单片机的超声波测距倒车雷达设计
目 录
一、引言 1
（一） 课题研究的目的和意义 1
（二） 超声波测距方式以及分类 1
（三）利用超声波设计倒车雷达的设计方案选择 2
（四）研究的主要内容及研究步骤 3
二、硬件设计 4
（一）硬件设计原理框图 4
（二） 关于HC-SR04型号的超声波测距模块 5
（三） 关于STC89C51RC单片机 6
(四)模块电路设计 9
（五） 总电路原理图 11
三、软件设计 11
（一）主程序 11
（二） 中断处理程序 14
（三） LED数码管显示的模块程序和利用蜂鸣器分段报警的程序 16
四、仿真 18
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录一：超声波倒车雷达设计的总电路图 22
附录二 ：超声波倒车雷达的设计的程序代码 23
一、引言
（一）课题研究的目的和意义
1.1课题研究的背景
随着科技的迅猛的发展，电子测量技术得到了人们的重视，在车载的雷达系统中，用超声波测量车距的技术得到大众的青睐，但凡20kHz以上的声波都叫超声波，一般的机械波在介质中的传播的规律对于超声波来说一样适用，比如，超声波会在传输介质的分界面的地方发生折射，当进入介质后会被介质吸收导致超声波衰竭等。
2.2 课题研究的意义和目的
超声波测量车的距离得技术是一项非接触式的检测的技术，不会被被测对象所有的颜色以及光线所影响，相比较之下，超声波测距检测速度 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
快，计算简单，操作方便面，且性能比较稳定，汽车倒车雷达的设计能够有效防止和减少频发的交通事故，对于人身的安全的保护和财产的保护起到了非常重要的重用。当今情况下，私家车的数量直线上涨，安全问题不容小觑，假设每辆车上都能安装一个倒车系统，对于城市交通来说，可以起到很大的推动作用。
（二）超声波测距方式以及分类
2.1 超声波产生的方式和它的类型如表1所示
表1 超声波产生的方式及类型
电气方式产生超声压电型
磁致伸缩型
电动型
机械方式产生超声波加尔统笛
液哨
气流旋笛
压电式的超声波发生器在目前存在的发生器当中之中是非常比较常见的和常用的，它有一个共振板以及压电晶片两个，工作原理无非就是利用了谐振的原理，当压电晶片原本的震荡频率和发生器的两极外加脉冲信号的频率相等时，压电晶片就会产生共振，共振板从而就会产生超声波了。要想得到电信号就可以在两极间加上电压，共板收到超声波就会压迫电晶片作震动以此来转换为电信号，此时的电晶片就是我们所介绍的超声波接收器了。图1和图2为传感器的的结构。
图1：传感器的外部结构
图2：传感器的内部结构
2.2超声波测距原理
超声波测距的原理和雷达的测距原理差不多一样，都是首先通过发射器从一边向另一边去发射超声波，超声波的计时是从发射出去的那一瞬间就开始了，超声波在传播的途中，如若若遇到了阻碍物，会立刻反射回来。在空气中，超声波的传播的速度是每秒340米，计时器已经将时间t记录了下来，这样我们就可以得到了从发射点到前方的障碍物的距离s,通过公式我们就得到：s=340t/2
（三）利用超声波设计倒车雷达的设计方案选择
目前常见的测距仪很多，这里列举三中测距仪，并分析一下各自的优缺点。
红外测距仪虽然成本低，但是相对来说精度太低，只适合很短距离的测距，并且对环境条件要求较高；
激光测距的测量数据是非常精确，但是对于倒车系统来说实在是大材小用，且激光的成稿太高，对于测试环境条件也要求很高，不适用在倒车系统；
超声波测距仪同其他类型的产品相对比之下，会显示出很多的优势：（1）对于较差的环境下依旧可以使用，像是遇到雪天，雾霾，下雨的天气，超声波的穿透力强，这样超声波的衰减就会大大减少；（2）超声波测距的制作较简单，成本也很低，很容易被大众所接受。（3）超声波的发散角很大，可多个方位的测量周围的物体，提高停车安全。
当然，超声波自己本身也是有缺点的，与电磁波相比较而言，超声波的传输速度很慢，每当汽车高速行驶在路上的时候，超声波的测距跟不上实时车距的实时变化，会造成测量误差大，但是这个缺点对于倒车系统来说是无关紧要的，毕竟我们考虑到在倒车的时候车速一般不会很高。
为了提高和加强测量精准度，短时间内选择出合理的超声波测距模块显得尤为重要。因而超声波的发射和接收装置我们选择用HC-SR04超声波测距模块。超声测距模块的最大震荡是在40Hz时才能获得，可通过单片机输出脉宽调制信号来产生。
在超声波测距之后，数据还需要显示出来，主要的显示电路分为LED数码管 和LCD显示器，LCD显示器具有低耗电、无辐射，益健康、节省空间、省电等特点，但是相对LED数码管来说成本太高，综合考虑设计需求后，该设计采用价格相对低廉的LED数码管来显示数据。在该设计中还增加了报警功能，在小于设定的安全距离之后，会发出蜂鸣器警报，以此来警告驾驶员注意安全距离。
（四）研究的主要内容及研究步骤
1.主要研究内容
1) 首先选定该设计所需的各部位的配件；
2) 在老师的帮助下完成该设计的硬件部分的设计，完成电路图的设计等；
3) 最后完成该的软件的部分设计，其中包含主程序和各部分的剩下的程序等；
2.设计步骤
1）以STC89C51RC单片机为核心，设计好采集数字信号的电路，计算出被测的距离并将数据传送至显示电路模块；
2）显示电路所选用的是LED数码管（共阴极4位一体）；
3）在单片机电路中外接一个蜂鸣器来实现该设计的报警功能；
4）量程可根据用户的不同需求来通过开关改变。
二、硬件设计
（一）硬件设计原理框图
此次的设计的硬件部分分为以下4个功能模块，分别是基于单片机的时钟复位电路、报警电路、显示电路以及超声波电路。系统原理图如图3所示：
图3 系统原理图
超声波测距模块主要有上图的超声波发射和超声波接收功能，将测试得来的数据转换为数字信号，再由单片机的P1.0口送至单片机系统，单片机计算出的距离数值通过P0.0送到LED数码管显示电路，X1和X2端口接入时钟电路，如图4所示，并在两个引脚之间连接了一个晶振，晶振（12M）和两个电容（30PF）接地，采取并联的连接方式，以使电路更加趋于稳定，如图5。
一、引言 1
（一） 课题研究的目的和意义 1
（二） 超声波测距方式以及分类 1
（三）利用超声波设计倒车雷达的设计方案选择 2
（四）研究的主要内容及研究步骤 3
二、硬件设计 4
（一）硬件设计原理框图 4
（二） 关于HC-SR04型号的超声波测距模块 5
（三） 关于STC89C51RC单片机 6
(四)模块电路设计 9
（五） 总电路原理图 11
三、软件设计 11
（一）主程序 11
（二） 中断处理程序 14
（三） LED数码管显示的模块程序和利用蜂鸣器分段报警的程序 16
四、仿真 18
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录一：超声波倒车雷达设计的总电路图 22
附录二 ：超声波倒车雷达的设计的程序代码 23
一、引言
（一）课题研究的目的和意义
1.1课题研究的背景
随着科技的迅猛的发展，电子测量技术得到了人们的重视，在车载的雷达系统中，用超声波测量车距的技术得到大众的青睐，但凡20kHz以上的声波都叫超声波，一般的机械波在介质中的传播的规律对于超声波来说一样适用，比如，超声波会在传输介质的分界面的地方发生折射，当进入介质后会被介质吸收导致超声波衰竭等。
2.2 课题研究的意义和目的
超声波测量车的距离得技术是一项非接触式的检测的技术，不会被被测对象所有的颜色以及光线所影响，相比较之下，超声波测距检测速度 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
快，计算简单，操作方便面，且性能比较稳定，汽车倒车雷达的设计能够有效防止和减少频发的交通事故，对于人身的安全的保护和财产的保护起到了非常重要的重用。当今情况下，私家车的数量直线上涨，安全问题不容小觑，假设每辆车上都能安装一个倒车系统，对于城市交通来说，可以起到很大的推动作用。
（二）超声波测距方式以及分类
2.1 超声波产生的方式和它的类型如表1所示
表1 超声波产生的方式及类型
电气方式产生超声压电型
磁致伸缩型
电动型
机械方式产生超声波加尔
液哨
气流旋笛
压电式的超声波发生器在目前存在的发生器当中之中是非常比较常见的和常用的，它有一个共振板以及压电晶片两个，工作原理无非就是利用了谐振的原理，当压电晶片原本的震荡频率和发生器的两极外加脉冲信号的频率相等时，压电晶片就会产生共振，共振板从而就会产生超声波了。要想得到电信号就可以在两极间加上电压，共板收到超声波就会压迫电晶片作震动以此来转换为电信号，此时的电晶片就是我们所介绍的超声波接收器了。图1和图2为传感器的的结构。
图1：传感器的外部结构
图2：传感器的内部结构
2.2超声波测距原理
超声波测距的原理和雷达的测距原理差不多一样，都是首先通过发射器从一边向另一边去发射超声波，超声波的计时是从发射出去的那一瞬间就开始了，超声波在传播的途中，如若若遇到了阻碍物，会立刻反射回来。在空气中，超声波的传播的速度是每秒340米，计时器已经将时间t记录了下来，这样我们就可以得到了从发射点到前方的障碍物的距离s,通过公式我们就得到：s=340t/2
（三）利用超声波设计倒车雷达的设计方案选择
目前常见的测距仪很多，这里列举三中测距仪，并分析一下各自的优缺点。
红外测距仪虽然成本低，但是相对来说精度太低，只适合很短距离的测距，并且对环境条件要求较高；
激光测距的测量数据是非常精确，但是对于倒车系统来说实在是大材小用，且激光的成稿太高，对于测试环境条件也要求很高，不适用在倒车系统；
超声波测距仪同其他类型的产品相对比之下，会显示出很多的优势：（1）对于较差的环境下依旧可以使用，像是遇到雪天，雾霾，下雨的天气，超声波的穿透力强，这样超声波的衰减就会大大减少；（2）超声波测距的制作较简单，成本也很低，很容易被大众所接受。（3）超声波的发散角很大，可多个方位的测量周围的物体，提高停车安全。
当然，超声波自己本身也是有缺点的，与电磁波相比较而言，超声波的传输速度很慢，每当汽车高速行驶在路上的时候，超声波的测距跟不上实时车距的实时变化，会造成测量误差大，但是这个缺点对于倒车系统来说是无关紧要的，毕竟我们考虑到在倒车的时候车速一般不会很高。
为了提高和加强测量精准度，短时间内选择出合理的超声波测距模块显得尤为重要。因而超声波的发射和接收装置我们选择用HC-SR04超声波测距模块。超声测距模块的最大震荡是在40Hz时才能获得，可通过单片机输出脉宽调制信号来产生。
在超声波测距之后，数据还需要显示出来，主要的显示电路分为LED数码管 和LCD显示器，LCD显示器具有低耗电、无辐射，益健康、节省空间、省电等特点，但是相对LED数码管来说成本太高，综合考虑设计需求后，该设计采用价格相对低廉的LED数码管来显示数据。在该设计中还增加了报警功能，在小于设定的安全距离之后，会发出蜂鸣器警报，以此来警告驾驶员注意安全距离。
（四）研究的主要内容及研究步骤
1.主要研究内容
1) 首先选定该设计所需的各部位的配件；
2) 在老师的帮助下完成该设计的硬件部分的设计，完成电路图的设计等；
3) 最后完成该的软件的部分设计，其中包含主程序和各部分的剩下的程序等；
2.设计步骤
1）以STC89C51RC单片机为核心，设计好采集数字信号的电路，计算出被测的距离并将数据传送至显示电路模块；
2）显示电路所选用的是LED数码管（共阴极4位一体）；
3）在单片机电路中外接一个蜂鸣器来实现该设计的报警功能；
4）量程可根据用户的不同需求来通过开关改变。
二、硬件设计
（一）硬件设计原理框图
此次的设计的硬件部分分为以下4个功能模块，分别是基于单片机的时钟复位电路、报警电路、显示电路以及超声波电路。系统原理图如图3所示：
图3 系统原理图
超声波测距模块主要有上图的超声波发射和超声波接收功能，将测试得来的数据转换为数字信号，再由单片机的P1.0口送至单片机系统，单片机计算出的距离数值通过P0.0送到LED数码管显示电路，X1和X2端口接入时钟电路，如图4所示，并在两个引脚之间连接了一个晶振，晶振（12M）和两个电容（30PF）接地，采取并联的连接方式，以使电路更加趋于稳定，如图5。
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