汽车倒车雷达系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

汽车倒车雷达系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

结果被送至 LED 数码管进行显示。 发射接收时间对测量精度的影响分析 采用 TR40 压电超声波传感器，脉冲发射由单片机控制，发射频率 40KHz ，忽略脉冲电路硬件产生的延时，可知由软件生成的起始时间对于一般要求的精度是可靠的。 对于接收到的回波，超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减，其衰减遵循指数规律。 设测量设备基准面距被测物距离为 h，则空气中传播的超声波波动方程为： 数字显示 复位键 单 片 机 发射驱动 接收处理 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 9 s RTC M       kh t + k t e t + k t20A A c o s A c o s （ 32） 由以上公式可知，超声波在传播过程中存在衰减，且超声波频率越高，衰减越快，但频率的增高有利于提高超声波的指向性。 经以上分析，超声波回波的幅值在传播过程中衰减很大，收到的回波信号可能十分微弱，要想判断捕获到的第一个回波确定准确的接受时间，必须对收到的信号进行足够的放大，否则不正确的判断回波时间，会对超声波测量精度产生影响。 当地声速对超声波测距测量精度的影响远远要比收发时间的影响严重。 超声波在大气中传播的速度受介质气体的温度、密度及气体 分子成分的影响，即： （ 33） 由上式知，在空气中，当地声速只决定于气体的温度，因此获得准确的当地气温可以有效的提高超声波测距时的测量精度。 工程上常用的由气温估算当地声速的公式如下：   0C C 1 T 273 （ 34） 式中 C0=； T为绝对温度，单位 为 k。 式 （ 34） 一般能为声速的换算提供较为准确的结果。 实际情况下，温度每上升或者下降 1 ℃ , 声速将增加或者减少 ，这个影响对于较高精度的测量是相当严重的。 因此提高超声波测量精度的重中之重就是获得准确的当地声速。 对于时间误差主要由发送计时点和接收计时点准确性确定，为了能够提高计时点选择的准确性，本文提出了对发射信号和 接 收信号通过校正的方式来实现准确计时。 此外，当要求测距误差小于1mm 时，假定超声波速度 C=344m/s(20℃ 室温 )，忽略声速的传播误差 ，则 测距误差 S△ t 002 907s，即。 根据以上 计算可知，在 超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要 再 达到微秒级，就能保证测距误差小于 1mm的误差。 使用的 12 MHz 晶体作时钟基准的 STC89C52RC 单片机定时器能方便的计数到1μs 的精度，因此系统采用 STC89C52RC 的定时器能保证时间误差在 1mm 的测量范围内。 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河南理工大学毕业设计（论文）说明书 10 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。 在下一节里，我们将详细介绍 汽车倒车雷达 系统 的各部分电路的设计思路及方法。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 11 4 系统 硬件设计 系统设计 采用 STC89C52RC 单片机作为主控制器，用动态扫描法实现 LED 数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器和计数器来完成， 汽车倒车雷达系统 的系统框图如图 41 所示： 发射 障 碍 接收 物 图 41 超声波测距系统框图 系统 框图中的 STC89C52RC 单片机 用来协调各个单元， 超声波接收电路用来收集接收的信号，超声波发射电路用来发射 40khz 的信号，存储器用来存储接收的信号，用 LED数码管显示距离。 芯片 STC89C52RC 介绍 STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超强抗干 扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机， 12 时钟 /机器周期和 6时钟 /机器周期可以任意选择。 主要特性如下： 1） 增强型 8051 单片机， 6 时钟 /机器周期和 12 时钟 /机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051. 2） 工作电压： ～ （ 5V 单片机） /～ （ 3V单片机） 3） 工作频率范围： 0～ 40MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz，实际工作频率可达 48MHz 4） 用户应用程序空间为 8K 字节 5） 片上集成 512字节 RAM 6） 通用 I/O 口（ 32 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口 ， 需加上拉电路，数字显示 复位键 单 片 机 发射驱动 接收处理 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 P0口是漏极开路输出，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，无需专用仿真器，可通过串口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8） 具有 EEPROM 功能 9） 具有看门狗功能 10） 共 3个 16位定时器 /计数器。 即定时器 T0、 T T2 11） 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 12） 通用异步串行口（ UART），还可用定时器软件实现 多个 UART 13） 工作温度范围： 40～ +85℃（工业级） /0～ 75℃（商业级） 14） PDIP 封装 STC89C52RC 单片机的工作模式  掉电模式：典型功耗 A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序  空闲模式：典型功耗 2mA  正常工作模式：典型功耗 4mA～ 7mA  掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 13 42 STC89C52RC引脚图 STC89C52RC 引脚功能说明 VCC（ 40 引脚）：电源电压 VSS（ 20 引脚）：接地 P0端口（ ～ ， 39～ 32引 脚）： P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。 作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，对端口 P0 写入“ 1”时，可以作为高阻抗输入。 在访问外部程序和数据存储器时， P0 口也可以提供低 8 位地址和 8位数据的复用总线。 此时， P0 口内部上拉电阻有效。 在 Flash ROM 编程时， P0 端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。 验证时，要求外接上拉电阻。 P1端口（ ～ ， 1～ 8引脚）： P1口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式） 4个 TTL 输入。 对端口写 入 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。 P1 口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（ ）。 此外， 和 还可以作为定时器 /计数器 2的外部技术输入（ ）和定时器 /计数器 2 的触发输入（ ）。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 14 在对 Flash ROM 编程和程序校验时， P1接收低 8位地址。 P2端口（ ～ ， 21～ 28引脚）： P2口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式） 4个 TTL 输入。 对端口写入 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。 P2 作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（ ）。 在访问外部程序存储器和 16 位地址的外部数据存储器（如执行“ MOVX @DPTR”指令）时， P2送出高 8位地址。 在访问 8位地址的外部数据存储器（如执行“ MOVX @R1”指令）时， P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（ SFR）区中的 P2 寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。 在对 Flash ROM 编程和程序校验 期间， P2 也接收高位地址和一些控制信号。 P3端口（ ～ ， 10～ 17引脚）： P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。 P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4 个 TTL 输入。 对端口写入 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。 P3 做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（ ）。 在对 Flash ROM 编程或程序校验时， P3还接收一些控制信号。 P3口除作为一般 I/O口外，还有其他一些复用功能。 RST（ 9引脚 ）：复位输入。 当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机 的复位初始化操作。 看门狗计时完成后， RST 引脚输出 96 个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功能无效。 DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/ （ 30 引脚）：地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8位地址的输出脉冲。 在 Flash 编程时，此引脚（ ）也用作编程输入脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可 用来作为外部定时器或时钟使用。 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作将无效。 这一位置“ 1”， ALE仅在执行 MOVX 或 MOV 指令时有效。 这个 ALE 能 使 标志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 （ 29引脚）：外部程序存储器选通信号（ ）是外部程序存储器选通信号。 当STC89C52RC从外部程序存储器执行外部代码时， 在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时， 将不被激活。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 15 /VPP（ 31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令， 必须接 GND。 注意方式 1 时， 将内部锁定位 RESET。 为了执行内部程序指令， 应该接 VCC。 在 Flash 编程期间， 也接收 12 伏 VPP 电压。 XTAL1（ 19引脚）：振荡器反相放大器和内 部时钟发生电路的输入端。 XTAL2（ 18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。 超声波传感器是应用传感器头部的压振陶瓷的振动，产生高频 (人耳听不见 )声波来进行 感应的，假如这声波碰到了某个物体反射回来，传感器就能接 收 到回波。 传感器依据声波波长和发射及接 收 回波的时间差就能肯定传感器探头与物体之间的间隔。 总体上讲，超声波发生器可分为两大类：一类是用电气方式产生的超声波，一类是用机械方式产生超声波。 电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。 他们所产生的超声波的 频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。 目前较为常用的是压电式超声波发生器，利用压电效应的原理，压电效应有逆变效应和顺 变 效应，超声波传感器是可逆元件，超声波发送器就是利用压电逆 变 效应的原理。 所谓压电逆 变 效应，是在压电元件上施加电压，元件就变形，即称应变。 若在已极化的压电陶瓷上施加 正 极性的电压，外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥。 由于相斥的作用 ，压电陶瓷在厚度方向上缩短，在长度方向上伸长。 若外部施加的极性 相反，压电陶瓷在厚度方向上伸长，在长度方向上缩短。 超声波传感器采用双晶振子，即把双压电陶瓷片 以相反极化方向粘在一起，在长度方向上，一片伸长，另一片就缩短。 在双晶振子的两面涂敷薄膜电极，其上面用引线通过金属板 (振动板 )接到一个电极端，下面用引线直接接到另一个电。