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摘 要 近兩個世紀，工業(yè)科技的高速發(fā)展，造就現(xiàn)今繁華富裕的生活景象。汽車已經(jīng)很廣泛的進入人們的日常生活中。隨著汽車的普遍化，汽車行駛和交通事故問題也引起人們的高度重視。能提供安全駕駛的科技已經(jīng)成為人們的首要追求。前行駕駛的安全性大部分取決于駕駛者的安全意識，而在倒車駕駛時，由于存在的盲區(qū)太大，如果沒有輔助的科技設(shè)備，是很難做到精確駕駛的。由此應(yīng)運而生的倒車雷達為駕駛者提供了很大的幫助。 本設(shè)計講述了車載倒車雷達系統(tǒng)的現(xiàn)狀和實現(xiàn)原理。對倒車景象進行分析、概括，設(shè)計出由超聲波測距、單片機控制處理的車載倒車雷 達。對超聲波測距的發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)處理的原理進行詳細設(shè)計。設(shè)計采用了性能、價格都有優(yōu)勢的 片機作為主控芯片，實現(xiàn)了精確測距、聲音警報和具有人性化的液晶顯示系統(tǒng)。文章詳細講述系統(tǒng)的硬件設(shè)計過程和軟件處理的設(shè)計，實現(xiàn)了實用性、高性價比的倒車雷達的設(shè)計。 關(guān)鍵詞 ：倒車雷達； 超聲波測距； 音警報；液晶顯示 of up of of in s of s on s in to of is if is no it is to to a of of of of of of of is in of of as to a a of of in in of is 目錄 目 錄 摘 要 ................................................................................................................ I .................................................................................................... 緒論 ............................................................................................................. 1 題的 研究背景和研究內(nèi)容 ...................................................................................... 1 載倒車雷達的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向 ...................................................................... 1 題的目的和意義 ...................................................................................................... 2 章小結(jié) ...................................................................................................................... 3 2 車載倒車雷達系統(tǒng)原理 ............................................................................. 4 車盲區(qū)和系統(tǒng)框圖的建立 ...................................................................................... 4 車盲區(qū)和汽車倒車分析 .................................................................................... 4 區(qū)檢測傳感器的選擇 ........................................................................................ 4 統(tǒng)框圖 ................................................................................................................ 5 聲波發(fā)射接收系統(tǒng) ................................................................................................... 5 聲波簡介 ............................................................................................................ 5 聲波測距原理 .................................................................................................... 6 載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) .................................................................................... 7 報提示和界 面顯示系統(tǒng) .......................................................................................... 8 報提示系統(tǒng) ........................................................................................................ 8 面顯示系統(tǒng) ........................................................................................................ 9 制處理系統(tǒng) .............................................................................................................. 9 章小結(jié) ...................................................................................................................... 9 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 ........................................................................................... 10 件系統(tǒng)的組成 ........................................................................................................ 10 聲波傳感器電路的設(shè)計 ........................................................................................ 10 聲波傳感器的選型 .......................................................................................... 10 聲波傳感器 介 ................................................................................. 11 聲波傳感器 電路 .............................................................................................. 12 片機主控電路的設(shè)計 ............................................................................................ 12 目錄 片機的選型 ...................................................................................................... 12 片機簡介 ............................................................................................ 13 小系統(tǒng)電路 ........................................................................................ 14 鳴器警報電路 ........................................................................................................ 17 鳴器 的選型 ...................................................................................................... 17 鳴器電路 .......................................................................................................... 17 晶顯示電路 ............................................................................................................ 17 示器 的選型 ...................................................................................................... 17 介 ........................................................................................................ 18 接電路 ................................................................................................ 19 他電路 .................................................................................................................... 20 鍵電路 .............................................................................................................. 20 源輸入電路 ...................................................................................................... 21 章小結(jié) .................................................................................................................... 21 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計 ........................................................................................... 22 統(tǒng)主程序設(shè)計 ........................................................................................................ 22 塊子程序設(shè)計 ........................................................................................................ 24 聲波傳感器程序設(shè)計 ...................................................................................... 24 示程序設(shè)計 ........................................................................................ 25 章小結(jié) .................................................................................................................... 26 5 總結(jié) ........................................................................................................... 27 謝 辭 ............................................................................................................. 28 參考文獻 ......................................................................................................... 29 附 錄 ............................................................................................................. 30 附錄一 系統(tǒng)硬件電路原理圖 .......................................................................................... 30 附錄二 系統(tǒng)硬件電路 .......................................................................................... 31 附錄三 系統(tǒng)軟件原程序 .................................................................................................. 32 第 1 頁 共 36 頁 1 緒論 題的研究背景和研究內(nèi)容 隨著近幾十年的高速經(jīng)濟發(fā)展， 汽車已經(jīng)是很普遍地進入人們的生活。 隨著人口集中化和上路汽車越來越多，汽車發(fā)生事故的概率也越來越大。因此產(chǎn)生的 汽車行駛和交通事故 問題成為駕駛者日常高度關(guān)注的問題 。而在這些問題之中，汽車倒車引發(fā)事故的概率極高。倒車發(fā)生事故的原因有如下方面：汽車后視鏡存在很大死角，駕車者目測距離的能力差，天氣情況導(dǎo)致駕駛者的視線不太好，車后靜態(tài)動態(tài)事物復(fù)雜多樣等。從實際駕駛經(jīng)驗也可以知道，比起駕車前行，駕車后退的難度更為突出。 在汽車倒車引發(fā)的事故各種各樣，撞上他人的車、停車樁、水泥花欄等，如果傷到車后的行人更為不敢想象。鑒于此，車載倒車雷達應(yīng)運而生，現(xiàn)今生產(chǎn)的汽車普遍裝載了車載倒車雷達倒車輔助裝置。有了車載倒車雷達的輔助，很大程度的幫助駕駛者進行倒車 ，有效降低倒車發(fā)生事故的概率。 鑒于 車載倒車雷達的重要性，及其理論技術(shù)的成熟，本研究將從車載倒車雷達系統(tǒng)的各個方面進行詳細訴述。現(xiàn)今的車載倒車雷達都已經(jīng)產(chǎn)品，可以與車載主系統(tǒng)相連，也可以獨立于系統(tǒng)之外工作。車載倒車雷達系統(tǒng)中，最重心的技術(shù)是超聲波測距原理，除此之外還包括主控處理、警報原則和液晶顯示。以上都是一些已經(jīng)十分成熟的技術(shù)。超聲波應(yīng)用的場合非常之多，涉及社會生產(chǎn)、日常生活的方方面面。其超聲波測距的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟，穩(wěn)定性和精確度都有很好的表現(xiàn)。 載倒車雷達的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向 經(jīng)歷幾十年 的發(fā)展創(chuàng)新，車載倒車雷達產(chǎn)品的質(zhì)量已經(jīng)得到社會普遍認可。特別在21 世紀，車載倒車雷達就經(jīng)歷了多次的技術(shù)改良。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品外觀，到產(chǎn)品的性能價格比上，每一次改良后的車載倒車雷達都更美觀智能。 首次技術(shù)的出現(xiàn)，應(yīng)用于汽車倒車的警報系統(tǒng)是基于喇叭提醒的簡易倒車輔助系統(tǒng)。汽車倒車時，系統(tǒng)通過喇叭發(fā)出“倒車請注意”的人聲提示提醒周圍的人。駕駛員還是需要通過后視鏡等輔助裝置進行倒車操作，其對駕駛者并沒有輔助作用。一般不會用于轎車及以上級別的車身上。 第一次技術(shù)改良后，形成以超聲波測量距離、蜂鳴器發(fā)聲警報的倒車輔助系 統(tǒng)。這個才是車載倒車雷達系統(tǒng)開始出世的標志。汽車倒車時，系統(tǒng)會根據(jù)汽車尾部與障礙物之間的不同距離來控制蜂鳴器發(fā)出頻率不同、發(fā)聲間隔不同的警報聲。駕駛員可以根據(jù)警報聲的急促程度，判斷障礙物距離汽車的距離以輔助倒車。這一代的產(chǎn)品邁入了車載倒車雷達的時代，其產(chǎn)品實用性還算不錯，這一代的產(chǎn)品也是應(yīng)用最為廣泛，迄今還在應(yīng)用的產(chǎn)品。 第 2 頁 共 36 頁 第二次的技術(shù)改良是基于上一代的產(chǎn)品的性能改進，其性能得到很大的改進。這代產(chǎn)品加入了 直觀地把汽車尾部距離障礙物的距離顯示出來，還 能實現(xiàn)實時顯示。本代的產(chǎn)品除了有數(shù)碼管直 接顯示距離數(shù)字，還有三波段顯示距離級別的產(chǎn)品。三波段顯示為了表示距離的遠近程度一共用了 3種顏色：用綠色代表安全距離，表示汽車尾部距離障礙物有 上的距離；用黃色代表警告距離，表示汽車尾部距離障礙物進入 距離內(nèi) ；用紅色代表危險距離，表示汽車尾部距離障礙物只有不到 距離 ，這時需要盡快停車或更加謹慎駕駛。此代車載倒車雷達系統(tǒng)把三波段和數(shù)碼管整合在一起，雖然功能有所提高，但要將其安裝到汽車內(nèi)部時，其并不是很受歡迎。 第二次改良后不久就迎來第三次技術(shù)改良，經(jīng)此次改良，車載倒車雷達的實用 性能顯得更加實在。該代的車載倒車雷達系統(tǒng)已經(jīng)納入汽車系統(tǒng)中，其依然采用超聲波測量距離技術(shù)和蜂鳴器警報，但加入了視頻檢測和中控大屏顯示。汽車掛倒車檔，中控大屏自動轉(zhuǎn)換到倒車顯示模式，實時顯示車后的場景，仍然有蜂鳴器警報功能。這一代的產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)很成熟，其實用性能的優(yōu)秀表現(xiàn)，讓很多車主都樂于選擇。 經(jīng)歷了前三次的技術(shù)改良，車載倒車雷達不管是外觀還是在實用性上，都達到社會的要求。往后的技術(shù)改良，多是依靠車載控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。改良后的車載倒車雷達的功能也越來越多，甚至出現(xiàn)了獨立于車載系統(tǒng)的倒車影像儀。其后的改良產(chǎn)品有 如魔幻鏡倒車雷達這些應(yīng)用最新技術(shù)，最快速電腦控制的高端產(chǎn)品。還有一些從外觀、性能上更加豪華的產(chǎn)品。 隨著人們安全意識的提高，車載倒車雷達系統(tǒng)將更多的納入汽車基本配置當(dāng)中。車載倒車雷達系統(tǒng)會融入到整車的設(shè)計生產(chǎn)中，不再作為獨立的個體。實際上，現(xiàn)今的汽車已經(jīng)從滿足了車載倒車雷達后，向汽車的其他三個方位也進行了雷達探測。今后的汽車，必定會是能實時測量、顯示汽車周圍物體的距離。 題的目的和意義 本設(shè)計將對車載倒車雷達系統(tǒng)的基本原理進行學(xué)習(xí)，并對其中的主要的超聲波測量距離技術(shù)進行深入學(xué)習(xí)。本課題將對當(dāng)前現(xiàn)有 應(yīng)用技術(shù)進行整合，設(shè)計出一個更加出色的車載倒車測距雷達系統(tǒng)。 本設(shè)計將實現(xiàn)車載倒車雷達系統(tǒng)在測量距離精度上的改進。系統(tǒng)加入溫度校正模塊，對超聲波測量的距離進行校正，把測距的精度提高一個級別。在保證測量精度的前提下，會努力提高系統(tǒng)測量的最大距離，實現(xiàn)大范圍的精確監(jiān)控。最終模擬車載倒車雷達系統(tǒng)，設(shè)計出一個具有檢測距離，警報和液晶顯示的性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。 本設(shè)計的實現(xiàn)，將對當(dāng)代車載倒車雷達的測量距離和精度上的不足進行彌補。 第 3 頁 共 36 頁 章小結(jié) 本章對車載倒車雷達的歷史背景進行了闡述，介紹 車載倒車雷達的發(fā)展史。全面的了 解到車載倒車雷達的出現(xiàn)帶來的意義所在，對當(dāng)今的倒車雷達產(chǎn)品進行了分析，并對它們進行優(yōu)缺點比較，對產(chǎn)品的未來有所展望。分析車載倒車雷達系統(tǒng)所囊括的技術(shù)，并對其主要技術(shù)進行深入了解，最后確定出本設(shè)計的最終目的：實現(xiàn)車載倒車雷達的測量距離、精度上的改良和提高整體系統(tǒng)穩(wěn)定性。 第 4 頁 共 36 頁 2 車載倒車雷達系統(tǒng)原理 車盲區(qū)和系統(tǒng)框圖的建立 車盲區(qū)和汽車倒車分析 車載倒車雷達系統(tǒng)主要實現(xiàn)在汽車倒車時，持續(xù)的探測汽車尾部后方阻礙汽車倒車的障礙物情況，并把 障礙物情況回饋給駕駛員，方便駕駛員做出正確的駕車操作。在駕駛位上的駕駛員，并不能看清車外的任何一個角落，其存在四大盲區(qū)。四大盲區(qū)的范圍示意圖如圖 2 圖 2車四大盲區(qū)示意圖 其中的三大盲區(qū)為：被汽車前蓋遮擋的位于汽車正前部 駕駛員平行之后的汽車的左邊、右邊后視鏡可視范圍之外的兩大盲區(qū)。這三個盲區(qū)中的物體是具有提前預(yù)知性的，因為在汽車行駛過程中，進入這三個盲區(qū)的物體是駕駛員已經(jīng)看到過的。第四個盲區(qū)是位于汽車尾部往后幾米內(nèi)的盲區(qū)，這個盲區(qū)主要在汽車倒車時存在極大的安全隱患。在 一般的倒車情況下，第四個盲區(qū)中的物體是不可以預(yù)知的，因為實際的倒車比較難于操作而且倒車距離也不會很長?；诖?，駕駛員需要一個可靠的輔助倒車設(shè)備來實現(xiàn)，這便是車載倒車雷達。 想要設(shè)計出具有有效探測汽車尾部后方障礙物的倒車雷達，首先需要了解汽車車身結(jié)構(gòu)和倒車時的影響。 其中與車載倒車雷達設(shè)計息息相關(guān)的參數(shù)是車寬。市面上常見的轎車和其他一些 型中，車身寬度都在 15065上汽車倒車時尾部存在的 300要設(shè)計出能有效探測車寬與盲區(qū)長度構(gòu)成的盲區(qū)區(qū)域內(nèi)的障礙物的方案。 區(qū)檢測傳感器的選擇 車載倒車雷達系統(tǒng)應(yīng)具有測量第四盲區(qū)內(nèi)所有障礙物的能力，并能及時有效地反應(yīng)給駕駛員。在當(dāng)前科技中，障礙物測距傳感器主要有激光測距傳感器、紅外線測距傳感器、超聲波測距超感器。各種測距傳感器的性能如下表 2 第 5 頁 共 36 頁 表 2距超感器的性能 傳感器類型 特點 激光測距傳感器 方向性強、傳光性好，測量距離遠、速度快、精度高等優(yōu)點，存在對人體的傷害、成本高等缺點 紅外線測距傳感器 具有成本低、使用安全的優(yōu)點，存在測量精度差、方向性差、測量距離比較短等缺點 超聲波傳感器 波長短、能量高、傳 輸性能好、測量距離長等優(yōu)點，不過其成也較大，具有一定測量角度 由于盲區(qū)是一個三維立體存在的空間，選擇的測距傳感器需要具有一定測量長度和角度。在以上三者之中，最合適的超聲波傳感器，并且超聲波傳感器價格適中，安全性好?；诘鹊葍?yōu)點，采用超聲波進行距離測量也是當(dāng)今測量障礙物并測量其距離的主流方法。 統(tǒng)框圖 車載倒車雷達系統(tǒng)除了具有 測量障礙物與其距離的 基本功能外，還可以加入更加人性化的 蜂鳴報警的同時，留一個必要的界面供駕駛員必要的時候查看其距離障礙物的具體距離。車載倒車雷達系統(tǒng)構(gòu)成如 圖 2體可以分為四個小系統(tǒng)：超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)， 報系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)采用具有一定檢測角度的超聲波來實現(xiàn)， 片即可，警報可采用簡單的聲音警報器實現(xiàn)警報提醒功能便可以，顯示系統(tǒng)需要具有良好的顯示界面，在滿足此要求下選擇即可。 M C U 控制處理系統(tǒng)顯示系統(tǒng)超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)警報系統(tǒng)圖 2載倒車雷達系統(tǒng)框圖 聲波發(fā)射接收系統(tǒng) 聲波簡介 科學(xué)界上將聲波單位時間里振動的次數(shù)稱為聲 音的頻率，聲波的頻率是以赫茲（ 單位。我們?nèi)祟惖亩湟话阒荒苈牭降念l率在 20～ 20000們?nèi)祟惖亩錁O少能察覺到頻率小于 20～ 20000中的 20大于 20000聲音?？茖W(xué)界 第 6 頁 共 36 頁 上把頻率比 20000聲波”。 超聲波被廣泛地應(yīng)用在多個領(lǐng)域多種技術(shù)上。超聲波具有以下兩個特點：一個是傳播能量大，另一個是沿直線傳播。 聲波傳播依靠物體的機械振動來對其進行傳送。振動是指物體的的質(zhì)點在質(zhì)點的平衡位置上下進行的往往返返運動?？梢月牭降穆暡ê统暡ㄔ诒举|(zhì)上是同樣的，這 些聲波都是以機械振動的形勢實現(xiàn)的，通常以縱波的方式在具有彈性的介質(zhì)里面進行傳播，他們的不同點是超聲波的頻率更加高、波長更加短、在能量距離內(nèi)沿直線傳播具有更好的束射性和方向性。 超聲波具有以下的性質(zhì)： 表 2聲波的性質(zhì) 1 可在液體、固體、氣體、固熔體等介質(zhì)中傳播 2 可傳遞更大的能量 3 能產(chǎn)生干涉、反射、共振和疊加 4 在液體介質(zhì)中傳播時，會在兩種液體界面產(chǎn)生強烈的沖擊和空化 聲波測距原理 超聲波測量距離是通過超聲波發(fā)射器發(fā)出固定頻率的一段超聲波，然后時時檢測遇到障礙物所反射的對應(yīng) 頻率的回波，檢測到回波后進行傳輸處理，處理完成后繼續(xù)進行超聲波發(fā)射器發(fā)出同一頻率的一段超聲波，往而復(fù)始地進行如上工作。測量出超聲波發(fā)射到接收回波所經(jīng)歷的時間，便可以根據(jù)超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俾视嬎愠銎渑c障礙物直接的距離。超聲波脈沖與測距原理示意圖如圖 2 圖 2聲波脈沖與測距原 理示意圖 超聲波脈沖是具有固定為 40方波脈沖（如圖 2所示），發(fā)射器和接收器是應(yīng)該緊緊相靠放置。在圖 2聲波發(fā)送和接收是一個往返的過程，所以在計算實際距離時需要取測得時間得一半。距離計算公式為： 2/? （ 2 式中的 實際上，超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俾?有關(guān)系，在不同的溫度對應(yīng)著不同的傳輸速率。表 2出了 8種溫度下的超聲波傳輸速率。 第 7 頁 共 36 頁 表 2輸速率與溫度的關(guān)系 溫度（℃） 2 10 20 30 100 速率（ m/s） 313 319 325 322 338 344 349 386 表 2使用時，如果環(huán)境溫度的變化不大、系統(tǒng)要求不高的情況下，可以認為傳輸速率是基本不變的，取為 340m/是，本設(shè)計需要實現(xiàn)在各種氣溫情況下實現(xiàn)具有高精度的距離測量，所以需要通過對超聲波發(fā) 送接收系統(tǒng)進行溫度補償?shù)募右孕Ｕ? 超聲波在空氣中的實際傳播速率為 ： 00 / ?（ 2 其中 ， 。 式 2度補償校正。目前， 市面上有很多的超聲波發(fā)射接收模塊中都已經(jīng)集成了溫度補償校正，具有很精確的距離測量性能。 載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) 想要設(shè)計出具有有效探測汽車尾部后方障礙物的車載倒車雷達系統(tǒng)， 需要設(shè)計出能有效探測車寬與盲區(qū)長度構(gòu)成的盲區(qū)區(qū)域內(nèi)的障礙物的方案。其中的盲區(qū)范圍中的車身寬度在 15065間，盲區(qū)長度在汽車倒車時尾部后的 300了保證距離測量的精度，一組超聲波探測器有效探測距離會在 450個完全符滿足了 300組超聲波探測器的有效探測角度并不能實現(xiàn) 180°，車 載超聲波探測器的最大探測角度寬在 120°、角度高在 60°以內(nèi)，如圖 2 圖 2聲波探測器探測角度示意圖 實際上，為了保證探測的精確性，探測角度寬一般在 70°以內(nèi)。由此可見，一個超聲波探測器并不能滿足探測的要求，有必要選擇多個超聲波探測器以實現(xiàn)汽車尾部全范圍的檢測。鑒于汽車屬于特殊產(chǎn)品，為了保證其美觀性和降低成本，在保證滿足探測要求下盡量減少超聲波探測器的組數(shù)。 第 8 頁 共 36 頁 （ a） （ b） 圖 2載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)示意圖 實 際設(shè)計中，車載倒車雷達系統(tǒng)一般會采用 3到 4組超聲波探測器來組成車載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)。如圖 2a）所示，其尾部安裝了 3 組超聲波探測器，圖 2b）所示的則安裝了 4 組超聲波探測器。本設(shè)計將采用圖 2的（ a）方案，將左右兩邊的超聲波探測器安裝于距離車側(cè)面一定距離的位置，同時探測方向稍向車身中線靠近。將 3 組超聲波探測器安裝在較低位置，以實現(xiàn)能探測到距離汽車尾部較近的低矮障礙物。本設(shè)計的車載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)能夠有效探測汽車尾部盲區(qū)內(nèi)的障礙物。 報提示和界面顯示系統(tǒng) 報提示系統(tǒng) 警報 提示，是指具有發(fā)放警報信號起到提示指導(dǎo)作用的警報方式。其中起到關(guān)鍵作用的是警報器。警報器可以用于發(fā)出預(yù)防、警報還有解除警報這幾種信號。猶如現(xiàn)代戰(zhàn)爭時期的防空警報系統(tǒng)，本設(shè)計的警報系統(tǒng)也需具有能夠明顯提醒駕駛員的聲音警報。 警報器的分類有按照發(fā)出聲音原理分類和按照設(shè)置條件的分類這兩大類，每一大類中所包含的警報器類型如下表所示： 表 2警器的分類 分類原理 報警器類型 簡介 發(fā)聲原理 電動報警器 將電能轉(zhuǎn)換為機械能，再由機械能轉(zhuǎn)換為聲能 電聲報警器 將音頻小信號經(jīng)低頻功率放大后轉(zhuǎn)換為聲能 ， 即電子 能轉(zhuǎn)換為聲能 氣動報警器 將電能轉(zhuǎn)換為機械能，再由機械能轉(zhuǎn)換為氣能 ，最終 由氣能轉(zhuǎn)換為 聲能 設(shè)置條件 固定式報警器 安裝在某一固定地點使用的警報器 機動式報警器 安裝在 機動車 輛或采取其它形式，在運動中使用的警報器 由于報警器是用于車載倒車雷達系統(tǒng)中的，所以必須是機動式報警器，至于選擇何種發(fā)聲原理的報警器，這個只要滿足警報提示功能就可以。實際上為了節(jié)約成本和使其看起來簡潔又具有明顯的提示作用，現(xiàn)在在汽車上使用的報警都是由蜂鳴器來實現(xiàn)的。蜂鳴器是一種只能發(fā)出某個頻率蜂鳴聲的電子訊響器。蜂鳴器具有體積小、價格便宜、 第 9 頁 共 36 頁 使用簡單的特點，此外其高頻段的蜂鳴聲具有極其出色警報效果。將蜂鳴器使用在車載倒車雷達系統(tǒng)中是很好的選擇。蜂鳴器外形如圖 2 圖 2鳴器形狀圖 面顯示系統(tǒng) 在汽車中加入界面顯示無疑是當(dāng) 代汽車的標志，既實用又有很高的裝飾作用。在以超聲波測距為重心的 車載倒車雷達系統(tǒng)中，界面顯示一般情況下不起作用。但在駕駛員無法根據(jù)警報聲進行更準確快速的倒車操作時，界面顯示的距離值將更直觀地幫助駕駛員進行正確的倒車操作。界面顯示系統(tǒng)具有其存在的意義。 制處理系統(tǒng) 控制處理系統(tǒng)是指處理各種信息，根據(jù)處理的結(jié)果輸出控制信號，使外部執(zhí)行相應(yīng)的操作達到系統(tǒng)的控制目的。控制處理系統(tǒng)除了控制處理芯片以外還包括其內(nèi)部的軟件程序設(shè)計。車載倒車雷達系統(tǒng)性能的表現(xiàn)除了與超聲波測距系統(tǒng)有很大關(guān)系外，其他的都取決于控制處理 系統(tǒng)性能的好壞。一個好的控制處理系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的快速處理能力、提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 一個系統(tǒng)，在具備性能優(yōu)良的硬件設(shè)備情況下，一個邏輯正確、處理快速的軟件設(shè)計也是至關(guān)重要的。邏輯性強、反應(yīng)靈敏的軟件設(shè)計可以提高一個系統(tǒng)的上一個等級。車載倒車雷達系統(tǒng)中，既需要性能優(yōu)良的硬件設(shè)備，也需要反應(yīng)敏捷的軟件處理能力，這樣才能成為駕駛員滿意的安全性好、高等級的輔助倒車工具。 章小結(jié) 本章從汽車本身出發(fā)，詳細分析汽車本身引出的汽車倒車問題，并針對本身問題設(shè)計出 車載倒車雷達系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)。 從本章中可以看出 車 載倒車雷達系統(tǒng)的意義所在，以及其中每一個組成所負擔(dān)的責(zé)任和應(yīng)有工作內(nèi)容。本章有助于讀者了解到有關(guān)車載倒車雷達系統(tǒng)的知識和設(shè)計性的指導(dǎo)。 第 10 頁 共 36 頁 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 本章將開始對 車載倒車雷達系統(tǒng)進行具體的硬件設(shè)計。根據(jù)車載倒車雷達系統(tǒng)具體的實際情況挑選出合適的硬件進行設(shè)計，對各種器件參數(shù)進行準確計算，完成最終的硬件電路設(shè)計。 件系統(tǒng)的組成 硬件系統(tǒng)由四大主要部分組成，包括 3路超聲波傳感器檢測電路、單片機主控系統(tǒng)電路、蜂鳴器電路和液晶顯示電路。硬件系統(tǒng)框圖如圖 3 單片機主控系統(tǒng)液晶顯示超聲波傳感器 1 蜂鳴器警報超聲波傳感器 2超聲波傳感器 3圖 3件系統(tǒng)框圖 車載倒車雷達硬件系統(tǒng)由 3 路超聲波傳感器對車后盲區(qū)進行障礙物監(jiān)測和距離檢測，將其采集的距離信號傳輸給單片機。單片機對 3個超聲波傳感器傳回的信號進行計算處理并將其對應(yīng)顯示在液晶顯示屏中，同時根據(jù)所測距離判斷是否進行警報開啟或閉關(guān)操作。 聲波傳感器電路的設(shè)計 聲波傳感器的選型 本設(shè)計中采用集成了超聲波發(fā)射和接收和簡單處理后的超聲波傳感器，避免了工作量也確保距離測量的精確度。市面上的超聲波傳感器也是五花八門，需要選擇合適的超聲波傳感器來實現(xiàn)設(shè)計 的要求。 方案一： 采用普通的超聲波傳感器和獨立的溫度測量電路實現(xiàn)具有溫度補償?shù)某暡y距電路。該方案選用的是 器件如圖3 第 11 頁 共 36 頁 圖 3案二： 采用自帶溫度補償?shù)某暡▊鞲衅骶嚯x測量模塊，該方案不需要額外的溫度檢測電路。器件選擇為 超聲波測距模塊，器件如圖 3 圖 3案一中的 市場價格都在 4 元左右，方案二中的 格在 12元左右。相對價格而言，方案一具有絕對的優(yōu)勢。 在信號處理方面，方案一需要對 量完成再根據(jù)溫度補償知識進行溫度校正得出最后的距離值。方案二中只需對 集數(shù)據(jù)便可直接得出帶有溫度補償校正的距離值。在使用同一款單片機的情況下，方案一無疑加大了單片機處理數(shù)據(jù)的壓力，不便于系統(tǒng)快速處理信息和反饋給駕駛員。如果想要達到理想處理速度必定要選擇更高級別的單片機，這也必定增加在單片機上的成本。而且方案一中，自行進行溫度補償校正并不一定能達到方案二的精確度，因為復(fù)雜的 系統(tǒng)必定會降低系統(tǒng)的可靠性。 綜上所訴，為了保證系統(tǒng)的簡潔減小體積、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測距的精度，本設(shè)計采用方案二。 聲波傳感器 介 本設(shè)計中選用了 3 個 聲波測量距離傳感器對倒車車后盲區(qū)進行檢查。個外接引腳，引腳功能如下表 3 表 3引腳 1 作電壓引腳，接 腳 2 據(jù)通信引腳 引腳 3 據(jù)通信引腳 第 12 頁 共 36 頁 引腳 4、 5 作電源地 通信方式，一種是 用該模式時需要將引腳 2、 3 接到單片機的 腳。另一種工作方式是電平觸發(fā)通信模式， 和 3 可以接到單片機任意的兩個 引腳上，沒有特殊要求。由于本設(shè)計一個需要 3 個 聲波測量距離傳感器，為了降低對單片機選型的要求，本設(shè)計將會采用電平觸發(fā)通信模式對 聲波傳感器 電路 如下圖 33路 個引腳間距為 5引腳排針代替。超聲波傳感器 1 的通信 引腳接單片機的 11，超聲波傳感器 2的通信引腳接單片機的 30，超聲波傳感器 3的通信引腳接單片機的 33。 圖 3片機主控電路的設(shè)計 片機的選型 單片機作為車載倒車雷達系統(tǒng)的主控器件，其性能的高低直接影響到這個系統(tǒng)的性能好壞，也會影響到整個系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。當(dāng)前主要的單片機有 51 系列、 列、列和更高級的 。本設(shè)計將從現(xiàn)今主流的單片機中選取滿足設(shè)計要求下控制產(chǎn)品成本的的方案。 方案一： 采用基礎(chǔ)的 51 系列單片機。 51 單片機都是基于 031 指令操作系統(tǒng)。 51 系列單片機具有單電源 +5V 供電、四十位可輸入輸出的 I/組 8位并行 I/五個內(nèi)外部中斷源、一個全雙工的 行數(shù)據(jù)通信接口、 4 128 51系列單片機有足夠的引腳供外部電路使用，處理速度可以達到 （ 24由于 51 系列單片機出世比較早，性能跟不上近幾年的高端芯片，但其性能經(jīng)歷多年改良也能適應(yīng)大部分場合使用，加上其發(fā)展久遠，價格也是相對最實惠的。 方案二： 第 13 頁 共 36 頁 采用 997年才開始面世的一款單片機產(chǎn)品。其性能整體都在 51系列單片機之上。價格相對于 51系列單片機來說稍微昂貴一些。但是由于其定位處于中間位置，實際使用程度并沒有 51系列單片機廣泛。 方案三： 采用高級 控制芯片。這些控制單片機都是性能極其強大，應(yīng)用在大規(guī)模系統(tǒng)中的主控制芯片，處在比 51、 車載倒車雷達系統(tǒng)中，需要對 3 個 聲波測量距離傳感器進行信號檢測，同時驅(qū)動一個蜂鳴器和驅(qū)動一個獨立的顯示器顯示距離內(nèi) 容。這對一個單片機來說并不是難事，以上的任一款單片機都能滿足系統(tǒng)要求。在處理速度上，人的反應(yīng)速度在 10別在汽車倒車時都會減慢行車的速度。 51 系列單片機就已經(jīng)能滿足處理速度上的要求。加上 51系列單片機得普及程度高和實惠的價格， 51單片機是最合適的選擇。在 51系列單片機中，本設(shè)計選擇性能在 51中處于中等水平的 片機作為主控芯片。 片機簡介 了具有 51 系列單片機的典型特征外，還具有以下幾個更加出色的性能特點，見表 3 表 3序號 不同點 ① 擁有 3 個定時 /計數(shù)器，較 51 單片機多出定時 /計數(shù)器 2 ② 8程序存儲器（ ③ 256數(shù)據(jù)存儲器（ 如圖 3 40引腳 44 引腳 4引腳 3種封裝形式，支持最大 24外部晶振輸入。 了正常工作狀態(tài)外，還有空閑工作方式和掉電保護方式。在空閑方式運行模式下， 的 時 /計數(shù)器、串行中斷、外部中斷）繼續(xù)工作；在掉電方式時，單片 機 止振蕩器振動同時禁止單片機其他的所有功能直到下一次硬件復(fù)位的到來。 第 14 頁 共 36 頁 圖 3小系統(tǒng)電路 為了在手動制作樣板的時候減小難度，這里采用 40 引腳 裝形式來設(shè)計電路圖。如圖 3示， 控系統(tǒng)電路就是常說 51 單片機最小電路系統(tǒng)。其中包括 有它的下載程序 口、晶振電路、復(fù)位電路和 0 圖 3 第 15 頁 共 36 頁 （ 1） 一種是傳統(tǒng)高壓編程 ， 需要大型的編程器（ 并行編程 ）， 實際使用時并不方便；另一種是基于 需要一個 載器就可以實現(xiàn)程序下載，普遍采用的下載方式。本設(shè)計中采用后一種程序下載方式， 載器實物圖如圖 3示。下載器與 連接如圖3的 示，只需對應(yīng)的連接 個引腳和共地即可實現(xiàn)程序下載。 圖 3（ 2）晶振電路 工作頻率，這個工作頻率由外部晶振電路和單片機內(nèi)部時鐘電路組成。晶振電路中晶振的大小決定了單片機工作頻率的大小，晶振越大單片機執(zhí)行程序越快。由于是外接晶振，所以 00振電路如圖 3 圖 3振電路 4設(shè)計中選用 12個對地電容 2實際應(yīng)用時，需要將晶振和電容盡可能安裝在 腳 附近，減少寄生電容，以保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作。 （ 3）外部復(fù)位電路 路系統(tǒng)上電時由 到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后， 始運行程序。 片機進行復(fù)位的條件是復(fù)位引腳 位電路如圖 3 第 16 頁 共 36 頁 圖 3部復(fù)位電路 如上圖所示 ，復(fù)位電容的大小是 10阻的大小是 10 根據(jù) 聯(lián)電路原理，可算出 它的 時間常數(shù)為