单片机的超声波测距的倒车系统
摘 要本文以基于单片机的倒车雷达控制系统作为研究课题，设计了一款能够实现汽车尾部后方是否有障碍物的自动控制系统，选用了美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机作为主控芯片，实现了距离障碍物实际值大小的测量及显示，并能够发出频率与距离值相关的报警信号。在硬件上本系统以51单片机最小系统作为主控核心，结合了HC-SR04型高集成度超声波模块、蜂鸣器模块、液晶屏模块以及按键模块等构成了系统的硬件结构，在软件上采用C语言对程序进行构建，通过Keil以及Proteus两款软件实现了程序的编译和调试，经过了多次的改进和优化，系统最终表现出了非常高的实用性，非常适合推向未来的汽车雷达市场。
目 录
一、 引言 1
（一） 防撞报警倒车系统的课题背景 1
（二） 国内外研究现状及发展趋势 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） HCSR04型超声波传感器介绍 4
（四） LCD1602型显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 方案设计 6
（二） 最小系统设计 6
（三） 超声波传感器电路设计 7
（四） 显示模块电路 8
（五） 报警器模块设计 8
四、 软件系统设计 10
（一） 软件系统流程图设计 10
（二） 超声波传感器工作流程设计 11
（三） 显示模块工作流程 12
（四） 报警流程图设计 13
五、 关于实物 14
（一） 实物介绍 14
（二） 按键的使用 14
（三） 模拟实验 14
总结 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
附录四 程序 21
引
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
言
防撞报警倒车系统的课题背景
随着国民经济的迅速发展以及人们生活质量的迅猛提升，催动了汽车工业的不断发展，如今私家车已经成为一个普遍现象，目前绝大多数家庭都有了自己的私家车，这一现象一方面反应了人们的生活已经脱离了温饱，不断向小康社会迈进，另一方面也给带来了城市交通带来了巨大的压力，从而诞生出了许许多多轿车的衍生品，如倒车雷达、倒车影像、停车场管理系统等。
其中倒车雷达是私家车中一个不可或缺的产品，它能够辅助司机完成倒车动作，尤其是对于新手司机，倒车雷达的重要性非常突出。倒车雷达和倒车影像所要完成的功能基本相同，就是帮助司机安全无碰撞地将车倒入库，然而两者不同点是倒车影像具有摄像头，能够拍摄到车后方的影像显示给司机，而这一摄像功能却使得倒车影像的成本非常昂贵；倒车雷达没有摄像功能，当车尾距离后方障碍物过近时，发声系统发出“嘟嘟嘟”的警示声，提醒司机注意安全，可以发现倒车雷达不仅帮助司机完成了倒车动作，而且系统的价格成本也非常低。倒车雷达控制系统的出现得益于单片机技术以及传感器技术的发展与成熟，这种控制系统集微处理器、测距传感器、按键以及显示器等模块于一身，能够自动完成车尾到后方障碍物的距离测量，并判断安全系数，同时发出警报声。在单片机技术还未成熟以前，司机主要通过后视镜来观察车尾后方情况，由于后视镜仅能反应出极少的后方情况，并且由于后视镜角度和司机座椅高度等因素，严重干扰司机倒车，尤其是新手司机，如果车技不娴熟，非常容易发生碰撞等事故。而在单片机以及传感器技术发展后，技术人员发现了超声波的集中性、能量不分散性以及反射性，并且其在空气中的传播速度为340m/s，只要计算出从发射到回收的时间值，就可计算出车尾距离障碍物的距离，从而设计人员研发出了各种类型的超声波传感器，它既能发射又能接收超声波，如果将其应用在倒车雷达中，不但能使倒车雷达表现出较高的测量准确度，还能使测量结果更加精确。因此本课题提出使用单片机作为主控核心，超声波传感器做为距离测量模块的倒车雷达控制系统设计。
国内外研究现状及发展趋势
通过倒车雷达的发展背景可以发现，倒车雷达控制系统的出现主要得益于单片机技术以及超声波传感器技术的发展与成熟，只要单片机和传感器的性能得到提升，倒车雷达控制系统也会不断提升，因此它的发展前景永无止境，目前单片机的数据处理宽度已经达到了32位，这代表它在同一时间内能够处理更多的数据，给系统带来更高的处理速度，同时它自身的稳定性也使得系统更加稳定。目前国内外的主要研究热点是提高超声波传感器的测量精度以及测量角度，测量精度主要以提高超声波的发射功率和发射头的形状来改进，而测量角度则以一个发射头内安置多个超声波发射孔，这样就能够朝多个角度发射超声波，从而倒车雷达能够同时得到车尾后方多个位置的障碍物情况。
本文主要研究内容
本文主要设计了一款能够实现语音播报的倒车雷达控制系统，以AT89C51单片机作为主控单片机，实现了如下指标：
当距离后方障碍物少于50cm时，发出报警信号；
报警信号的频率与障碍物的距离成反比，即距离越近，报警越频繁；
能够实现距离值的显示。
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯片的管脚也多达上百个，并且是贴片式芯片，对于PCB的布局要求相当高；第三是目前网上关于STM32单片机的资料还不是很丰富，不能够保证毕业设计的顺利进行。
目 录
一、 引言 1
（一） 防撞报警倒车系统的课题背景 1
（二） 国内外研究现状及发展趋势 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 3
（三） HCSR04型超声波传感器介绍 4
（四） LCD1602型显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 方案设计 6
（二） 最小系统设计 6
（三） 超声波传感器电路设计 7
（四） 显示模块电路 8
（五） 报警器模块设计 8
四、 软件系统设计 10
（一） 软件系统流程图设计 10
（二） 超声波传感器工作流程设计 11
（三） 显示模块工作流程 12
（四） 报警流程图设计 13
五、 关于实物 14
（一） 实物介绍 14
（二） 按键的使用 14
（三） 模拟实验 14
总结 15
致谢 16
参考文献 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
附录四 程序 21
引
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
言
防撞报警倒车系统的课题背景
随着国民经济的迅速发展以及人们生活质量的迅猛提升，催动了汽车工业的不断发展，如今私家车已经成为一个普遍现象，目前绝大多数家庭都有了自己的私家车，这一现象一方面反应了人们的生活已经脱离了温饱，不断向小康社会迈进，另一方面也给带来了城市交通带来了巨大的压力，从而诞生出了许许多多轿车的衍生品，如倒车雷达、倒车影像、停车场管理系统等。
其中倒车雷达是私家车中一个不可或缺的产品，它能够辅助司机完成倒车动作，尤其是对于新手司机，倒车雷达的重要性非常突出。倒车雷达和倒车影像所要完成的功能基本相同，就是帮助司机安全无碰撞地将车倒入库，然而两者不同点是倒车影像具有摄像头，能够拍摄到车后方的影像显示给司机，而这一摄像功能却使得倒车影像的成本非常昂贵；倒车雷达没有摄像功能，当车尾距离后方障碍物过近时，发声系统发出“嘟嘟嘟”的警示声，提醒司机注意安全，可以发现倒车雷达不仅帮助司机完成了倒车动作，而且系统的价格成本也非常低。倒车雷达控制系统的出现得益于单片机技术以及传感器技术的发展与成熟，这种控制系统集微处理器、测距传感器、按键以及显示器等模块于一身，能够自动完成车尾到后方障碍物的距离测量，并判断安全系数，同时发出警报声。在单片机技术还未成熟以前，司机主要通过后视镜来观察车尾后方情况，由于后视镜仅能反应出极少的后方情况，并且由于后视镜角度和司机座椅高度等因素，严重干扰司机倒车，尤其是新手司机，如果车技不娴熟，非常容易发生碰撞等事故。而在单片机以及传感器技术发展后，技术人员发现了超声波的集中性、能量不分散性以及反射性，并且其在空气中的传播速度为340m/s，只要计算出从发射到回收的时间值，就可计算出车尾距离障碍物的距离，从而设计人员研发出了各种类型的超声波传感器，它既能发射又能接收超声波，如果将其应用在倒车雷达中，不但能使倒车雷达表现出较高的测量准确度，还能使测量结果更加精确。因此本课题提出使用单片机作为主控核心，超声波传感器做为距离测量模块的倒车雷达控制系统设计。
国内外研究现状及发展趋势
通过倒车雷达的发展背景可以发现，倒车雷达控制系统的出现主要得益于单片机技术以及超声波传感器技术的发展与成熟，只要单片机和传感器的性能得到提升，倒车雷达控制系统也会不断提升，因此它的发展前景永无止境，目前单片机的数据处理宽度已经达到了32位，这代表它在同一时间内能够处理更多的数据，给系统带来更高的处理速度，同时它自身的稳定性也使得系统更加稳定。目前国内外的主要研究热点是提高超声波传感器的测量精度以及测量角度，测量精度主要以提高超声波的发射功率和发射头的形状来改进，而测量角度则以一个发射头内安置多个超声波发射孔，这样就能够朝多个角度发射超声波，从而倒车雷达能够同时得到车尾后方多个位置的障碍物情况。
本文主要研究内容
本文主要设计了一款能够实现语音播报的倒车雷达控制系统，以AT89C51单片机作为主控单片机，实现了如下指标：
当距离后方障碍物少于50cm时，发出报警信号；
报警信号的频率与障碍物的距离成反比，即距离越近，报警越频繁；
能够实现距离值的显示。
方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大系统的构建时，就无需进行片外FLASH的配置了。虽然STM32单片机相对于51单片机有这么多的优点，然而其在本课题中的缺点也是不可小觑的，第一STM32的寄存器高达上百个，如果没有相关开发经验，那么将无从下手；第二STM32单片机芯片的管脚也多达上百个，并且是贴片式芯片，对于PCB的布局要求相当高；第三是目前网上关于STM32单片机的资料还不是很丰富，不能够保证毕业设计的顺利进行。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jsj/wlw/611.html
