车辆工程毕业设计论文-基于单片机的汽车倒车雷达设计与实现(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-基于单片机的汽车倒车雷达设计与实现(编辑修改稿)内容摘要：

用与发射端同型号的压电式超声波传感器，否则将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。 由于经探 头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路进行放大。 超声波接收部分采用集成芯片 CX20xx6A，这是一款红外线检波接收的专用芯片。 内部电路由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和整形输出电路组成。 可以利用它作为超声波检测电路。 前置放大器：它是高增益的放大器，由于超声波在空气中直线传输时，传输距离越大，能量的衰减越厉害，故反射回来的超声波信号的幅值会有很大的变化。 为了不使放大器的输出信号过强而产生失真，集成块内部有自动电平限制电路，对前置放大器的增益进行自动限制。 通过 反馈将放大器设定于适当的状态，再由限制电平电路进行自动控制。 限度放大器：当信号太强时为了防止放大器过载，限制高电平振幅，同时也可消除寄生调幅干扰。 宽频带滤波器：其频率范围为 30Hz~60Hz，其中心频率可调。 检测器：将返回的超声波的包络解调回来。 9 积分滤波器与整形电路：检测器输出的信号经积分滤波器送到整形电路，输出较好的矩形波。 接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适的幅值；再经过带通滤波器滤波得到有用信号，滤除干扰信号；最后由峰值检波器和整形电路输出到锁相环路，实现准确的计时。 IN1C12C23G N D4F05C36O U T7V C C8R 1 7C X 201 06AL S 3R X (S )C947 3R 1 4 K+C 1 7 10 uF /5 0V+C 1 0 10 uF /5 0VR 1 520 0KR 1 620 0KC6 33 0pFV C CC110 4P 3 2超声波接收电路 图 超声波 接收电路图 集成电路 CX20xx6A 集成电路 CX20xx6A 是一款红外接收的专用芯片，常用于电视红外遥控器。 常用的载波频率 38khz 与测距的 40khz 较为相近，可以利用它来做接收电路。 适当的改变C3 的大小，可以改变接受电路的灵敏度和抗干扰能力。 CX20xx6A(国内同类产品型号为 D20xx6A)是日本索尼公司生产的在红外遥控系统中作接收预放用的双极型集成电路。 它还可广泛用于视频系统、家用电器遥控电路以及通信系统等。 这种 IC 性能优越 ， 封装形式及体积与许多遥控信号接收器 IC 相同或相似 ， 故可用来代换多种型号的遥控信号接收集成电路。 CX20xx6A 可用来完成遥控信号， CX20xx6A 是日本索尼公司生产的红外解调集成电路，采用 8 脚单列直插式塑料 超小型 封装， +5v 供电， 内部含可前置放大、自动偏置、限幅放大、通带摅波、峰值检波、积分比较及施密特整形输出等电路。 其主要功能是从 38KHz 红外载波信号中，将编码信号解调出来，并加以放大和整形，然后再送到微处理器 (CPU)进行处理，以实现遥控操作功能，其具体引脚图如图 所示 ： 10 图 集成电路 CX20xx6A 内部结构 图 CX20xx6A 的引脚注释： （ 1） l 脚：超声波信号输入端，该脚的输入阻抗约为 40kΩ。 （ 2） 2 脚：该脚与 GND 之间连接 RC 串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。 增大电阻 R 或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。 但 C 的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为 R= ， C= F。 （ 3） 3 脚：该脚与 GND 之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检 波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为 F。 （ 4） 4 脚：接地端。 （ 5） 5 脚：该脚与电源端 VCC 接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。 例如，取 R=200kΩ 时， fn≈ 42kHz，若取 R=220kΩ ，则中心频率 f0≈ 38KHz。 （ 6） 6 脚： 该脚与 GND 之间接入一个积分电容，标准值为 330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。 （ 7） 7 脚：遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，该电阻推荐阻值为 22kΩ ，没有 接收信号时该端输出为高电平，有信号时则会下降。 （ 8） 8 脚： 电源正极， ～ 5V。 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 S＝ Ct/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 11 波换能器分别作为多 路超声波发射 /接收的设计方法。 键盘控制电路 此键盘 与单片机 P2口四个引脚相接，用于对报警距离进行设定。 其中 S1表示“确定”按键； S2表示“减一”； S3表示“加一”、 S4表示循环移位，对不同位置进行选择。 驾驶员可以根据自身要求对报警距离进行设定，从而大大提高了驾驶的安全系数。 超声波传感器的特性 超声波传感器的基本特性有频率特性和指向特性，这里以课题中选用的传感器特性为例子。 超声波传感器的频率特性 图 超声波传感器的升压能级和灵敏度 图。 其中， 40KHz 处为超声波发射传感器的中心频率，在 40KHz 处，超声发射传感器所产生的超声机械波最强，也就是说在40KHz 处所产生的超声声压能级最高。 而在 40KHz 两侧，声压能级迅速衰减。 其频率特性如图。 因此，超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频率 40KHz 的交流电压来激励。 12 图 超声发射传感器频率特性 另外，超声波接收传感器的频率特性与发射传感器的频率特性类似。 曲线在 40KHz处曲线最尖锐，输出电信号的振幅 最大，即在 40KHz 处接收灵敏度最高。 因此，超声波接收传感器具有很好的频率选择特性。 超声接收传感器的频率特性曲线和输出端外接电阻 R 也有很大关系，如果 R 很大，频率特性是尖锐共振的，并且在这个共振频率上灵敏度很高。 如果 R 较小，频率特性变得光滑而且有较宽的带宽，同时灵敏度以随之降低。 并且最大灵敏的向稍低的频率移动。 因此，超声接收传感器应与输入阻抗的前置放大器配合使用，才能有较高的接收灵敏度。 考虑到实际工程测量的要求，可以选用超声波频率 f = 40KHz，波长 λ =。 超声波传感器的指向 特性 实际的超声波传感器中的压电晶片是一个小圆片，可以把表面上每个点看成一个振荡器，辐射出一个半球而波（子波）， 这些子波没有指向性。 但离开超声传感器的空间某一点的声压是这些子波迭加的结果（衍射），却有指向性。 超声传感器的指向图由一个主瓣和几个副瓣构成，其物理意义是 0度时电压最大，角度逐渐增大时，声压减小。 超声传感器的指向角一般为 40度到 80度，本设计要求传感器的指向角为 75度。 图 电路中选用的发射传感器的指向特性及结构。 图 超声波传感器指向特性及结构 13 单片机的选择 本系统中所用到 的单片机为 STC89C51，以下是对其功能与结构的简单介绍。 STC89C51的简介 STC89C51是兼容 8051内核的单片机，是高速低功耗的新一代 8051单片机， 12时钟机器周期和 6时钟周期可反复设置。 STC89C51的主要性能参数和特点 1． 增强型 6时钟机器周期， 12时钟机器周期， 8051CPU。 2． 工作电压： –。 3． 工作频率范围： 0 – 40 MHZ，相当于普通 8051的 0 – 80 MHZ，实际工作 频率可达 48MHZ。 4． 用户应用程序空间 4K/8K/16K/20K/32K/64K 字节。 5． 片上集成 512字节 /1280字节 RAM。 6． 通用 I/0口（ 32/36个），复位后为： P1/P2/P3/P4是准双向口 /弱上拉（普通 8051传统 I/0口） PO 口是开漏输入，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7． ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器可通过串口（ ） 直接下载用户程序， 8K 程序 3秒即可完成一 片。 8． EEPROM 功能。 9．看门狗。 10．内部集成 MAX810专用复位电路（ D 版本才有 0）外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路。 11．共 3个 16位定时器 /计数器。 12．外部中断 2路，下降沿中断或电平触发中断， power down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。 13．通用异步串行口（ UART）。 14．工作温度范围 :075℃ /40 +85℃。 ： PDIP40,PLCC44,PQFP44。 超声波传感器的选择 超声波传感器的简介 超声波传感器选择的是 DYPME007 超声波测距模块，可提供 的非接触式距离感测功能，包括超声波发射器、接收器与控制电路。 其基本工作原理为给予此超声波测距模块触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块 14 输出回响信号，以触发信号和回响信号间的时间差，来判定物体的距离。 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。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。 小功率超声探头多作探测作用。 它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收 ）等。 超声波传感器的技术参数 1． 工作电压： DC5V； 2． 静态电流：小于 2mA； 3． 电平输出：高 5V； 4． 电平输出：低 0V； 5． 感应角度：不大于 15 度 ； 6． 感应距离： 4cm5m； 7． 高精度：。 本章小结 本章介绍了系统硬件的设计，对硬件的选择做了介绍和分析，以及硬件个部分的组成，对硬件部分的搭建做了充分的准备。 15 第 4 章 倒车雷达 的软件设计 软 件总体结构框图 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及显示子程序四个主要模块组成。 软件设计的总体结构框图如图 图 程序总体框图 软件设计各程序简介 （ 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） 按键扫描模块：此模块用来通过键盘控制倒车雷达的工作。 （ 4） 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入时，对输入信号进行处理。 （ 5） 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。 （ 6） 蜂鸣 报警模块 ：当所测距离小于一定值时，通过 蜂鸣 报警来挺行驾驶员。 系统初始化程序 按键扫描模块 液晶显示模块 运算结果处理模块 发射接收控制模块 蜂鸣报警模块 系统各功能模块 16 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。