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前言

至今世界汽車工業(yè)通過了近122年的進展，今世汽車已經超級成熟和普遍了。汽車已經滲透于國防建設、國民經濟和人類生活的各個領域當中，成為人類生存必不可少的、最要緊的交通工具，盡管每輛車都有后視鏡，但不可幸免地都存在一個后視盲區(qū)，倒車雷達那么能夠在必然程度上幫忙駕駛員掃除視角死角和視線模糊的缺點，提高駕駛的平安性，減少剮蹭事件。本次設計的倒車雷達預警系統(tǒng)主若是針對汽車倒車時人無法目測到車尾與障礙物體的距離而設計開發(fā)的。該系統(tǒng)將技術與超聲波的測距技術、傳感器技術等相結合，可檢測到汽車倒車中，其障礙物與汽車的距離，通過液晶顯示屏顯示距離。

據初步調查統(tǒng)計，75%的汽車交通事故是由汽車倒車“后視”不良造成的。因此，許多非職業(yè)汽車駕駛員很希望能有一種汽車倒車報警器，在倒車時不斷測量汽車尾部與其后面障礙物的距離，并隨時顯示其距離，在不同的距離范圍內發(fā)出不同的報警信號，以提高汽車倒車時的安全性。增強汽車的后視能力，尤其是增強大型、重型車輛的后視能力，對于提高行車安全，減輕司機的勞動強度和心理壓力，是十分重要的。

? ? 目前，國內外都在研究如何利用先進的技術，即汽車避撞技術，輔助汽車駕駛者對影響公路交通安全的人、車、路環(huán)境進行實時監(jiān)控，在危急情況下由系統(tǒng)主動干涉駕駛操縱、輔助駕駛者進行應急處理、防止汽車碰撞事故的發(fā)生。隨著人們對汽車駕駛輔助系統(tǒng)易用性要求的提高，以及單片機價格不斷下降和汽車電子系統(tǒng)網絡化發(fā)展的要求，新型的倒車雷達都是以單片機為核心的智能測距傳感系統(tǒng)。本文介紹了一種基于AT89C51單片機[1]的超聲波倒車雷達監(jiān)測報警系統(tǒng)。

選題的目的和意義
2.1 選題的目的
隨著汽車的迅速增加，停車難已經是個不爭的事實，狹小的停車場地常常令有車一族無所適從，稍不慎，則闖禍，煩事又煩人?！巴蟮挂稽c，再往后，打方向盤，打多了，回一點再倒，好，停。”相信一般的車主在停車場泊位時，都會遇到車輛保管員的“熱情招呼”。車技純熟的倒也與人工提示配合默契；車技一般、方向感較差的，就經常使負責指揮的那位人士高度緊張，脾氣急躁的還少不了擠兌車主幾句。倒車雷達報警系統(tǒng)是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛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，提高駕駛的安全性。
2.2 選題的意義
可以說倒車雷達在人們的生活中已經有著舉足輕重的地位。倒車雷達是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛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，提高駕駛的安全性。倒車雷達的發(fā)明是迫在眉睫的，是必不可少的設備?，F(xiàn)在市面上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，將汽車的擋位推到R擋，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波[2]，遇到障礙物，產生回波信號，傳感器接收到回波信號后經控制器進行數(shù)據處理，從而計算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使駕駛者倒車時不至于撞上障礙物。整個過程，駕駛者無須回頭便可知車后的情況，使停車和倒車更容易、更安全。

3 總體方案設計
按模塊劃分可分為數(shù)據采集、按鍵控制、數(shù)碼管顯示、發(fā)光二極管和蜂鳴器報警四個子模塊。電路結構劃分可以劃分為：超聲波傳感器、蜂鳴器、單片機控制電路。本次設計的核心是單片機控制模塊[3]，所以此設計是單片機應用系統(tǒng) 的一種應用。系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為核心控制單元，當測量距離小于設定距離時，主控芯片將測量的距離與設定值進行比較處理，然后控制蜂鳴器[4]報警。系統(tǒng)總體的設計框圖如圖3-1所示：

?4 單元電路的設計

4.1晶振電路的設計

AT89C51雖然有內部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。AT89C51單片機的時鐘產生方法有兩種。內部時鐘方式和外部時鐘方式。晶振[5]是給單片機提供工作信號脈沖的 這個脈沖就是單片機的工作速度 比如 12M晶振單片機工作速度就是每秒12M 當然單片機的工作頻率是有范圍的不能太大 一般24M就不上去了不然不穩(wěn)定。

本次設計采用的是內部時鐘方式：如圖二所示：晶振與單片機的腳XTAL0和腳XTAL1內部的振蕩電路便產生自激振蕩。構成的振蕩電路中會產生偕波(也就是不希望存在的其他頻率的波) 這個波對電路的影響不大 但會降低電路的時鐘振蕩器的穩(wěn)定性。為了電路的穩(wěn)定性起見ATMEL公司只是建議在晶振的兩引腳處接入兩個10pf-50pf的瓷片電容接地來削減偕波對電路的穩(wěn)定性的影響所以晶振所配的電容在10pf-50pf之間都可以的沒有什么計算公式。

因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。如圖4-1所示為時鐘電路。

?4.2復位電路的設計

在電路圖中，電容的的大小是1uf，電阻的大小是100。所以根據公式，可以算出電容充電到電源電壓的0.7倍（單片機的電源是5V，所以充電到0.7倍即為3.5V），需要的時間是100*1UF=0.0001S。也就是說在電腦啟動的0.0001S內，電容兩端的電壓時在0~3.5V增加。這個時候100電阻兩端的電壓為從5~1.5V減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在0.0001S內，RST引腳所接收到的電壓是5V~1.5V。在5V正常工作的51單片機中小于1.5V的電壓信號為低電平信號，而大于1.5V的電壓信號為高電平信號。所以在開機0.0001S內，單片機系統(tǒng)自動復位（RST引腳接收到的高電平信號時間為0.0001S左右）。

復位方法有上電自動復位和手動復位兩種，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us。本設計采用的是自動復位電路。如圖4-2示為復位電路。

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4.4 LCD1602顯示電路

本電路的顯示首先考慮到兩種方案，一種數(shù)碼管顯示，另外一種是LCD屏幕顯示。LCD屏幕顯示雖然看得比較清晰，接在P0口需要驅動，

驅動方式一：用芯片74HC573驅動

驅動方式二：用PNP三極管放大從而驅動

驅動方式三：P0口接上拉電阻驅動

綜上三種方式考慮，P0口接上拉電阻驅動會比較節(jié)約成本，并且接線比較簡單，可以減少電路的復雜度。所以最終選擇驅動方式三。如圖4-4所示：

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4.5報警電路設計

當測量距離小于報警數(shù)時電路會觸發(fā)報警系統(tǒng)[6]，使得蜂鳴器長響LED燈亮起來，如圖4-5所示：

?4.6超聲波測距模塊

超聲波模塊[7]采用現(xiàn)成的HC—SR04超聲波模塊，該模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。基本工作原理：采用IO口TRIG 觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號;模塊自動發(fā)送8個40khz的方波如圖4-6，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。實物如下圖4-7。其中VCC供5V電源，GND為地線，TRIG觸發(fā)控制信號輸入，ECHO回響信號輸出等四支線。

超聲波探測模塊HC-SR04的使用方法如下：IO口觸發(fā)，給Trig口至少10us的高電平，啟動測量；模塊自動發(fā)送8個40Khz的方波并隨時檢測是否有信號返回，有信號返回，通過Echo輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間，測試距離=（高電平時間*340）/ 2，單位為m。程序中測試功能主要由兩個函數(shù)完成。

實現(xiàn)中采用定時器0進行定時測量，8分頻，TCNTT0預設值0XCE，當timer0溢出中斷發(fā)生2500次時為125ms，計算公式為（單位：ms）：

T = （定時器0溢出次數(shù) * （0XFF - 0XCE））/ 1000?

其中定時器0初值計算依據分頻不同而有差異。

模塊自動發(fā)送8個40khz的方波如圖4-6

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?測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。實物如下圖4-7

?4.7超聲波傳感器原理

市面上常見的超聲波傳感器多為開放型，其內部結構如圖4-8所示，一個復合式振動器被靈活地固定在底座上。該復合式振動器[8]是由諧振器以及一個金屬片和一個壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動器。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動而產生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動器的中央部位。

當電壓作用于壓電陶瓷時，就會隨電壓和頻率的變化產生機械變形。另一方面，當振動壓電陶瓷時，則會產生一個電荷。利用這一原理，當給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個金屬片構成的振動器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個電信號時，就會因彎曲振動發(fā)射出超聲波。相反，當向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產生一個電信號?；谝陨献饔?，便可以將壓電陶瓷用作超聲波傳感器。

?4.8測距分析

超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2

最常用的超聲測距的方法是回聲探測法[9]，超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，碰到障礙物的阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時并計算出距離。以超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s計算，根據定時器算出的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2。? ??

由于超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關。在使用時，如果傳播介質溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償?shù)姆椒▽y量結果加以數(shù)值校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距的基本原理。

設計結果驗證

5.1 原理圖的繪制

實驗原理圖如圖5-1所示

5.2 Protues仿真結果

程序仿真結果如圖5-2所示

?6 結論與總結

這次的實訓做的是倒車雷達報警系統(tǒng)，此系統(tǒng)是以AT89C51單片機為核心控制單元，控制超聲波[10]發(fā)射模塊發(fā)出一系列超聲波，遇到障礙物反彈回來，被超聲波接收模塊接收到，然后計算這段時間(聲音在空氣中傳播的速度為340m/s)通過計算，得出距離，然后再LCD1602顯示電路上顯示出來。程序對距離數(shù)值產生判斷，設置一個安全距離，通過按鍵對當前所在位置與后方位置距離的調控，來模擬車與后方障礙物的距離。如果當前距離小于安全距離，則報警電路就會通過控制蜂鳴器來實現(xiàn)報警，來實現(xiàn)當?shù)管嚂r，當車與后方距離小于當前設定的安全距離時，就會報警的功能。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-767362.html

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