2mA3、電平輸出：高5V 4、電平輸出：低0V5、感應角度：不大于15度 6、探測距離：2cm-450cm 7、高精度：可達3mm接線方式，VCC、trig（控制端）、 echo（接收端）、 GND地線 本產品使用方法：一個控制口發一個10US以上的高電平,就可以在接收口等待高電平輸出.一有輸出就可以開定時器計時,當此口變為低電平時就可以讀定時器的值,此時就為此次測距的時間,方可算出距離.如此不斷的周期測,就可以達到移動測量的值了1.4 軟件設計4.1 系統流程圖 我們設計的系統流程圖如圖4-1，系統的軟件設計采取模塊化設計，單片器編程，這樣便于

12、閱讀與功能擴展。程序主要由主程序、A/D轉換子程序、延時子程序、液晶顯示子程序等幾個部分構成。雷達測距開始由汽車倒車控制，一旦倒車開始，即啟動AT89C51片內的T1連續發射40 kHz的PWM，計數器開始計數。考慮到實際倒車環境有遠有近，為防止其他干擾可能引起的誤測，以最長距離3m計算，超聲波發送到返回的時間t至少為3/34015 ms。這樣持續發送PWM直至接收到超聲波時停止發送，這個過程大約需要15 ms以上，所以不管所測距離遠近，一律每25 ms發送一次超聲波。圖4-1系統流程圖4.2 編程程序我們通過keil軟件運用單片機語言編程，選用AT89S51的芯片編譯過后，生成.hex文件后

13、的程序。仿真時，在proteus軟件中找到AT89S51芯片，雙擊添加所生成的.hex文件，進行仿真，以下是仿真結果，編程程序見附錄2.仿真結果：當電平小于設定值（2.5v）時紅燈閃爍，綠燈熄滅當電平大于設定值（2.5v）時，綠燈亮，紅燈熄滅5 設計小結6月28日，我們的課程設計任務下來了，前面剛剛搞完兩周的機電傳動控制實習，雖然還在那高強度、高難度的實習中沒有解脫出來，但一想到這是本學期最后的一個任務，也是我們離開云塘前的最后一個任務，我們也就釋然了，準備認真完成，算是給自己的大三生活一個最后的交代。我們的課題是“基于單片機的汽車倒車雷達超聲波測距系統的設計”，為了更好地完成這個任務，首先，

14、我們組在網上查閱了大量的相關方面的資料，下載了一些對我們有用的文件，然后在圖書館借閱了許多關于單片機、傳感器的書籍，為我們的課程設計做好準備。由于我們單片機的基礎打得不是很好，所以在設計的過程中遇到了很多的難題，比如編程，比如數模轉換器的選擇、接線.但是我們沒有被這些難題所阻住，而是仔細分析了這些難題，然后查找相關資料，最后一一解決。在這個過程中，勾起了對單片機知識的回憶并使之得到強化，同時，對于我們機械專業的同學，強化對電方面的知識在當今社會也顯得尤為重要。同時，通過這次課程設計，讓我們對自己有了進一步的認識，看到了自己在一些方面還存在許多缺陷，同時，在這次課程設計中，李亞非老師給了我們許多

15、指點，讓我們獲益匪淺。參考文獻1、陳書旺，張秀清，董健彬.傳感器應用及電路設計M.北京：化學工業出版社，20082、紀宗南.集成A/D轉換器應用技術與實用線路M.北京：中國電力出版社，20093、賴麒文.8051單片機嵌入式系統應用M.北京：科學出版社，20024、胡漢才.單片機原理及接口技術M.北京：清華大學出版社，20045、Myke Predko.精通8051程序設計M.北京：人民郵電出版社，20066、1c7aa00ccb0.html （百度文庫）545294c758f5f61fb73666bd.html （ADC0832）附錄1 總接線圖附錄2A_0832_CS EQU P3.5 ;

16、 CS A/D模塊總開關A_0832_CLK EQU P3.4 ; CLK 時鐘信號A_0832_DI EQU P3.3 ; DI數據信號輸入，選擇通道控制A_0832_D EQU P3.3 ; DO數據信號輸出，轉換數據輸出A_0832_T EQU 40H ; 讀取時的脈沖計數A_0832_DA EQU 41H ; 數據所存位置ORG 0LJMP ADORG 30HAJMP MAINORG 60HMAIN:MOV B,80HDJNZ A_0832_DA,MAIN2AJMP REDRED:SETB P1.1LJMP DELAYCPL P1.1AJMP REDMAIN2:DJNZ B,MAINS

17、ETB P1.0AD: LCALL ADC_RDMOV A,A_0832_DAAJMP $ADC_RD:MOV A_0832_T,#8CLR A_0832_CLKCLR A_0832_CSSETB A_0832_DI ;STARTSETB A_0832_CLK ; 第一個上升沿NOPNOPNOPCLR A_0832_CLKNOPNOPSETB A_0832_DI ; 選擇CH1,通過組合選取通道(SGL/DIF)NOPSETB A_0832_CLK ; 第二個上升沿NOPNOPNOPCLR A_0832_CLKNOPNOPSETB A_0832_DI ; 選擇CH1,通過組合選取通道(ODD/SIGN)NOPSETB A_0832_CLK ; 第三個上升沿NOPNOPNOPCLR A_0832_CLK ; 首個下降沿NOPNOPNOPSETB A_0832_CLKNOPNOPA_0832_RD: ; 讀取前,8位CLR A_0832_CLKNOPNOPNOPSETB A_0832_CLKMOV C,A_0