南阳理工学院
本科生毕业设计(论文)
学院：电子与电气工程学院
专业：电气工程及其自动化
学生：睢丰
指导教师：尉乔南
完成日期 2013 年 5 月
南阳理工学院本科生毕业设计（论文）超声波倒车雷达系统的设计Design of Ultrasonic Reversing Radar System
总计：29 页
表格：1个
插图：18 幅
南阳理工学院本科毕业设计（论文）
超声波倒车雷达系统的设计
Design of Ultrasonic Reversing Radar System
学院：电子与电气工程学院
专业：电气工程及其自动化
学生姓名：睢丰
学号：1109614050
指导教师（职称）：尉乔南（讲师）
评阅教师：
完成日期：
南阳理工学院
Nanyang Institute of Technology
超声波倒车雷达系统的设计
电气工程及其自动化专业睢丰
[摘要]基于超声波测距的汽车倒车雷达系统是在充分理解了超声波测距原理的基础上提出的。工作时，超声波传感器发出脉冲信号，经障碍物反射后由超声波接收装置接收并送至单片机处理，可实现倒车时障碍物距离的实时监测并通过语音报警提示驾驶员。本设计是以AT89C51单片机为主控制器的超声波倒车雷达系统，包括超声波发射和接收部分、单片机处理部分、LCD显示部分和语音报警部分等硬件系统以及软件程序设计。
[关键词]倒车雷达；单片机控制；超声波测距；语音报警
Design of Ultrasonic Reversing Radar System
Electrical Engineering and Automation Specialty SUI Feng
Abstract:Based on the ultrasonic distance measurement principle,this text put forward a design scheme of car reversing radar system based on ultrasonic distance measurement. Ultrasonic sensor sends a pulse signal when it is working,and the ultrasonic receiving decive send the reflected signal by the obstacle to the MCU,this system could achieve Real-time monitoring of the Obstacle distance when reversing and prompt the driver by voice alarm.The overall design of ultrasonic reversing radar system based on the AT89C51 single chip as main controller was detailed introduced,include Ultrasonic transmitting and receiving part,MCU processing part,display by LCD, V oice Alarm part and its programming in the software.
Keywords:Reversing radar; single chip microprocessor; ultrasonic distance measurement; voice alarm
目录
1 引言 (1)
1.1 倒车雷达的研究现状及发展趋势 (1)
1.2 设计主要内容 (2)
2 系统的总体设计方案及理论基础 (2)
2.1 总体设计方案 (2)
2.2 超声波测距理论分析 (3)
2.2.1 超声波测距原理 (3)
2.2.2 超声波测距精度分析 (3)
2.3 超声波传感器 (4)
2.3.1 超声波传感器的原理及结构 (4)
2.3.2 超声波传感器的应用 (5)
2.2.3 超声波传感器的主要性能指标 (5)
3 系统的硬件设计 (5)
3.1 单片机主控系统电路设计 (5)
3.1.1 单片机选择 (5)
3.1.2 电源电路 (6)
3.1.3 复位电路 (7)
3.1.4 时钟电路 (8)
3.2 超声波发射电路 (8)
3.3 超声波检测接收电路 (9)
3.3.1集成电路CX20106A (9)
3.3.2 超声波接收电路 (10)
3.4 显示电路 (11)
3.5 语音报警电路 (12)
3.5.1 语音芯片选择 (12)
3.5.2 ISD4004语音芯片的引脚定义 (12)
3.5.3 ISD4004与单片机的接口电路 (13)
4 系统的软件设计 (14)
4.1 软件设计的要求 (15)
4.2 主程序设计 (15)
4.3 超声波测距模块设计 (16)
4.3.1 距离计算子程序 (16)
4.3.2 超声波发送和接收程序 (16)
4.4 ISD4004语音报警程序设计 (17)
4.4.1 录音放音时序及操作流程 (17)
4.4.2 语音报警主程序设计 (18)
5 系统的仿真调试 (18)
5.1 系统仿真调试内容 (18)
5.2 实验的误差分析 (20)
结束语 (21)
参考文献 (22)
附录 (23)
致谢 (29)
1 引言
倒车，是每位驾驶员都必须掌握的技能，如同前行一样需要小心谨慎，每年都有倒车引起事故的报道，轻则对自己的车和他人的财物造成损伤，重则可能危及人的性命，尤其是对儿童危害较大，他们体型较小，仅从后视镜来获取视野指导倒车仍有可能会对让们造成伤害。现如今后视镜已越来越不能满足人们安全倒车的需求了。据初步调查统计，15％的汽车事故是由汽车倒车后视不良造成的。因此，人们对汽车倒车操纵的便捷性提出了更高的要求，希望有种装置能够解决汽车倒车给驾驶员们带来的不便，消除安全隐患。由此，专为汽车倒车泊位设置的倒车雷达应运而生。
倒车雷达是汽车倒车停车时的安全辅助装置，能够以声音或者直观的显示来告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，帮助驾驶员解决泊车倒车时前后左右探视所引起的困扰。超声波倒车雷达系统一般由超声波传感器、控制器和报警装置等部分组成。现如今市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶员在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由超声波探头发送超声波，在遇到障碍物后产生回波信号，传感器接收到回波信号后经处理器进行数据处理，判断出障碍物的位置，通过声音、数据、图像等形式为驾驶员提供信息和警示来告知驾驶员周围情况，从而使驾驶员倒车时做到心中有数，提高了驾驶的安全性。
1.1 倒车雷达的研究现状及发展趋势
经过多年的发展，倒车雷达设计及应用都发生了质的变化。日本、美国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS 和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级汽车上。据海外媒体报道，戴姆勒-克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车(尤指卡车)使用的电子刹车系统，它与其他刹车系统的区别在于，其在卡车车头设有雷达感应器，感应器在车前观察四周环境，并将所有收集的信息交由一控制器进行处理，形成一虚拟景象，再借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车。未来两三年内这种新型刹车系统即可量产上市，但价格昂贵，其过高的成本限制了它应用的普遍性。在底特律国际车展上，通用公司的Precept概念车装了Donnelly公司生产的以摄像机为基础的后视镜系统。该系统用一个内后视镜和两个外后视镜采集汽车周围的景象，三个景象合成一个全景图像在中控台的视屏上显示出来，还用文字说明来传达信息。摄像机也可在倒车时使用，当车后近处有消火栓等障碍物时，就及时让驾驶员知晓。
我国倒车雷达从2000年开始起步，从最初只是奔驰、宝马等高档车的专利，发展到现在成为许多轿车的标准配置。经过多年的发展，倒车雷达系统已经历经了六代技术改良，不管从结构外观上还是性能价格上，这六代产品都各有特点。使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这三种。
迄今为止，国内外许多学者均着眼于测距传感器的研究。通常的倒车雷达主要由感应器、主机、显示设备等三部分组成。在日新月异的科学技术发展的背景下，倒车雷达系统也会随着计算机技术等的发展而不断创新，向着智能化、可视化、集成化的方向发展，逐渐将各个功能集中在一起，实现了一套硬件设备可以完成多项功能。倒车雷达的集成化就是将倒车雷达的可视化、LCD显示、超声波测距、语音报警等功能集成在一起，组成了真正意义上的硬件系统。在今后的发展中，我们依然可以将倒车雷达、车载导航，车载音频等系统集成在一起，组成一个更为广泛的集成化系统。
1.2 设计主要内容
为避免汽车在倒车过程中发生事故，本文设计了一种基于AT89C51单片机的超声波倒车雷达系统。介绍了超声波测距的基本原理，阐述了倒车雷达系统的结构组成、硬件电路设计以及软件设计。倒车距离通过语音报警电路对不同距离段做出不同的语音提示。
该系统由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路以及语音报警电路等几部分组成。AT89C51单片机是整个系统的核心部件，协调各部分电路的工作。单片机在超声波信号发射的同时开始计时，超声波信号在空气中传播，在遇到障碍物后发生反射，反射的回波信号经过处理后输入到单片机的外部中断口发生中断，单片机停止计时。通过单片机可得到超声波信号往返所需要的时间，再结合当地声速即可求得车体与障碍物之间的距离。超声波传感器选用CSB40T(R)超声波传感器，谐振频率为40KHz；超声波发射电路包括超声波发射器、驱动电路等组成；超声波接收电路包括集成电路CX20106A及外围电路组成；语音报警电路采用语音芯片ISD4004，可实现汽车倒车过程中的分段语音报警功能。
2 系统的总体设计方案及理论基础
2.1 总体设计方案
本设计的应用背景是基于AT89C51的超声信号检测的。因此初步计划在实验室内小范围的测试。超声波发射仪发出短暂的40KHz信号，反射后的超声波经超声波接收器作为系统的输入，单片机对此信号进行技术判断处理后，把相应的计算结果送到LED 显示电路显示，并进行语音报警。系统硬件部分主要由单片机控制电路、超声波发射和接收电路、超声波接收电路、LCD显示电路以及语音报警电路等几部分组成。系统的总体结构框图如图1所示。
系统的软件设计系统应用软件由C语言编写，程序采用模块化设计思想，可对各子程序分别进行设计和调试，然后将调试好的子程序块链接起来进行统调。系统软件模块划分为主程序模块、超声波测距模块和语音报警模块等几大功能模块。
障碍物
超声波接
收传感器超声波发
射传感器发射电路接收电路AT89C51单片机电源电路
LCD 显示电路报警电路
图1 系统总体结构框图
2.2 超声波测距理论分析
2.2.1 超声波测距原理
一般来说，频率在20Hz-20KHz 之间能为人耳所听到的机械波称为声波；频率低于20Hz 的机械波称为次声波；高于20KHz 的机械波称为超声波；而高于100MHz 的机械波则称之为特超声波。超声波由于其为直线传播，反射能力强且在液体、固体中传播衰减很小，穿透力强等特性，使其在实际生活中得到广泛应用。
假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。超声波测距就是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出超声波传输的往返时间,然后求出声波传播距离。其关系式如公式（1）：
ct 2
S （1） 式中：S 为待测距离；c 为超声波在空气介质中的传播速度；t 为往返时间。
2.2.2 超声波测距精度分析
(1) 发射接收时间对测量精度的影响分析
采用压电超声波传感器，脉冲发射由单片机控制，发射频率40KHz ，忽略脉冲电路硬件产生的延时，可知由软件生成的起始时间对于一般要求的精度是可靠的。对于接收到的回波，超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减，其衰减遵循指数规律，超声波频率越高，衰减越快，但频率的增高有利于提高超声波的指向性。
所以，超声波回波的幅值在传播过程中衰减很大，收到的回波信号可能十分微弱，要想判断捕获到的第一个回波确定准确的接收时间，必须对收到的信号进行足够的放大，否则不正确的判断回波时间，会对超声波测量精度产生影响。
(2)当地声速对测量精度的影响分析
当地声速对超声波测距测量精度的影响也比较大。超声波在大气中传播的速度受介质气体的温度、密度及气体分子成分的影响如式（2）[1]：
M RT C S γ= （2） 由上式知，在空气中，当地声速只决定于气体的温度，在实际情况下温度每上升或者下降 1℃，声速将增加或者减少 0.607m/s 。因此提高超声波测量精度的重中之重就是获得准确的当地声速。假定超声波速度C=344m/s(20℃室温)，忽略声速的传播误差。则测距误差t s ? <0.000 002 907s ，即2.907ms 。即在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm 的误差。使用12 MHz 晶体作时钟基准的AT89C51 单片机定时器能方便的计数到1μs 的精度，因此系统采用AT89C51 的定时器能保证在20℃室温下时间误差在1mm 的测量范围内。
在实际生产应用中，提高精度的关键在于准确得到当地的温度数据。可采用温度传感器测得当地温度，并在软件中实现温度补偿，本文不再赘述。
2.3 超声波传感器
2.3.1 超声波传感器的原理及结构
要利用超声波进行测距，首先要研究超声波传感器的工作原理。超声波传感器是利用超声波作为信息传递媒介的传感器，它是一种将其它形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其它形式的能的器件。总体上讲，超声波传感器可以分为两大类：一类是使用电气方式产生超声波；另一类是使用机械方式产生超声波。
压电式传感器属于电声型超声波传感器，一般采用双压电陶瓷芯片制成，需用的压电材料较少，价格低廉且非常适用于气体和液体介质中。它是利用压电材料的正、逆压电效应来工作的，在压电陶瓷芯片上加有一定频率的电压脉冲，芯片就会产生同频率的机械振动。这种振动在介质中的传播，便会产生超声波。反之，如在压电陶瓷芯片上有超声波作用，将会使其产生机械变形，这种机械变形使压电陶瓷芯片产生频率与超声波相同的电信号[2]。
图2 超声波传感器结构示意图
图2为超声波传感器的结构示意图，其内部结构由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属壳及金属网构成，其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形辐射喇叭使发射和接收超声波能量集中，并使传感器有一定的指向角，金属壳可防止外界力量对压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的损坏。金属网也是起保护作用的，但不影响发射与接收超声波。
2.3.2 超声波传感器的应用
超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，它在医学上的应用主要是诊断疾病，已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。
2.2.3 超声波传感器的主要性能指标
超声波传感器按收发方式一般可分为两类：一类是发送和接收是两种不同的分体式超声波传感器，此类传感器测距有效范围比较大，但不具备防尘防水功能；另一类是具有双向的发射/接收功能的收发一体式超声波传感器，如TR40-16，不仅用于发射超声波，也用于接收超声波，此类超声波测距范围比较小，防尘、防水性能好。根据本设计所处的环境要求，本系统选用的超声波传感器为分体式超声波传感器CSB40T(R)，该型号探头各项参数为：频率为40KHz，阻抗500，灵敏度为103dB(min)，带宽在-3dB 时为1.5K，角度最大值为(-6dB)，静电容200010%PF，最大驱动电压150Vp-p(10%工作周期)，回波灵敏度为-70dB(min)，声压电平0dB=1uvolt/bar[3]。
3 系统的硬件设计
本章主要内容是具体分析系统的硬件实现。整个系统以性能较好的AT89C51单片机为核心，控制超声波传感器的收发，并测算距离，同时根据倒车距离段的不同进行分段语音报警。硬件部分实现分四部分来阐述：第一是以AT89C51单片机为核心的主控系统电路；第二是超声波发射和接收电路；第三是显示电路；第四是语音报警电路。
3.1 单片机主控系统电路设计
3.1.1 单片机选择
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3所示[4]。
图3 A T89C51外形及引脚排列图
5l系列单片机提供以下功能：4 kB存储器；256 BRAM；32条I/O线；2个16b定时/计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。
空闲方式：此时CPU停止工作，而让RAM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。
掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。
5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。
3.1.2 电源电路
在一般家用中小型汽车内部的电瓶为12V，单片机所需电压为5V，语音芯片所需电压为3.3V。所以本系统的电源电路主要由一个AC-DC的+12V电源适配器、两个三端稳压块（LM7805、LM1117-3.3）、一些滤波电容等组成，输出+5V电压[5]。电源电路如图4所示。
图4 系统电源电路图
3.1.3 复位电路
在单片机引用系统工作时，除了进入系统正常的初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。所以，系统的复位电路必须准确、可靠的工作。
在时钟电路工作后，只要在单片机的RET引脚上出现24个时钟震荡脉冲以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠的复位，在设计复位电路时，通常使RET保持高电平，则单片机就循环复位。系统的复位电路如图5所示。
图5 系统复位电路
3.1.4 时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
该时钟电路由两个电容和一个晶体振荡器组成。X1是接外部晶体管的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。输出端为引脚X2，在芯片的外部通过这两个引脚接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路如图6所示。
图6 系统时钟电路
3.2 超声波发射电路
超声波发射电路包括超声波产生电路和超声波发射电路两个部分，超声波探头选用压电式，发射超声波需要在超声波振荡器的外接电路两端产生振荡，超声波发射探头才能够发射超声波。首先利用软件编程的方法在单片机的一个接口产生频率为40KHz的方波信号，然后在经过超声波的发射电路产生超声波[6]。
超声波发射电路如图7所示，脉冲发射采用软件方式，利用AT89C51的P1.0口发射40 KHz的方波信号，经过74LS04放大后输出到超声波换能器，产生超声波。74LS04是一个高速CMOS六反相器，具有放大作用，具有对称的传输延迟和转换时间，功耗小。
超声波发射电路主要由反向器74LS04和超声波换能器构成，本系统将单片机P1.0端口输出的40KHz方波信号分成两路，一路经一级74LS04反向放大后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级74LS04反向放大后送到超声波换能器的另一个电极，从而构成推拉式反向放大。用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力，上拉电阻R1、R2一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，
其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志[7]。
图7 超声波发射电路
3.3 超声波检测接收电路
3.3.1集成电路CX20106A
集成电路CX20106A是一款红外接收的专用芯片，广泛用于视频系统、家用电器遥控电路以及通信系统等。实验证明，其具有较高的灵敏度和较强的抗干扰的能力。
CX20106A芯片(国内同类产品型号为D20106A)是日本索尼公司生产的用于检测红外线的专用芯片，常作为家用电器的红外遥控接收器。常用的载波频率38KHz与测距的40KHz较为相近，可以利用它来做接收电路。CX20106A芯片采用8脚单列直插式塑料超小型封装，+5v供电，内部含可前置放大、自动偏置、限幅放大、带通滤波、峰值检波、积分比较及施密特整形输出等电路。其主要功能是从38KHz红外载波信号中，将编码信号解调出来，并加以放大和整形，然后再送到微处理器(CPU)进行处理[8]。
CX20106A是CX20106的改进型，二者之间的主要差别在于电参数略有不同，CX20106A多用于超声波测试。CX20106A芯片简单易用，电路简单，减少了生产调试的麻烦。7引脚连接单片机的外部中断，没有接收到回波时，输出为高电平，当收到回波后立即变为低电平。CX20106A的引脚连接说明如表1所示。
表1 CX20106A的引脚说明引脚符号说明
引脚1-IN 超声波信号输入端，接超声波接收探头，用来检验超声波回波信号。
引脚2-C1引脚与地之间串联一个由电阻和电容组成的RC 网络，改变电容或电阻中的一个，即可改变前置放大器的增益和频率特性。本文RC参数为R1=4.7Ω，C1=1μF。
引脚3－C2连接检波电容，检波方式为平均值检波。本文超声波测距对灵敏度要求相对较高，因此，电容参数取3.3μF。
引脚4－GND 接地端
引脚5－F0 与电源间接入一个电阻，以确定带通滤波器中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。本文超声波的频率为40kHz，取R=210kΩ
引脚6－C3 与地之间接一个积分电容，一般情况下，标准值为330pF。
引脚7－OUT 信号输出端，接一个22kΩ上拉电阻到电源端
引脚8－Vcc 电源端，接+5V电压
3.3.2 超声波接收电路
超声波接收电路包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，本设计采用与发射端同型号的CSB40R压电式超声波传感器。由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路进行放大[9]。
超声波接收电路如图8所示，采用CX20106A集成电路作为接收电路的核心，接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适的幅值；再经过带通滤波器滤波得到有用信号，滤除干扰信号；最后由峰值检波器和整形电路输出到锁相环路，实现准确的计时。其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出微弱电压时，放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载；其带通滤波器中心频率可由芯片5脚的外接电阻调节，不需要外接电感，可避免外磁场对电路的干扰，可靠性较高。CX20106A接收超声波有很高的灵敏度和抗干扰能力，可以满足接收电路的要求。同时，使用集成电路也可以减少电路之间的相互干扰，减小电噪声。当接收到40KHz信号后，芯片7脚会出现较短的低电平，接入单片机便可以使单片机产生中断。
图8 超声波检测接收电路
3.4 显示电路
本系统中的显示部分采用1602LCD液晶显示。LCD1602的操作简单、编程方便，且电路简单，显示更加直观、清晰。它显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。内含复位电路，并且提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有80字节显示数据存储器DDRAM。
具体接口如图9所示，其7-14管脚分别与单片机的P0.0-0.7脚相连，RS、RW、EN分别为寄存器选择、读写信号选择和使能端。
图9 显示接口电路
3.5 语音报警电路
本系统采用ISD4004语音芯片进行语音报警电路的设计，音质好，可实现分段录放，能达到本系统的要求。语音电路的主要作用是在汽车倒车过程中，为驾驶员提供人性化的语音提示，可以使驾驶员在不分神的情况下，得知汽车与障碍物之间的距离，使倒车顺利完成。
3.5.1 语音芯片选择
ISD4004 系列工作电压3.3V，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用CMOS 技术，片内集成了时钟振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、传声器前置放大器、自动静噪电路、高密度多电平闪烁存储阵列、模拟收发器、驱动控制电路、差动音频放大器电源控制等单元功能模块。ISD4004与普通的录音/重放芯片相比，有如下特点[10]：
（1）单片8至16分钟语音录放；
（2）高质量、自然的语音还原技术；记录的声音没有段长度的限制；
（3）快速闪存作为存储介质，语音数据断电不丢失，可保存100年，允许反复录音10万次；
（4）接口简单，SPI接口提供全部数据和控制操作；
（5）3.3V 单电源供电，工作电流为25~30mA，维持电流为1μA。
3.5.2 ISD4004语音芯片的引脚定义
ISD4004采用28脚的SOIC双列直插式封装，其引脚定义如图10所示。
图10 ISD4004语音芯片的引脚排列
ISD4004各引脚功能如下：
(1) 电源(VCCA，VCCD)：VCCA和VCCD接3.3V电源。
(2)地线(VSSA，VSSD)：VSSA和VSSD接地。
(3)同相模拟输入端(ANA IN+)：录音信号的同相输入端，输入放大器可用单端或差分电路驱动的方式。
(4)反相模拟输入端(ANA IN-)：当采用差分驱动电路时，该引脚是录音信号的反相输入端。
(5)音频输出(AUD OUT)：提供音频输出，可驱动5kΩ的负载。
(6)片选(/SS)：该引脚为低电平时，即选通该片ISD4004，并向其发送指令，在两条指令之间该引脚为高电平状态。
(7)串行输入(MOSI)：该引脚为ISD4004语音芯片的串行输入端，主控制器应在串行时钟上升沿之前的半个周期将数据传送到该引脚，供ISD4004语音芯片输入。
(8) 串行输出(MISO)：该引脚为ISD4004语音芯片的串行输出端。当ISD4004语音芯片未被选中时，该引脚呈高阻状态。
(9)串行时钟(SCLK)：该引脚为ISD4004语音芯片的串行时钟输入端，由主控制器产生串行时钟，用于同步控制MOSI和MISO的数据输入/输出。在SCLK的上升沿时，数据被锁存到ISD4004语音芯片中，在SCLK的下降沿，数据则移出ISD4004语音芯片。
(10)中断(/INT)：本端为漏极开路输出。ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOM 或OVF 时，本端变低并保持。中断状态在下一个SPI周期开始时清除。中断状态也可用RINT 指令读取。OVF 标志----指示ISD的录、放操作已到达存储器的未尾。EOM 标志----只在放音中检测到内部的EOM 标志时，此状态位才置1。
(11)行地址时钟(RAC)：漏极开路输出，每个RAC周期表示ISD4004内部存储器阵列的操作进行了一行(ISD4004语音芯片中的存储器一共有2400行)。该信号保持高电平的时间为175ms，低电平时间为25ms。在快进模式，RAC可保持高电平109.38μs，低电平15.63μs。该端可用于ISD4004语音芯片的存储管理技术。
(12)外部时钟(XCLK)：在不外接时钟时，该引脚必须接地。
(13) 自动静噪(AM CAP)：当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时，ISD4004语音芯片的自动静噪功能可令录音信号衰减，这样有助于减小静音时的噪声。通常，该引脚对地接一只1uF的电容器，构成ISD4004语音芯片内部信号电平峰值检测电路的一部分[11]。
3.5.3 ISD4004与单片机的接口电路
ISD4004和AT89C51单片机的连接较少。单片机的P2.1口接ISD4004的片选引脚/SS，控制ISD4004 是否选通；P2.0接ISD4004的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入录放音的地址；P2.3接ISD4004的溢出中断INT；P2.2接ISD4004的串行时钟引脚
SLCK。单片机的P2.4接录音按钮S，按下时对ISD4004进行录音操作；P2.5接放音按钮，按下时对ISD4004进行放音操作；P2.6接STOP按钮，用来对芯片进行复位。
图11 ISD4004与单片机的接口电路
本系统ISD4004与单片机的接口电路如上图11所示。ISD4004语音芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUD OUT，该引脚通过一个滤波电容，经低压音频功率放大器LM386后与喇叭相连；MIC接ISD4004的录音信号输入端（ANA IN－、ANA IN ＋）；AM CAP为自动静音端，使用时通过一个1μF电容接地[12]。此外，要注意的是ISD4004 的工作电压为3.3V，而LM386的工作电压为5V。本系统ISD4004与单片机的接口电路如图10所示。
汽车在倒车过程中，语音报警电路根据倒车的距离段不同进行不同的语音提示。当倒车距离大于2米时，语音提示为“请放心倒车”；当倒车距离为 2 米时，语音提示为“2 米，2 米”；当倒车距离为 1 米时，语音提示为“1 米，1 米”；当倒车距离小于等于0.5 米时，语音提示为“危险，紧急停车”。另外，语音报警电路专门设置了电源开关S2，如果驾驶员喜欢安静，不希望被语音提示打扰，则可以关闭语音报警功能。
4 系统的软件设计
倒车雷达系统各项功能的实现，离不开软件的支持，本章主要介绍在系统硬件设计基础上的系统软件设计。本系统的软件设计将主程序分为若干个功能模块，然后对各个功能模块分别进行程序设计，最后将所有模块组合起来成为整个倒车雷达系统的软件部
浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告 倒车雷达预警
严团 (09自动化2班 B09330224） 1选题的背景与意义 随着科技的发展，人们对汽车安全与舒适性的要求越来越高。为了提高汽车的安全性，汽车生产过程中常给汽车装上倒车雷达，使得汽车的安全性大为提高。目前，国内外的高档汽车几乎都装有倒车雷达，并且倒车雷达的应用也正逐渐在汽车行业普及[1]。 1.1超声波倒车雷达定义 超声波倒车雷达也叫“倒车防撞雷达”，是汽车在停车或者倒车时的辅助设备，由超声波传感器（俗称探头）、电脑微处理器和显示设备等部分组成。能显示距离障碍物的距离或发出报警声，告知驾驶员周围障碍物的情况，提高驾驶的安全[4]。 1.2 国内外的研究现状 近十年内，国内外研究人员主要研究超声波回波信号的处理方法，新型超声波换能器、超声波发射脉冲选取等方面做了大量的研究，并针对超声波的干扰提出了各种解决方法，这些方法使得超声波的测量距离精度大大提高，对应的应用领域汽车倒车雷达也进行了各项改进，使得汽车的安全性能大幅提高。 目前汽车的倒车雷达的高端应用领域是自动泊车系统，倒车雷达结合倒车摄像系统，倒车时车后的视野直观的显示在汽车的仪表盘上，让倒车变得更容易[10]。 2 研究的基本内容与拟解决的主要问题 2.1 基本内容 本次毕业设计中主要完成的内容包括 1)超声波倒车雷达的原理分析与设计 超声波发射与接收的原理，超声波发射与接收的外围电路以及外围电路与单片机的接口处理。 2)超声波的发射与接收电路调试与装配 在确定正式电路之前必须对超声波的发射与接收系统进行调试，并不断的改进，找出误差的所在，确定最优方案，最后进行硬件装配。 3)距离测量与报警
基于单片机的汽车倒车雷达系统设计 摘要 随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车倒车防撞预警系统势在必行。本设计是利用最常见的超声波测距法来设计的一种基于单片机的汽车倒车雷达系统。 本设计的主要是基于STC89C52单片机利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和STC89C52单片机结合于一体，设计出一种基于STC89C52单片机的汽车倒车雷达系统。该系统采用软、硬件结合的方法，实现了汽车与障碍物之间距离的显示以及危险距离的声光报警等功能。 本设计论文概述了超声波检测的发展及基本原理，阐述了超声波传感器的原理及特性。在超声波测距系统功能和STC89C52单片运用的基础上，提出了系统的总体构成，对系统各个设计单元的原理进行了介绍，并且对组成各单元硬件电路的主要器件做了详细说明和选择。本设计论文还介绍了系统的软件结构，并通过编程来实现系统功能和要求。 关键词：汽车倒车雷达、STC89C52、超声波、测量距离、显示距离、声光报警
第一章绪论 课题设计的目的和意义 随着汽车的普及，越来越多的家庭拥有了汽车。交通拥挤状况也随之出现，撞车事件也是经常发生，人们在享受汽车带来的乐趣和方便的同时，更加注重的是汽车的安全性，许多“追尾”事故都与车距有着密切的关系。为了解决这个安全问题，设计一种汽车测距防撞报警系统势在必行。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单。所以超声波测距法是一种非常简单常见的方法，应用在汽车停车的前后左右防撞的近距离测量，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，具有声波传输的基本物理特性—折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波测距传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用LED 显示出来，当到达一定距离时，系统能发出报警声，进而提醒驾驶人员，起到安全的左右。 通过本课题的研究，将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步。该设计可广泛应用在生活、军事、工业等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且有一定的编程能力，综合运用所学的知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机程序对超声波信号进行相应的分析、计算、处理最后显示在液晶显示屏上。
课程设计说明书 汽车倒车雷达设计 学生姓名XXX 班级机制1001班 学号201021xxxx16 日期2013.07.01—2013.07.12
随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量大幅增长，随着汽车的增多和停车位日趋紧张，泊车成为很多车主头痛的问题，这时倒车雷达就成了汽车的好助手。倒车雷达是汽车泊车安全辅助装置，能以比较直观的显示告知驾驶员后方障碍物的情况，解除了驾驶员泊车时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了倒车的安全性。超声波测距法是常见的一种距离测距方法，本文介绍的就是利用超声波测距法设计的一种倒车防撞报警系统。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。 设计通过多种发射接收电路设计方案比较，得出了最佳设计方案，并对系统各个单元的原理进行了介绍，对组成系统电路的芯片进行了介绍，并阐述了它们的工作原理，对超声波传感器的选用经过了仔细的思考，并详细的说明其功能和作用原理。文章介绍了系统系统的软件结构，通过编程来实现系统功能。 关键词：单片机；超声波；测距；传感器
1引言 (2) 1.1背景 (2) 1.2设计的要求和难点 (2) 2总体方案设计 (3) 2.1 系统构成图 (3) 2.2 工作原理 (3) 3硬件设计 (5) 3.1 超声波发射与接收电路 (5) 3.1.1 发射电路 (5) 3.1.2 接收电路 (7) 3.2 ADC0832转换器特点与接线图 (9) 3.3 传感器型号及说明 (12) 4软件设计 (13) 4.1 系统流程图 (13) 4.2 编程程序 (15) 5设计小结 (17) 参考文献 (18)
超声波检测的倒车雷达讲解 倒车雷达（Car Reversing Aid Systems）的全称是“倒车防撞雷达”，也称“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了安全性。 系统工作原理 倒车雷达只需要在汽车倒车时工作，为驾驶员提供汽车后方的信息。由于倒车时汽车的行驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。在许多测距方法中，脉冲测距法只需要测量超声波在测量点与目标间的往返时间，实现简单，因此本系统采用了这种方法。 如图1所示，驾驶员将手柄转到倒车档后，系统自动启动，超声波发送模块向后发射40kHz的超声波信号，经障碍物反射，由超声波接收模块收集，进行放大和比较，单片机AT89C2051将此信号送入显示模块，同时触发语音电路，发出同步语音提示，当与障碍物距离小于1m、0.5m、0.25m 时，发出不同的报警声，提醒驾驶员停车。 图1 系统工作原理框图
图2 超声波发送模块电路 [NextPage] 硬件设计 1 超声波发送模块设计 超声波发送器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头（又称“超声波换能器”）选用CSB40T，可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。前者利用软件产生40kHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流在100mA以上的驱动电路。第二种方法是利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无须驱动电路，但缺乏灵活性。 本设计采用第一种方法产生超声波，电路设计如图2所示。40kHz的超声波是利用555时基电路振荡产生的。其振荡频率计算式为f=1.43/((R 9+2·R 10)·C 5)。将R 10设计为可调电阻的目的是为了调节信号频率，使之与换能器的40kHz固有频率一致。为保证555时基具有足够的驱动能力，宜采用+12V电源。CNT为超声波发射控制信号，由单片机进行控制。 图3 超声波接收模块电路 2 超声波接收模块设计 超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，本设计采用CSB40R，否则将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。由于经探头变换后的正弦波电信号
四川师范大学成都学院电子工程系课程设计报告 前言 随着汽车的普及，越来越多的家庭拥有了汽车。汽车的数量逐渐增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。汽车驾驶员越来越担心车的安全了，其中倒车就是一个典型。 我们所设计的汽车倒车雷达主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物的 距离而设计开发的。该设计将51单片机技术与超声波的测距技术、传感器技术等相结合，可检测汽车倒车，其障碍物与汽车的距离，通过发光二极管闪烁的频率来显示距离，障碍物越近，闪烁的频率越高，并根据障碍物与车尾的距离远近实时发出报警。 虽然我们设计的倒车雷达和轿车上的倒车雷达有很大的差别。但这个设计把我们平时学到的理论运用到实践里去了，同时教会了我们怎么样使用实验室的仪器，提高了我们动手实践的能力和文字表达能力。
1. 汽车倒车雷达的初步认识 1.1 汽车倒车雷达的原理 倒车雷达是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。探头装在后保险杠上，主要于前后保险杠上安装。探头能够以最大水平120度垂直70度范围辐射，上下左右搜寻目标。它最大的好处是能探索到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物，并报警，如花坛、路肩、蹲在车后玩耍的小孩等。 倒车雷达的显示器装在后视镜上，它不停地提醒司机车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，以鸣叫的间断/连续急促程度，提醒司机对障碍物的靠近，及时停车。 倒车雷达就相当于超声波探头，从整体上来说超声波探头可以分为两大类：一是用电气方式产生超声波，其二是用机械方式产生超声波，鉴于目前较为常用的是压电式超声波发生器，它有两个电晶片和一个共振板，当两极外加脉冲信号，它的频率等于压电晶片的固有震荡频率时，压力晶片将会发生共振，并带动共振板振动，将机械的能转为电信号的这一过程，这就成了超声波探头的工作原理。为了更好地研究超声波和利用起来，人们已经设计和制造出很多超声波发声器，超声波探头加以运用在使用汽车倒车雷达上。 这种原理用在一种非接触检测技术上，用于测距来说其计算简单,方便迅速,易于做到实时控制，距离准确度达到工业实用的要求。倒车雷达用于测距上，在某一时刻发出超声波信号，在遇到被测物体后的射回信号波，被倒车雷达接收到，得用在超声波信号从发射到接收回波信号这一个时间而计算出在介质中的传播速度，这就可以计算出探头与被探测到的物体的距离。 1.2 汽车倒车雷达的组成 倒车雷达有这几部分构成： ★超声波传感器：用于发射及接收超声波信号，通过超声波传感器可以测量距离。 ★主机：发射正弦波脉冲给超声波传感器，并处理其接收到的信号，换算出距离值后，将数据与显示器通讯。 ★显示器或蜂鸣器：接收主机距离数据，并根据距离远近显示距离值和提供不同级别的距离报警音。
基于51单片机的超声波测距仪之倒车雷达作品设计毕业论文
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
万方数据
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万方数据
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基于超声波汽车倒车雷达预警系统设计 作者：高月华， GAO Yuehua 作者单位：重庆科技学院机械与动力工程学院,重庆,400042 刊名： 压电与声光 英文刊名：PIEZOELECTRICS & ACOUSTOOPTICS 年，卷(期)：2011,33(3) 被引用次数：2次 参考文献(5条) 1.吴琼;封维忠;马文杰汽车倒车雷达系统的设计与实现[期刊论文]-现代电子技术 2009(09) 2.王红云基于超声波测距的倒车雷达系统设计[期刊论文]-国外电子元器件 2008(8) 3.王守华基于温度补偿的超声波倒车测距仪的研制[期刊论文]-今日电子 2009(9) 4.朱维杰;于湘珍基于超声波测距的自适应倒车雷达设计[期刊论文]-汽车电器 2009(4) 5.鲁思慧基于微控制器超声波技术的倒车障碍检测系统 2008(08) 本文读者也读过(7条) 1.孙会楠基于单片机的倒车雷达研究[期刊论文]-科技创新导报2011(15) 2.陈学永具有语音提示和数码距离显示的超声波倒车雷达设计[会议论文]-2007 3.常雨芳.黄文聪.Chang Yufang.Huang Wencong基于超声测距的可视倒车雷达预警系统设计[期刊论文]-软件导刊2010,09(12) 4.滕志军基于超声波检测的倒车雷达设计[期刊论文]-今日电子2006(9) 5.张海鹰.高艳丽.张树团.ZHANG Hai-ying.GAO Yan-li.ZHANG Shu-tuan高精度超声倒车雷达的设计[期刊论文]-电子设计工程2011,19(9) 6.周超.ZHOU Chao具有声光提示双功能的倒车防撞系统设计[期刊论文]-传感器与微系统2011,30(5) 7.滕志军.陈莉.张宇帅.Teng Zhijun.Chen Li.Zhang Yushuai一种语音同步提示的倒车雷达的设计[期刊论文]-电子科技2007(11) 引证文献(3条) 1.苏延霞.杨胜兵基于超声测距的智能泊车系统仿真设计[期刊论文]-湖北汽车工业学院学报 2011(4) 2.孙敏.卢浩.赵伟.蒋碧珠.李晶.曹毓涵超声防撞技术的专利状况分析[期刊论文]-电声技术 2012(z1) 3.莫品光.刘艳红基于超声波的倒车防撞报警系统设计[期刊论文]-传感器世界 2012(6) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/bd8423192.html,/Periodical_ydysg201103025.aspx
《汽车营销》期末考试试题 一、选择题（本题共15题，共30分） （）。 A、产品的安装、调试、维修、保养 B、人员培训、技术咨询 C、车辆装饰和零配件的供应 D、各种办证或许诺的兑现等 2、福特汽车根据消费者需求的变化推出了不同型号、不同颜色的汽车，重新打开了销路，这种做法体现的是（）。 A、产品观念 B、市场营销观念 C、社会营销观念 D、推销观念 3、汽车经销企业的所经销的商品是：（）。 A、汽车 B、汽车实体产品＋服务 C、服务 D、好的经营理念 4、机动车行驶证上没有的信息是（）。 A、发动机号码 B、车牌号码 C、车辆照片 D、车主身份证号码 5、汽车的爬坡能力反映了汽车的（）。 A、稳定性 B、平顺性 C、安全性 D、动力性 6、汽车的（）通常又被称为汽车的乘坐舒适性。 A、稳定性 B、平顺性
C、安全性 D、车身及空间评价 7、让顾客进行试乘试驾，目的是（）。 A、提高顾客的体验价值 B、提高顾客的期望价值 C、提高顾客的使用价值 D、提高汽车的实际价值 8、对汽车产品进行介绍时，正确采用六方位法介绍的是（）。 A、必须按照顺序进行 B、对每一个顾客都要全面的对车型进行介绍 C、根据顾客的实际情况，选择方位和准备介绍的内容 D、针对顾客的疑问随问随答 9、从原则上讲，汽车综合服务必须以（）为导向。 A、效率 B、利润 C、效果 D、顾客 10、汽车强制险的险种是（）。 A、附加险 B、车辆损失险 C、不计免赔特约保险 D、第三者责任险 11、斯巴鲁汽车公司1997年下半年推出购买一辆车型，可获得一年免费维护，10 万 km 内保修，并赠送 8000 元消费卡等一系列措施。这属于（）促销方式。 A、广告宣传 B、人员推销 C、销售促进 D、公共关系 12、当顾客初次来店时，销售顾问的首要目的是：（） A、实现交易 B、提供技术咨询 C、实现沟通，取得顾客的信任 D、端茶倒水，热情接待 13、从实质上看，顾客购买汽车的目的是（）。 A、买车比较方便 B、价格便宜 C、能够得到他周围人的认同 D、有现实需求 14、汽车4S专营店中的4S是指（）。 A、整车销售 B、汽车索赔 C、信息反馈
开发时间：2014年5月7日星期三姓名：杨言安地点：山西大学 //----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- // 名称：简易倒车雷达 //----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- //说明：单片机控制超声波模块时时测量汽车后面障碍物的距离（测量范围为3cm--4m），//并将距离值显示在数码管上。当汽车后面有障碍物时数码管会显示障碍物的距离同时告警//电路发出"嘀嘀嘀"的声音,当障碍物离汽车的距离小于0.5米时告警电路发出"嘀嘀嘀"的声//音的频率增加，以此提醒车主注意安全。（单片机型号STC89C52，晶振频率12MHz，超声波模块HC-SR04） //----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- //原理：超声波模块触发端口Trig受单片机P1.0口控制，在发送超声波时P1.0口至少维持10us高电平。当超声波接收到返回的超声波时，超声波模块的Echo端口（接单片机的INT0口）会输出高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到接收的时间，测试距离=（（高电平时间）*340m/s））/2。利用单片机的定时计数器T0来测量高电平持续的时间：定时/计数器T0使用GATE0门控卫和TR0双重控制来测量高电平持续的时间，当超声波接收到返回信号时，即TNT0口变为高电平时，此时让TR0=1开始计时，当INT0口变为低电平时，让TR0=0，即停止计时。这样高电平持续的时间保持在寄存器TH0和TL0中，即T=256*TH0+TL0；所以距离S=(T*340)/2，再将S在数码管上显示出来。告警部分是由蜂蜜器来控制，在计算完距离后还要判断所测的距离是否小于0.5米，如果是则蜂鸣器发出急促的告警声音，如果大于0.5则发出缓慢的告警声音，表示有障碍物。（本程序最大的亮点是只利用一个定时/计数器完成了超声波的测距。） //------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ #include
毕业设计成果 （产品、作品、方案） 设计题目：汽车倒车雷达设计___________________ 目录 1 绪论 (1) 1.1 课题设计的目的和意义 (1) 1.2 国内应用现状 (1) 2 总体方案 (2) 2.1 本设计的研究方法 (2) 2.2 系统整体方案的设计 (3) 2.3 系统整体方案的论证 (3)
3 系统硬件设计 (4) 3.1 AT89S51 单片机 (5) 3.2 超声波测距的系统及其组成 (6) 3.2.1 超声波测距单片机系统 (7) 3.2.2 超声波发射、接受电路 (8) 3.3.3 显示电路 (10) 3.3.4 供电电路 (11) 3.2.5 报警输出电路 (12) 4 系统软件设计 (13) 4.1 主程序设计 (13) 4.2 超声波测距子程序及其流程图 (14) 4.3 超声波测距流程图 (18) 5 倒车雷达电路及工艺的检测方案 (18) 5.1 电路的检测流程 (18) 5.2 硬件电路检测方法 (19)
参考资料 (21)
1 绪论 1.1 课题设计的目的和意义 随着汽车的普及，越来越多的家庭拥有了汽车。交通拥挤状况也随之出现，撞车事件也是经常发生，人们在享受汽车带来的乐趣和方便的同时，更加注重的是汽车的安全性，许多“追尾”事故都与车距有着密切的关系。为了解决这个安全问题，设计一种汽车测距防撞报警系统势在必行。 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单。所以超声波测距法是一种非常简单常见的方法，应用在汽车停车的前后左右防撞的近距离测量，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，具有声波传输的基本物理特性—折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波测距传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用LED 显示出来，当到达一定距离时，系统能发出报警声，进而提醒驾驶人员，起到安全的左右。 通过本课题的研究，将所学到的知识用在实践中并有所创新和进步。该设计可广泛应用在生活、军事、工业等各个领域，它需要设计者有较好的数电、模电知识，并且有一定的编程能力，综合运用所学的知识实现对超声波发射与接收信号进行控制，通过单片机程序对超声波信号进行相应的分析、计算、处理最后显示在LED 数码管上。 1.2 国内应用现状 近年来，由于导航系统、工业机器人的自动测距、机械加工自动化等方面的需要， 自动测距变得十分重要。与同类测距方法相比，超声波测距法具有以下优势：（1）相对于声波，超声波有定向性较好、能量集中、在传输过程中衰减较小、反射能力
倒车雷达毕业论文 基于单片机的超声波倒车雷达设计 1 绪论 1.1课题背景 随着我国经济的飞速发展，交通运输车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而倒车事故给车主带来的许多麻烦，有鉴于此，汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生，倒车雷达的加装可以解决驾驶人员后顾之忧，大大降低倒车事故的发生。 超声波倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷,提高驾驶的安全性。倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发生超声波，然后通过反射回来的超声波判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。 1.2国内外研究现状 一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西，由
于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响。在第一次世界大战中，对超声波的研究逐渐受到重视。法国人Langevin使用一种晶体传感器在水下发射和接收相对低频的超声波。他提出的这种方法可以用来检测水中是否存在潜艇并进行水下通信。 1929年，Sokolov首先提出用超声波探查金属物内部缺陷的建议。相隔2年，1931年Mulhauser获准一项关于超声检测方法的德国专利，不过他并未做更多的工作。4年之后，1934年sokolov首次发表了关于在液体槽子里用穿透法作实物试验的结果，他用了各种方法做了实验，用来检测穿过试件的超声能量，其中之一是用简单的光学方法观察液体表面由超声波形成的波纹。德国人Bergrnann在他的论著《ULTRASONIC》中，详细的论述了有关超声波的大量早期资料，该论著一直被认为是该领域的经典之作。 美国的Firestone首次介绍了脉冲回波探伤仪，使超声波检测技术发展到了更重要的阶段。在各种系统中，这是最成功的一种，因为它有最广泛的通用性，其检测结果也最容易解释。这种方法除可用于手工检测外，还可与采用先进技术的自动系统联用，自第一种脉冲回波仪器问世以来，根据相同的原理，有无数种其他仪器得到了发展，并有许多改进和精化。目前，在超声无损检测中，脉冲回波系统仍是使用最为广泛的一种。 八十年代后期，由于计算机技术和高速器件的不断发展，使超声波信号的数字化采集和分析成为可能。目前国内也相继出现了各类数字化超声波测距设备，并已成为超声波检测的发展方向。厦门大学的某位学者研究了一种回波轮廓分析法。该方法在测距中通过两次探测求取回波包络曲线来得到回波的起点，通过这样处理后超声波传播时间的精度得到了很大的提高。另外，也有大量的文献研究采用数字信号处理技术和小波变换理论来提高传输时间的精度。这些处理方法都取得了较好的效果。 目前国内外在超声波检测领域都向着数字化方向发展，数字式超声波测距系统的发展速度很快。国内近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析系统。随着测距技术研究的不断深入，对超声测距系统功能要求越来越高，单数码显示的超声测距系统会带来较大的测试误差。进一步要求以后生产的超声测距仪能够具有双显及内带有单板机的微处理功能。随后具有检测，记录，存储，数据处理与分析等多项功能的智能化检测分析仪相继研制成功。超声仪研制呈现一派繁荣景象。其中，煤炭科学研究院研制的2000A型超声分析检测仪，是一种内带微处理器的智能化测量仪器，全部操作都处于微处理器的控制管理之下，所有测量值，处理结果，状态信息都在显像管上显示出来，并可接微型打印机打印。其数字和波形都比较清晰稳定，操作简单，可靠性高，具有断电
浅谈倒车雷达工作原理及常见故障分析 ［摘要］本文简要的分析了超声波倒车雷达的原理，并对常见故障现象进行分析。［关键词］倒车雷达、工作原理，超声波，故障分析 引言 倒车雷达又称泊车辅助系统，一般由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器等部分组成，现在市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶者在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松，预防事故的发生，保障行车安全. 一、工作原理 倒车雷达由超声波传感器(俗称探头),控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分组成.倒车雷达一般采用超声波测距原理,在控制器的控制下由传感器发射超声波信号,当遇到障碍时,产生回波信号,传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理,判断出障碍物的位置,由显示器显示距离并发出其他警示信号.从而达到安全泊车的目地.
二、超声波工作原理: 利用超声传感器产生的超声波对车后发射,如在一定范围内碰到物体,就有一反射波返回发射源（超声传感器的表面）,主机利用发射波和反射波之间的延迟时间和声波速度就能测得距离。 [超声波信号发射] 当汽车处于倒车状态时,倒车雷达开始启动,控制器控制探头发射超声波信号后,再检测超声波的回波信号.超声波的发射是由控制器发射一串脉冲信号,经放大电路放大后,通过探头发射出去. [超声波的接收] 当超声波发射完成后，控制器立即检测是否有经障碍物反射回来的超声波信号，通过主机上的滤波电路，并计算发射的时间，利用S=T*V/2就可以得出障碍物距离。 三、倒车雷达工作原理框图 MCU通过预定的程序设计，控制相应电子模拟开关驱动发射电路，使超声波传感器工作。超声波回波信号通过专有的接收滤波放大电路进行处理后，由MCU的IO口对其进行检
综合文献调研及综述 课题：基于单片机的超声波倒车雷达综述 学院 专业 年级班别 学号 学生姓名 指导教师 2015年1 月13日
一、文献调研部分 1. 中文切题期刊论文8篇 [1]刘海峰.汽车倒车雷达系统全接触[J].汽车电器,2007,12:5-8. 摘要：简要介绍倒车雷达的组成和工作原理,回顾倒车雷达的发展历程,就时下主流新车的倒车雷达安装状况以及非原车倒车雷达的性能检测结果进行报道,对倒车雷达的选购安装和使用过程中的注意事项进行总结,最后展望倒车雷达系统的未来发展。 [2]陈烁华,冯桑.倒车辅助系统的技术发展[J].城市车辆,2009,10:36-38. 摘要：倒车辅助系统,又称泊车辅助系统或可视倒车雷达,能够给驾驶员倒车、泊车操作带来极大的方便,现已越来越多配置于汽车当中。本文详细地介绍倒车辅助系统的产生背景、发展历程以及现有主流产品的种种特点;并对其缺陷做出了初步探讨,提出了新的解决思路。 [3]段现星.超声波传感器在倒车雷达上的发展[J].家电检修技术,2009,12:1. 摘要：<正>倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置,能以声音或者更为直观的视频显示告知驾驶员周围障碍物的情况,解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰,并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷,提高驾驶的安全性。 [4]刘鑫,朱靖玉.基于单片机的倒车雷达的设计[J].电子设计工程,2012,01:94-97. 摘要：为降低汽车倒车时的碰撞事故,提出了一种基于单片机的超声波测距倒车雷达的设计方案。该设计根据超声波测距原理,采用AT89S52单片机为控制核心,设计了超声波测距倒车雷达,并对测量距离误差进行了分析。测量距离为0.1～5.0 m,其精度经过校正后可达1 cm。该设计结构简单、工作可靠,有良好的测量精度和灵敏度。 [5]吴琼,封维忠,马文杰.汽车倒车雷达系统的设计与实现[J].现代电子技术,2009,09:191-194. 摘要：为避免汽车倒车过程中发生碰撞,设计一种基于单片机AT89C51的倒车雷达系统,介绍了超声波测距的基本原理,阐述了倒车雷达系统的结构组成、硬件电路设计以及软件设计,并在数据处理部分采用温度补偿消除温度对声速的影响,提高了测距精度。倒车距离采用LCD进行实时显示,并通过语音报警电路对不同距离段做出不同的语音提示。实验表明该倒车雷达系统在30~500 cm范围内可实现准确测距,具有可靠性较高、外围电路简单、实用性强等优点。 [6]高旭,朱军.基于AT89S52单片机的超声波倒车雷达系统的设计[J].电子技术,2010,01:60-61+56. 摘要：利用超声波测距原理,出于低成本、高精度的目的,提出了一种基于AT89S52的超声波倒车雷达系统的设计方案。硬件部分采用AT89S52单片机作为控制器,主要有超声波发射电路、超声波接收电路、温度检测电路、LCD显示电路和报警电路。本文在分析超声波测距原理的基础上,给出了实现超声波倒车雷达系统的软件设计流程图和硬件设计电路图。该系统测量精度为1cm,完全能够满足汽车倒车系统的设计要求。 [7]林勇.汽车倒车防撞雷达系统原理及优化的探讨[J].电脑知识与技术,2008,33:1498-1499. 摘要：文章概述了利用单片机控制的超声波测距应用于汽车倒车防撞雷达系统的基本原理,例如当汽车倒车时,启动单片机及外部传感器实现距离测量,单片机对超声波的发射与接收通过计时进行控制,当所测得的距离小于预设的安全距离时,启动声光报警,有效避开可能对倒车造成危害的障碍物和行人。同时文章对该系统存在的弊端及其优化思路进行详细阐述。
浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告
倒车雷达预警 严团 (09自动化2班 B09330224） 1选题的背景与意义 随着科技的发展，人们对汽车安全与舒适性的要求越来越高。为了提高汽车的安全性，汽车生产过程中常给汽车装上倒车雷达，使得汽车的安全性大为提高。目前，国内外的高档汽车几乎都装有倒车雷达，并且倒车雷达的应用也正逐渐在汽车行业普及[1]。 1.1超声波倒车雷达定义 超声波倒车雷达也叫“倒车防撞雷达”，是汽车在停车或者倒车时的辅助设备，由超声波传感器（俗称探头）、电脑微处理器和显示设备等部分组成。能显示距离障碍物的距离或发出报警声，告知驾驶员周围障碍物的情况，提高驾驶的安全[4]。 1.2 国内外的研究现状 近十年内，国内外研究人员主要研究超声波回波信号的处理方法，新型超声波换能器、超声波发射脉冲选取等方面做了大量的研究，并针对超声波的干扰提出了各种解决方法，这些方法使得超声波的测量距离精度大大提高，对应的应用领域汽车倒车雷达也进行了各项改进，使得汽车的安全性能大幅提高。 目前汽车的倒车雷达的高端应用领域是自动泊车系统，倒车雷达结合倒车摄像系统，倒车时车后的视野直观的显示在汽车的仪表盘上，让倒车变得更容易[10]。 2 研究的基本内容与拟解决的主要问题 2.1 基本内容 本次毕业设计中主要完成的内容包括 1)超声波倒车雷达的原理分析与设计 超声波发射与接收的原理，超声波发射与接收的外围电路以及外围电路与单片机的接口处理。 2)超声波的发射与接收电路调试与装配 在确定正式电路之前必须对超声波的发射与接收系统进行调试，并不断的改进，找出误差的所在，确定最优方案，最后进行硬件装配。
摘要 本文设计了一款基于AT89C51单片机的倒车雷达，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、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。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 Abstract ThispaperdesignsareversingradarbasedonAT89C51MCU,whichusesATMELtheAT89C51asth econtrolcore,theexternalbindingT/R-40-12smallultrasonicsensormodule,LCD1602li quidcrystaldisplaymodule,alarmmodule,crystaloscillatorcircuitmoduleandcomplex circuitmoduleandthecostofreversingradarhardwaresystemstructure.Whenreversingr adarisinstalledintherearofthevehicle,thedistanceoftheobstacleisacquiredbytheu ltrasonicmoduleofthesystem,andthedataisprocessedbythemicrocontroller.Themicro controllerwilldrivethebuzzertoalertthedriverwhenthedistanceislessthanthecriti caldistance.Afteralargenumberofexperimentaltests,theperformanceofthereversing radarisstable,easytocarry,canbedoneanytimeandanywheretoassistthedrivertorever se,soastopreventtheoccurrenceofaccidents.Notonlythat,italsohasacertainpositiv eeffectonthepromotionofSCMandultrasonic. Keywords:ReversingRadar,AT89C51,UltrasonicModule
倒车雷达系统的设计 【摘要】倒车雷达（Car Reversing Aid Systems）的全称是“倒车防撞雷达”, 也称“泊车辅助装置”,是汽车泊车安全辅助装置, 能以声音或者更为直观的显 示告知驾驶员周围障碍物的情况,解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视 所引起的困扰,并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷,提高了安全性。本文介绍基于单片机控制的倒车雷达系统，由单片机控制时间计数，计算超声波自发射至接收的往返时间，利用声波在空气中的传输速度，从而得到实测距离。 再根据障碍物与车尾的距离远近情况发出警报。 【关键词】单片机，超声波测距，倒车雷达，超声波换能器。 【前言】随着我国汽车产业的高速发展，尤其是近几年来，我国开始进入私家车时代，汽车的数量逐年增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。汽车驾驶员越来越担心车的安全了，其中倒车就是一个典型。本文设计的倒车雷达预警系统主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物体的距离而开发设 计的。该系统将单片机技术与超声波的测距技术、传感器技术等相结合，可以测到汽车倒车中，其障碍物与汽车的距离，通过LED 显示屏显示距离，并根据远近发出警报。 一、超声波测距原理 超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=C×T 式中L 为测量的距离长度；C 为超声波在空气中的传播速度；T 为测量距离传播的时间差(T 为发射到接收时间数值的一半)。 超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。 由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到
汽车倒车雷达设计 来源：电子技术应用作者：胡继胜赵力在现代社会中，随着汽车的增多和停车位日趋紧X，泊车成为很多车主头痛的问题，这时倒车雷达就成了汽车的好助手。倒车雷达是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了倒车的安全性。本文以ATmega16作为核心处理器，采用超声波原理测量出障碍物距车尾的垂直距离。系统电路设计合理，工作稳定，性能良好，精度高，实时检测速度快，在未来市场上将有一定的实用价值。 1 超声波测距原理 超声测距的原理较简单，一般采用渡越时间法，将超声传感器安装在汽车尾部，则障碍物距车尾的垂直距离为： 为了提高测距精度，本系统通过温度补偿的方法对传播速度加以校正。因此只要测量超声发射到超声返回的时间间隔△t及环境温度T，然后根据式(1)、式(2)即可计算出距离S。
2 系统硬件设计 本系统采用ATmega16 AVR为控制核心，外围电路由超声波发射电路、超声波接收电路、温度采集模块、声光报警电路、液晶显示电路、接口电路及电源电路等部分组成。系统框图如图1所示。 2.1 核心控制模块 Atmega16是Atmel公司近几年才推向市场的新一代高性能、低功耗、高集成化的8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，加上片内32 个通用工作寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器，大大提高了代码效率，运行速度比AT89C51高出10倍。用于边界扫描的JTAG 接口，可以对片上16 KB闪存Flash在线编程和调试，非常方便软件的升级。内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，如定时/计数器、实时时钟、快速PWM通道、A/D 转换器、I2C的串行接口、可编程的串行USART接口、SPI串