多功能倒车雷达的设计与制作
摘 要
本文设计了一款基于AT89C51单片机的多功能倒车雷达，它采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为控制核心，片外结合T/R-40-12小型超声波传感器模块、LCD1602液晶显示器模块、DS18B20温度传感器、报警模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成本倒车雷达的硬件系统。当倒车雷达安装在汽车尾部时，通过系统上的超声波模块来采集使用者距离后方障碍物的距离，然后通过单片机对采集数据进行处理，当距离少于临界距离时，单片机将驱动蜂鸣器进行报警提示司机；当后方无障碍物时，倒车雷达处于待机模式。经过大量的实验测试，本倒车雷达性能稳定，携带便捷，能够做到随时随地地辅助司机倒车，从而预防事故的发生，另外为了增加体验度，本系统还增加了车外温度测量功能，不仅如此，它对单片机以及超声波技术的推广也具有一定的积极作用。
【关键词】：倒车雷达，AT89C51，超声波模块
摘 要 1
Abstract 1
引言 2
(一)倒车雷达的发展背景 2
（二）倒车雷达的国内外发展现状 3
（三）本文主要内容 3
一、方案选择及元器件介绍 4
（一）主控核心选择 4
（二）AT89C51单片机介绍 5
（三）HC-SR04超声波传感器 6
（四）DS18B20温度传感器概述 7
（五）LCD1602液晶显示器介绍 8
二、硬件系统设计 9
（一）方案设计 9
（二）AT89C51单片机最小系统构建 9
（三）晶振电路设计 9
（四）复位电路设计 10
（五）超声波传感器原理图设计 10
（六）温度测量电路设计 11
（七）LCD1602液晶显示器电路设计 12
（八）报警模块电路设计 12
四、软件系统设计 13
（一）软件系统流程图设计 13
（二）超声波测距流程设计 14
（三）DS18B20温度转换流程设计 15
（四）LCD1602显示流程设计 16
（五）报警流程图设计 17
五、实物调试 18
（一）实物调试的必要性 18
（二）调试过程中出现的问题 19
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 实物图 25
附录四 元件列表 26
附录五 程序 27
引言
(一)倒车雷达的发展背景
随着国民经济的迅速发展以及人们生活质量的大幅提高，私家车几乎进入了大多数家庭，成为了一种平民化交通工具，然而据最近的一份数据显示，由司机不当驾驶或者驾驶技术不合格造成的交通事故越来越多，这侧面反应了如今只通过驾校的学习也不能完全驾驶好汽车。调查显示目前好多私家车驾驶员越来越多地依赖车上的辅助行车设备进行驾驶，如利用导航仪进行路线导航，从而避免不熟悉路况的情况下顺利到达目的地，又比如通过倒车摄像头来进行倒车，使得倒车入库变得不再那么难。调查显示，很多驾驶员呼吁车上能够配置更多的行车辅助设备，他们不仅要求辅助设备灵活好用，还要价格低廉，能够被大多数人所接受。因此本文以基于超声波测距的倒车防撞报警系统为课题，提出以超声波测距为基础，结合其他必要模块设计一款简单实用并且价格低廉的行车辅助系统。根据文献显示，超声波最早是由斯帕拉捷发现的，他根据蝙蝠能在黑夜中自由快速飞行，经过大量实验后，得出了蝙蝠能够发出一种人耳听不见的声波，通过这种超声波的指引，蝙蝠才得以自由飞翔，由于这种声波的频率大于20khz，超过了人耳听觉的上限，因此被称为超声波，经过后来相关仪器的测量，发现超声波具有很强的能量集中性，不容易发散，因此非常适合测距、测速以及其他一些医疗功能，随着电子技术以及半导体技术的发展，技术人员设计了超声波传感器，这种传感器不但能够发出超声波，同时能够对反射回来的超声波进行接收，这使得超声波传感器被广泛用于自动化场合，如能够自动避障的智能小车，就是基于超声波测距的原理。通过超声波测距来引导汽车倒车入库同时避免撞墙有很多实用的价值，一是超声波不易发散，测到的距离非常精确和准确，能够有效地辅助司机倒车；二是这种控制系统的报警提示音比较明显，当车位与后方障碍物的距离小于一定距离后，报警器立即发出具有一定频率的“嘀嘀”声，距离越小，“嘀嘀”声的频率越高，从而能在心理上加紧小心；三是这种控制系统不但效果好，其成本也非常地低廉，与目前常用的摄像头倒车仪相比，具有同样的效果。因此本文以此为课题，不但能够起到推广单片机应用的效果，更能够降低汽车的生产成本。
（二）倒车雷达的国内外发展现状
目前国际上对于倒车雷达的研究和开发正处于如火如荼的状态，各种新型的智能汽车正在不断地投入到生产和人们的生活中，为了不失设计的高科技性以及实用性，倒车雷达正朝着多功能以及多传感器化发展，目前国内外对于倒车雷达的研究者主要在于提高倒车雷达的处理速度以及测量结果准确性上，以此来给司机提供更多方位的信息，减少交通事故的发生。
（三）本文主要内容
本课题主要设计了一款基于超声波的倒车雷达设计，将本系统配置在轿车上使用时，倒车途中如后方障碍物与车尾距离小于安全距离时，控制系统立即发出报警信号，提醒司机引起注意，另外报警信号的频率和车位距障碍物的距离有关系，距离越小则蜂鸣器发出的“滴滴滴”报警信号频率越快，频率越快越能引起司机的谨慎和紧张。
设计以AT89C51单片机芯片、时钟电路以及复位电路三个部分组成51单片机最小系统，负责系统的的数据处理、超声波模块的驱动、LCD1602液晶屏驱动以及蜂鸣器报警模块的驱动等。倒车雷达主要依托于超声波的测距功能，当超声波模块发射出超声波时，在传播过程中如果遇到障碍物，超声波会原路返回并被超声波模块接收到，单片机只需要对超声波从发出到返回的这段时间进行计算，就可通过超声波的速度计算出发射位置距离障碍物的大小。该过程能实现主要是因为超声波在传播过程具有不易发散的性能，即发射和接收回来的超声波强度大小相等。AT89C51单片机通过其外部触发中断管脚(P3.2和P3.3)进行超声波发射和接收的时间计算，当AT89C51单片机驱动HC—SR04超声波模块发射超声波时，其发射中断管脚会同时输出一个高电平给51单片机的P3.2中断管脚INT0，在INT0中断时计时器T0被立即启动，开始计时；当超声波返回并被HC—SR04接收到时，其接收中断管脚会同时输出一个脉冲给51单片机的P3.3中断管脚INT1，在INT1中断时立即停止计时器T0的工作，这样51单片机就得到了超声波发射和接收过程所用的时间，由于超声波在空气中的传输速度是340m/s，这样将两者相乘并除以2，就是车尾距障碍物的大小。为了实现测量数据的显示，本系统选用LCD1602液晶屏作为显示模块，其清晰度高并且成本低的特点非常适合用于本系统。报警模块主要由蜂鸣器和SI2302型MOS管组成，由于51单片机的最大输出电流很微弱，不能够直接驱动蜂鸣器，因此通过MOS的扩流作用，实现蜂鸣器的驱动，对于本课题的能力要求主要有以下几点。
1、熟练使用AT89C51单片机，掌握其外部中断、定时器寄存器的配置以及51最小系统的设计。查阅HC—SR04模块的Datasheet，根据官方资料进行其电路模块设计。
2、能够通过Protel绘制电路图和PCB图，会使用Proteus对系统进行仿真。
3、首先查阅AT89C51的官方资料，根据官方提供的资料进行电路设计，并查阅相关的文献资料，通过大量的实验来不断改进。
本文设计了一款基于AT89C51单片机的多功能倒车雷达，它采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为控制核心，片外结合T/R-40-12小型超声波传感器模块、LCD1602液晶显示器模块、DS18B20温度传感器、报警模块、晶振电路模块以及复位电路等模块而构成本倒车雷达的硬件系统。当倒车雷达安装在汽车尾部时，通过系统上的超声波模块来采集使用者距离后方障碍物的距离，然后通过单片机对采集数据进行处理，当距离少于临界距离时，单片机将驱动蜂鸣器进行报警提示司机；当后方无障碍物时，倒车雷达处于待机模式。经过大量的实验测试，本倒车雷达性能稳定，携带便捷，能够做到随时随地地辅助司机倒车，从而预防事故的发生，另外为了增加体验度，本系统还增加了车外温度测量功能，不仅如此，它对单片机以及超声波技术的推广也具有一定的积极作用。
【关键词】：倒车雷达，AT89C51，超声波模块
摘 要 1
Abstract 1
引言 2
(一)倒车雷达的发展背景 2
（二）倒车雷达的国内外发展现状 3
（三）本文主要内容 3
一、方案选择及元器件介绍 4
（一）主控核心选择 4
（二）AT89C51单片机介绍 5
（三）HC-SR04超声波传感器 6
（四）DS18B20温度传感器概述 7
（五）LCD1602液晶显示器介绍 8
二、硬件系统设计 9
（一）方案设计 9
（二）AT89C51单片机最小系统构建 9
（三）晶振电路设计 9
（四）复位电路设计 10
（五）超声波传感器原理图设计 10
（六）温度测量电路设计 11
（七）LCD1602液晶显示器电路设计 12
（八）报警模块电路设计 12
四、软件系统设计 13
（一）软件系统流程图设计 13
（二）超声波测距流程设计 14
（三）DS18B20温度转换流程设计 15
（四）LCD1602显示流程设计 16
（五）报警流程图设计 17
五、实物调试 18
（一）实物调试的必要性 18
（二）调试过程中出现的问题 19
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 实物图 25
附录四 元件列表 26
附录五 程序 27
引言
(一)倒车雷达的发展背景
随着国民经济的迅速发展以及人们生活质量的大幅提高，私家车几乎进入了大多数家庭，成为了一种平民化交通工具，然而据最近的一份数据显示，由司机不当驾驶或者驾驶技术不合格造成的交通事故越来越多，这侧面反应了如今只通过驾校的学习也不能完全驾驶好汽车。调查显示目前好多私家车驾驶员越来越多地依赖车上的辅助行车设备进行驾驶，如利用导航仪进行路线导航，从而避免不熟悉路况的情况下顺利到达目的地，又比如通过倒车摄像头来进行倒车，使得倒车入库变得不再那么难。调查显示，很多驾驶员呼吁车上能够配置更多的行车辅助设备，他们不仅要求辅助设备灵活好用，还要价格低廉，能够被大多数人所接受。因此本文以基于超声波测距的倒车防撞报警系统为课题，提出以超声波测距为基础，结合其他必要模块设计一款简单实用并且价格低廉的行车辅助系统。根据文献显示，超声波最早是由斯帕拉捷发现的，他根据蝙蝠能在黑夜中自由快速飞行，经过大量实验后，得出了蝙蝠能够发出一种人耳听不见的声波，通过这种超声波的指引，蝙蝠才得以自由飞翔，由于这种声波的频率大于20khz，超过了人耳听觉的上限，因此被称为超声波，经过后来相关仪器的测量，发现超声波具有很强的能量集中性，不容易发散，因此非常适合测距、测速以及其他一些医疗功能，随着电子技术以及半导体技术的发展，技术人员设计了超声波传感器，这种传感器不但能够发出超声波，同时能够对反射回来的超声波进行接收，这使得超声波传感器被广泛用于自动化场合，如能够自动避障的智能小车，就是基于超声波测距的原理。通过超声波测距来引导汽车倒车入库同时避免撞墙有很多实用的价值，一是超声波不易发散，测到的距离非常精确和准确，能够有效地辅助司机倒车；二是这种控制系统的报警提示音比较明显，当车位与后方障碍物的距离小于一定距离后，报警器立即发出具有一定频率的“嘀嘀”声，距离越小，“嘀嘀”声的频率越高，从而能在心理上加紧小心；三是这种控制系统不但效果好，其成本也非常地低廉，与目前常用的摄像头倒车仪相比，具有同样的效果。因此本文以此为课题，不但能够起到推广单片机应用的效果，更能够降低汽车的生产成本。
（二）倒车雷达的国内外发展现状
目前国际上对于倒车雷达的研究和开发正处于如火如荼的状态，各种新型的智能汽车正在不断地投入到生产和人们的生活中，为了不失设计的高科技性以及实用性，倒车雷达正朝着多功能以及多传感器化发展，目前国内外对于倒车雷达的研究者主要在于提高倒车雷达的处理速度以及测量结果准确性上，以此来给司机提供更多方位的信息，减少交通事故的发生。
（三）本文主要内容
本课题主要设计了一款基于超声波的倒车雷达设计，将本系统配置在轿车上使用时，倒车途中如后方障碍物与车尾距离小于安全距离时，控制系统立即发出报警信号，提醒司机引起注意，另外报警信号的频率和车位距障碍物的距离有关系，距离越小则蜂鸣器发出的“滴滴滴”报警信号频率越快，频率越快越能引起司机的谨慎和紧张。
设计以AT89C51单片机芯片、时钟电路以及复位电路三个部分组成51单片机最小系统，负责系统的的数据处理、超声波模块的驱动、LCD1602液晶屏驱动以及蜂鸣器报警模块的驱动等。倒车雷达主要依托于超声波的测距功能，当超声波模块发射出超声波时，在传播过程中如果遇到障碍物，超声波会原路返回并被超声波模块接收到，单片机只需要对超声波从发出到返回的这段时间进行计算，就可通过超声波的速度计算出发射位置距离障碍物的大小。该过程能实现主要是因为超声波在传播过程具有不易发散的性能，即发射和接收回来的超声波强度大小相等。AT89C51单片机通过其外部触发中断管脚(P3.2和P3.3)进行超声波发射和接收的时间计算，当AT89C51单片机驱动HC—SR04超声波模块发射超声波时，其发射中断管脚会同时输出一个高电平给51单片机的P3.2中断管脚INT0，在INT0中断时计时器T0被立即启动，开始计时；当超声波返回并被HC—SR04接收到时，其接收中断管脚会同时输出一个脉冲给51单片机的P3.3中断管脚INT1，在INT1中断时立即停止计时器T0的工作，这样51单片机就得到了超声波发射和接收过程所用的时间，由于超声波在空气中的传输速度是340m/s，这样将两者相乘并除以2，就是车尾距障碍物的大小。为了实现测量数据的显示，本系统选用LCD1602液晶屏作为显示模块，其清晰度高并且成本低的特点非常适合用于本系统。报警模块主要由蜂鸣器和SI2302型MOS管组成，由于51单片机的最大输出电流很微弱，不能够直接驱动蜂鸣器，因此通过MOS的扩流作用，实现蜂鸣器的驱动，对于本课题的能力要求主要有以下几点。
1、熟练使用AT89C51单片机，掌握其外部中断、定时器寄存器的配置以及51最小系统的设计。查阅HC—SR04模块的Datasheet，根据官方资料进行其电路模块设计。
2、能够通过Protel绘制电路图和PCB图，会使用Proteus对系统进行仿真。
3、首先查阅AT89C51的官方资料，根据官方提供的资料进行电路设计，并查阅相关的文献资料，通过大量的实验来不断改进。
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