倒车控制系统中超声波测距仪的设计
摘 要本论文主要对一款通过STC89C51单片机的倒车测距仪控制系统进行了研发和构建，通过对目前国内外市场上常用的倒车测距仪进行了广泛调查之后，看出该系统成本比较高，本论文认为可以通过STC89C51单片机结合LCD1602、有源蜂鸣器和HC-SR04超声波传感器等元件完成一种性价比都远高于相关产品的设计。在硬件上通过对单片机最小系统电路以及LCD1602液晶屏电路、有源蜂鸣器电路和HC-SR04传感器电路等电路的构建，制作了一种能够实现超声波发射和接收、超声波前进时间计量、距离计算、距离过近报警以及高清度液晶显示等功能的系统，通过了大量的优化设计并对每个指标进行反复测试之后，这款系统表现出了较高的稳定性能和实用性，更为重要的是这个系统工作效率方面特别高，符合低功耗特征，假如把它进行推向市场而且推向市场，可以对降低市场上相关产品的成本具有明显效果。
目录
一、 引言 1
（一） 倒车测距仪的发展背景 1
（二） 倒车测距仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 倒车测距仪的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 4
（三） LCD1602简介 5
（四） 有源蜂鸣器简介 5
（五） HCSR04超声波传感器简介 6
（六） 机械按键介绍 7
三、 系统硬件设计 8
（一） 最小系统电路设计 8
1. 复位电路构建 8
2. 时钟电路设计 8
（二） LCD1602电路设计 9
（三） 有源蜂鸣器电路设计 9
（四） HCSR04超声波传感器电路设计 10
（五） 按键电路设计 11
四、 系统软件设计 12
（一） 倒车测距仪的主程序流程设计 12
（二） LCD1602流程设计 13
（三） 有源蜂鸣器流程设计 13
（四） HCSR04超声波传感器流程设计 14
五、 仿真系统设计 16
总结 18
参考文献 19 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
倒车测距仪的发展背景
在最近短短一二十年时间中，传感器技术以及微处理器技术的飞速发展给倒车测距仪控制系统的发展带来了新的篇章，智能识别、大数据快速运算等功效使倒车测距仪控制系统被重新定义，智能概念的光环开始笼罩着这类倒车测距仪系统，这些新型功能和强大的数据处理效果给使用者的生产生活带来了极大的方便，使用者只需通过简要的操作即可完成前所未有的众多新型功能，这些新功能在以往的传统倒车测距仪控制系统中是没有办法看到的。伴随着科学技术的持续前进和电子技术的渐渐趋向于传感化和智能化，人们生活中的绝大多数经常用到的东西都将逐步被电子系统给取代掉，这是人类社会的一个显著的发展趋势，就如本课题将要研发的该倒车测距仪控制系统，它也是一种出现比较早的系统，但随着时间的迁移，它一直不断地跟随着电子技术的发展脚步而一起发展，现如今它已经不再是那个老式的只能完成几个简单功能的倒车测距仪系统了。倒车测距仪系统的快速发展使用户对数据处理和其它智能特性提出了愈发高的要求，而要实现这些近似苛刻的期望，首要的重要技术是提升其里面微处理器关键部分的功效，一些早期的倒车测距仪控制系统是以8位微处理器作为主控器件的，这类内核在单位时间内仅能对8比特的二进制数据进行运算，这类运算性能相比于目前大肆流行的32位机和64位机来说，可以说是小巫见大巫了，因此曾经在这种数据运算能力下，倒车测距仪控制系统仅仅能够完成几项简易的功效。飞速发展的经济在实质上是对人们生活的根本改变，该过程能够很好的反映在人们对倒车测距仪控制系统的见解上，过去人们仅仅满足在其几项简单功能，而在一切都成熟之后，不同的使用者对于倒车测距仪控制系统都有一套自己的见解，良好的人机交互界面、友好的数据交互接口以及愈加智能的工作方式在一定程度上迎合了使用者的常见青睐。
近些年来32位内核研发技术的飞速发展使得控制芯片进入了高速运算时代，这个技术的成熟无疑给倒车测距仪控制系统带来了上帝的福音，好似受到了最强劲的加持，在信号运算性能上相比过去的8位机就提升了4倍，那么这给倒车测距仪系统的性能带来了不仅是性能上的增加，更给控制系统赠予了更加流畅的工作性能。本论文的设计理念是一种高性价比倒车测距仪控制系统，然而并没有采用32位处理器来当作主控，只是使用STC89C51单片机来进行操控，仅仅是通过该款8位单片机的处理，就已经可以对很多现有产品进行改进了。
倒车测距仪的国内外发展现状
通过对中国知网上的期刊文献进行调研查阅，前段时间美国芝加哥大学一个和倒车测距仪系统相关的研究小组发布了一条公告，宣布他们最新发布了一种特别用作完成倒车测距仪系统进行数据采集的高性能传感器，这种类型的传感器集合了多种探头，通过这款传感器的工作可以为系统提供多个上的采集数据并且通过传感模块内部主控器的处理，把这些信号进行整合和提取，把底层数据中有效的数据提取出来送入到信息层并通过高速SPI接口送出，该款高性价比传感模块的推出将标志着对于倒车测距仪控制系统的设计又取得了一大进步。通过对电子器件市场上现存的倒车测距仪系统进行了一次完全调研后能够得出一个结论，与之相关的不论是半成品模块还是完整产品，国产和进口之间的成本不在同一水平上，国产产品比进口产品的成本低好几个档次，通过现场询问以及提供的参考资料查看后可以发现，在使用场合和多数的参数精度上，国产产品要比进口产品的功效低，可想在倒车测距仪控制系统的重点技术掌握方面，国内的生产厂家还没有走在时代的前列。
本文主要研究内容
1、设计参数显示电路，通过对LCD1602液晶屏的驱动，将待显示的参数通过单片机送入液晶屏内部；
2、设计有源蜂鸣器电路，实现对倒车测距仪系统的报警功能；
3、配置距离检测电路，通过超声波传感器实现对距离的测量
方案设计及元器件选择
倒车测距仪的方案设计
本章主要对基于超声波的超声波测距仪的方案进行设计，如下图所示，将被测距离夹于超声波测距仪超声波探头及挡板之间，进行距离测量时，超声波测距仪向挡板（障碍物）发出超声波，超声波在传送到挡板时将会被反射回来并被超声波测距仪的超声波模块接收到。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，因此只要将超声波的发射和反射总时间t测量到就可以得到被测距离S，公式如下：
S=340*t/2
图1 距离测量方案设计
在对倒车测距仪系统的硬件电路原理图以及目标代码构建此前，本论文对倒车测距仪控制系统的所有将要实现的目标进行了归纳和总结，将所有功能划分到相应的模块电路中，通过对各个功能模块进行详细设计，从而完成最后的课题目标，接着的倒车测距仪系统结构框图可以清楚的显示该系统的设计方案，可以看出该系统是在STC89C51单片机场合上进行设计的，各必要模块与单片机芯片的传输数据方向根据框图中的箭头进行流动。
框图中的单片机是最小系统电路的组成部分，实现对LCD1602、有源蜂鸣器和HCSR04超声波传感器等电子元器件的正常控制它还需要复位电路和时钟电路的构建，参数显示电路用于实现点阵显示的功能，报警信号生成电路用于实现发送报警的功能，距离测量电路用于实现快速检测距离的功能，。
目录
一、 引言 1
（一） 倒车测距仪的发展背景 1
（二） 倒车测距仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 倒车测距仪的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 4
（三） LCD1602简介 5
（四） 有源蜂鸣器简介 5
（五） HCSR04超声波传感器简介 6
（六） 机械按键介绍 7
三、 系统硬件设计 8
（一） 最小系统电路设计 8
1. 复位电路构建 8
2. 时钟电路设计 8
（二） LCD1602电路设计 9
（三） 有源蜂鸣器电路设计 9
（四） HCSR04超声波传感器电路设计 10
（五） 按键电路设计 11
四、 系统软件设计 12
（一） 倒车测距仪的主程序流程设计 12
（二） LCD1602流程设计 13
（三） 有源蜂鸣器流程设计 13
（四） HCSR04超声波传感器流程设计 14
五、 仿真系统设计 16
总结 18
参考文献 19 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
倒车测距仪的发展背景
在最近短短一二十年时间中，传感器技术以及微处理器技术的飞速发展给倒车测距仪控制系统的发展带来了新的篇章，智能识别、大数据快速运算等功效使倒车测距仪控制系统被重新定义，智能概念的光环开始笼罩着这类倒车测距仪系统，这些新型功能和强大的数据处理效果给使用者的生产生活带来了极大的方便，使用者只需通过简要的操作即可完成前所未有的众多新型功能，这些新功能在以往的传统倒车测距仪控制系统中是没有办法看到的。伴随着科学技术的持续前进和电子技术的渐渐趋向于传感化和智能化，人们生活中的绝大多数经常用到的东西都将逐步被电子系统给取代掉，这是人类社会的一个显著的发展趋势，就如本课题将要研发的该倒车测距仪控制系统，它也是一种出现比较早的系统，但随着时间的迁移，它一直不断地跟随着电子技术的发展脚步而一起发展，现如今它已经不再是那个老式的只能完成几个简单功能的倒车测距仪系统了。倒车测距仪系统的快速发展使用户对数据处理和其它智能特性提出了愈发高的要求，而要实现这些近似苛刻的期望，首要的重要技术是提升其里面微处理器关键部分的功效，一些早期的倒车测距仪控制系统是以8位微处理器作为主控器件的，这类内核在单位时间内仅能对8比特的二进制数据进行运算，这类运算性能相比于目前大肆流行的32位机和64位机来说，可以说是小巫见大巫了，因此曾经在这种数据运算能力下，倒车测距仪控制系统仅仅能够完成几项简易的功效。飞速发展的经济在实质上是对人们生活的根本改变，该过程能够很好的反映在人们对倒车测距仪控制系统的见解上，过去人们仅仅满足在其几项简单功能，而在一切都成熟之后，不同的使用者对于倒车测距仪控制系统都有一套自己的见解，良好的人机交互界面、友好的数据交互接口以及愈加智能的工作方式在一定程度上迎合了使用者的常见青睐。
近些年来32位内核研发技术的飞速发展使得控制芯片进入了高速运算时代，这个技术的成熟无疑给倒车测距仪控制系统带来了上帝的福音，好似受到了最强劲的加持，在信号运算性能上相比过去的8位机就提升了4倍，那么这给倒车测距仪系统的性能带来了不仅是性能上的增加，更给控制系统赠予了更加流畅的工作性能。本论文的设计理念是一种高性价比倒车测距仪控制系统，然而并没有采用32位处理器来当作主控，只是使用STC89C51单片机来进行操控，仅仅是通过该款8位单片机的处理，就已经可以对很多现有产品进行改进了。
倒车测距仪的国内外发展现状
通过对中国知网上的期刊文献进行调研查阅，前段时间美国芝加哥大学一个和倒车测距仪系统相关的研究小组发布了一条公告，宣布他们最新发布了一种特别用作完成倒车测距仪系统进行数据采集的高性能传感器，这种类型的传感器集合了多种探头，通过这款传感器的工作可以为系统提供多个上的采集数据并且通过传感模块内部主控器的处理，把这些信号进行整合和提取，把底层数据中有效的数据提取出来送入到信息层并通过高速SPI接口送出，该款高性价比传感模块的推出将标志着对于倒车测距仪控制系统的设计又取得了一大进步。通过对电子器件市场上现存的倒车测距仪系统进行了一次完全调研后能够得出一个结论，与之相关的不论是半成品模块还是完整产品，国产和进口之间的成本不在同一水平上，国产产品比进口产品的成本低好几个档次，通过现场询问以及提供的参考资料查看后可以发现，在使用场合和多数的参数精度上，国产产品要比进口产品的功效低，可想在倒车测距仪控制系统的重点技术掌握方面，国内的生产厂家还没有走在时代的前列。
本文主要研究内容
1、设计参数显示电路，通过对LCD1602液晶屏的驱动，将待显示的参数通过单片机送入液晶屏内部；
2、设计有源蜂鸣器电路，实现对倒车测距仪系统的报警功能；
3、配置距离检测电路，通过超声波传感器实现对距离的测量
方案设计及元器件选择
倒车测距仪的方案设计
本章主要对基于超声波的超声波测距仪的方案进行设计，如下图所示，将被测距离夹于超声波测距仪超声波探头及挡板之间，进行距离测量时，超声波测距仪向挡板（障碍物）发出超声波，超声波在传送到挡板时将会被反射回来并被超声波测距仪的超声波模块接收到。由于超声波在空气中的传播速度为340m/s，因此只要将超声波的发射和反射总时间t测量到就可以得到被测距离S，公式如下：
S=340*t/2
图1 距离测量方案设计
在对倒车测距仪系统的硬件电路原理图以及目标代码构建此前，本论文对倒车测距仪控制系统的所有将要实现的目标进行了归纳和总结，将所有功能划分到相应的模块电路中，通过对各个功能模块进行详细设计，从而完成最后的课题目标，接着的倒车测距仪系统结构框图可以清楚的显示该系统的设计方案，可以看出该系统是在STC89C51单片机场合上进行设计的，各必要模块与单片机芯片的传输数据方向根据框图中的箭头进行流动。
框图中的单片机是最小系统电路的组成部分，实现对LCD1602、有源蜂鸣器和HCSR04超声波传感器等电子元器件的正常控制它还需要复位电路和时钟电路的构建，参数显示电路用于实现点阵显示的功能，报警信号生成电路用于实现发送报警的功能，距离测量电路用于实现快速检测距离的功能，。
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