車載倒車?yán)走_(dá)裝置的設(shè)計（桂林）

車載倒車?yán)走_(dá)裝置的設(shè)計（桂林）,車載,倒車,雷達(dá),裝置,設(shè)計,桂林 編號 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目 車載倒車?yán)走_(dá) 裝置的設(shè)計 學(xué) 院 機電工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名 阮 明 黃 學(xué) 號 1270120301 指導(dǎo)教師 王 斌 職 稱 講 師 題目類型 理論研究 實驗研究 工程設(shè)計 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 2016 年 06 月 03 日 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 I 摘 要 近兩個世紀(jì) 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?yán)走_(dá)為駕駛者提供 了很大的幫助 本設(shè)計講述了車載倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá) 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(xì)設(shè)計 設(shè)計采用了性能 價格都有優(yōu)勢的 AT89S52 單片機 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(xì) 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?yán)走_(dá)的 設(shè)計 關(guān)鍵詞 倒車?yán)走_(dá) 超聲波測距 AT89S52 聲音警報 液晶顯示 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 II 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 II Abstract Nearly two centuries the high speed development of industry science and technology bring up the living picture of the prosperous high end of the present Cars have been widely used in people s daily life With the popularity of the car the car driving and traffic accidents have caused people s high attention Science and technology that can provide safe driving has become the primary pursuit Forward driving safety depends largely on the driver s safety awareness while in reverse driving due to the existence of the blind area is too large if there is no assistive technology equipment it is difficult to achieve accurate driving Thus reversing radar for the driver to provide a lot of help This design describes the status and implementation of the car reversing radar system Analysis and generalization of the reverse scene the design of the ultrasonic ranging single chip microcomputer control of the vehicle reversing radar The principle of transmitting receiving and data processing of ultrasonic ranging is designed in detail Design uses the performance and price of the advantages of the AT89S52 microcontroller as the main control chip to achieve a precise range sound alarm and a human nature of the liquid crystal display system The hardware design and software design of the system are described in detail in this paper and the design of the reversing radar with practicality and high cost performance is realized Key Words Reversing radar ultrasonic distance measurement AT89S52 sound alarm liquid crystal display 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 目錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 課題的研究背景和研究內(nèi)容 1 1 2 車載倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向 1 1 3 課題的目的和意義 2 1 4 本章小結(jié) 3 2 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)原理 4 2 1 汽車盲區(qū)和系統(tǒng)框圖的建立 4 2 1 1 汽車盲區(qū)和汽車倒車分析 4 2 1 2 盲區(qū)檢測傳感器的選擇 4 2 1 3 系統(tǒng)框圖 5 2 2 超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) 5 2 2 1 超聲波簡介 5 2 2 2 超聲波測距原理 6 2 2 3 車載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) 7 2 3 警報提示和界面顯示系統(tǒng) 8 2 3 1 警報提示系統(tǒng) 8 2 3 2 界面顯示系統(tǒng) 9 2 4 控制處理系統(tǒng) 9 2 5 本章小結(jié) 9 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 10 3 1 硬件系統(tǒng)的組成 10 3 2 超聲波傳感器電路的設(shè)計 10 3 2 1 超聲波傳感器的選型 10 3 2 2 超聲波傳感器 US 100 簡介 11 3 2 3 超聲波傳感器電路 12 3 3 單片機主控電路的設(shè)計 12 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 目錄 3 3 1 單片機的選型 12 3 3 2AT89S52 單片機簡介 13 3 3 3AT89S52 最小系統(tǒng)電路 14 3 4 蜂鳴器警報電路 17 3 4 1 蜂鳴器的選型 17 3 4 2 蜂鳴器電路 17 3 5 液晶顯示電路 17 3 5 1 顯示器的選型 17 3 5 2LCD1602 簡介 18 3 5 3LCD1602 連接電路 19 3 6 其他電路 20 3 6 1 按鍵電路 20 3 6 2 電源輸入電路 21 3 7 本章小結(jié) 21 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計 22 4 1 系統(tǒng)主程序設(shè)計 22 4 2 模塊子程序設(shè)計 24 4 2 1 超聲波傳感器程序設(shè)計 24 4 2 2LCD1602 顯示程序設(shè)計 25 4 3 本章小結(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 PCB 圖 31 附錄三 系統(tǒng)軟件原程序 32 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 1 頁 共 36 頁 1 緒論 1 1 課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?yán)走_(dá)應(yīng)運而生 現(xiàn)今生產(chǎn)的汽車普遍 裝載了車載倒車?yán)走_(dá)倒車輔助裝置 有了車載倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)的重要性 及其理論技術(shù)的成熟 本研究將從車載倒車?yán)走_(dá)系 統(tǒng)的各個方面進行詳細(xì)訴述 現(xiàn)今的車載倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)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) 1 2 車載倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)產(chǎn)品的質(zhì)量已經(jīng)得到社會普遍認(rèn)可 特別 在 21 世紀(jì) 車載倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)系統(tǒng)開始出世的標(biāo)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?yán)走_(dá)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 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 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 LED 數(shù)碼管顯示功能 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(yuǎn)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 0 8m 以上的距離 用黃色代表警告距離 表示 汽車尾部距離障礙物進入 0 6m 0 8m 的距離內(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 0 6m 的距離 這時需要盡快停車或更加謹(jǐn)慎駕駛 此代車載倒車 雷達(dá)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?yán)走_(dá)的實用性 能顯得更加實在 該代的車載倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)不管是外觀還是在實用性上 都達(dá)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?yán)走_(dá) 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?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)系統(tǒng)將更多的納入汽車基本配置當(dāng)中 車載倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)后 向汽車的其他三個方位也進行了雷達(dá)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 1 3 課題的目的和意義 本設(shè)計將對車載倒車?yán)走_(dá)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(dá)系統(tǒng) 本設(shè)計將實現(xiàn)車載倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)的測量距離和精度上的不足進行彌補 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 3 頁 共 36 頁 1 4 本章小結(jié) 本章對車載倒車?yán)走_(dá)的歷史背景進行了闡述 介紹車載倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展史 全面 的了解到車載倒車?yán)走_(dá)的出現(xiàn)帶來的意義所在 對當(dāng)今的倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)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(dá)的測量距離 精度上的改良和提高整體系統(tǒng)穩(wěn)定性 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 4 頁 共 36 頁 2 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)原理 2 1 汽車盲區(qū)和系統(tǒng)框圖的建立 2 1 1 汽車盲區(qū)和汽車倒車分析 車載倒車?yán)走_(dá)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 1 所示 圖 2 1 汽車四大盲區(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 1 5 米內(nèi)的盲區(qū) 以駕駛 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 基于此 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?yán)走_(dá) 想要設(shè)計出具有有效探測汽車尾部后方障礙物的倒車?yán)走_(dá) 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?yán)走_(dá)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 SUV 車型中 車身寬度都在 150cm 到 165cm 之間 加上汽車倒車 時尾部存在的 300cm 盲區(qū)長度 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 2 1 2 盲區(qū)檢測傳感器的選擇 車載倒車?yán)走_(dá)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 1 所示 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 5 頁 共 36 頁 表 2 1 測距超感器的性能 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(yuǎn) 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 基于等等優(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 2 1 3 系統(tǒng)框圖 車載倒車?yán)走_(dá)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 LCD 顯示功能 在蜂鳴報警的同時 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?yán)走_(dá)系統(tǒng)構(gòu)成如圖 2 2 所示 整體可以分為 四個小系統(tǒng) 超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) MCU 控制處理系統(tǒng) 警報系統(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) MCU 控制處理系統(tǒng)采用滿足系統(tǒng) 在速度和穩(wěn)定性的要求上的 MCU 芯片即可 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 MCU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 2 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)框圖 2 2 超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) 2 2 1 超聲波簡介 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 Hz 為單位 我們?nèi)祟惖亩湟话阒荒苈牭降念l率在 20 20000Hz 之間的聲音 我 們?nèi)祟惖亩錁O少能察覺到頻率小于 20 20000Hz 之中的 20Hz 或大于 20000Hz 的聲音 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 6 頁 共 36 頁 科學(xué)界上把頻率比 20000Hz 還要高的聲波稱為 超聲波 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 可以聽到的聲波和超聲波在本質(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 2 超聲波的性質(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 2 2 2 超聲波測距原理 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?與障礙物直接的距離 超聲波脈沖與測距原理示意圖如圖 2 3 所示 圖 2 3 超聲波脈沖與測距原理示意圖 超聲波脈沖是具有固定為 40KHz 的方波脈沖 如圖 2 3 中所示 發(fā)射器和接收器 是應(yīng)該緊緊相靠放置 在圖 2 3 中 超聲波發(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 tcS 1 式中的 c 是超聲波在空氣介質(zhì)中傳輸?shù)乃俾?t 為發(fā)送到接收回波的時間 實際上 超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俾?c 還與溫度有關(guān)系 在不同的溫度對應(yīng)著不 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 7 頁 共 36 頁 同的傳輸速率 表 2 3 中列出了 8 種溫度下的超聲波傳輸速率 表 2 3 傳輸速率與溫度的關(guān)系 溫度 30 2 10 0 10 20 30 100 速率 m s 313 319 325 322 338 344 349 386 表 2 3 反應(yīng)了超聲波在傳輸過程中的溫度效應(yīng)特性 在使用時 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(rèn)為傳輸速率是基本不變的 取為 340m s 即 可 但是 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 2 00 Tc 2 其中 T 為絕對溫度數(shù)值 為相對溫度值 0Tk15 2730 smc 4 310 式 2 2 用于對式 2 1 中的 c 進行溫度補償校正 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 2 2 3 車載超聲波發(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?yán)走_(dá)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 150cm 到 165cm 之間 盲區(qū)長度在汽車倒車時尾部后的 300cm 為了保證距 離測量的精度 一組超聲波探測器有效探測距離會在 450cm 內(nèi) 這個完全符滿足了 300cm 的盲區(qū)長度探測要求 一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 4 所示 圖 2 4 超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 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 8 頁 共 36 頁 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) a b 圖 2 5 車載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)示意圖 實際設(shè)計中 車載倒車?yán)走_(dá)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 2 5 a 所示 其尾部安裝了 3 組超聲波探測器 圖 2 5 b 所示的則安裝了 4 組超聲波探測器 本設(shè)計將采用圖 2 5 中的 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 2 3 警報提示和界面顯示系統(tǒng) 2 3 1 警報提示系統(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 4 報警器的分類 分類原理 報警器類型 簡介 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)換為聲能發(fā)聲原理 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 固定式報警器 安裝在某一固定地點使用的警報器設(shè)置條件 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 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 9 頁 共 36 頁 由于報警器是用于車載倒車?yán)走_(dá)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 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?yán)走_(dá)系統(tǒng)中是很好的選擇 蜂鳴器外形如圖 2 6 所示 圖 2 6 蜂鳴器形狀圖 2 3 2 界面顯示系統(tǒng) 在汽車中加入界面顯示無疑是當(dāng)代汽車的標(biāo)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?yán)走_(dá)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(zhǔn)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 2 4 控制處理系統(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(dá)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?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)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 2 5 本章小結(jié) 本章從汽車本身出發(fā) 詳細(xì)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?yán)走_(dá)系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu) 從本章中可以看出車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的意義所 在 以及其中每一個組成所負(fù)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) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 10 頁 共 36 頁 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的知識和設(shè)計性的指導(dǎo) 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 本章將開始對車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)進行具體的硬件設(shè)計 根據(jù)車載倒車?yán)走_(dá)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(zhǔn)確計算 完成最終 的硬件電路設(shè)計 3 1 硬件系統(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 1 所示 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 1 硬件系統(tǒng)框圖 車載倒車?yán)走_(dá)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 3 2 超聲波傳感器電路的設(shè)計 3 2 1 超聲波傳感器的選型 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 HC SR04 型超聲波測距模塊和 DS18B20 溫度傳感器 其器件如 圖 3 2 所示 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 11 頁 共 36 頁 圖 3 2 HC SR04 和 DS18B20 方案二 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 US 100 型超聲波測距模塊 器件如圖 3 3 所示 圖 3 3 US 100 方案一中的 HC SR04 和 DS19B20 的市場價格都在 4 元左右 方案二中的 US 100 價 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 HC SR04 模塊進行距離測量和溫度測量 測量完 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 US 100 采集 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(dá)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(dá)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 3 2 2 超聲波傳感器 US 100 簡介 本設(shè)計中選用了 3 個 US 100 超聲波測量距離傳感器對倒車車后盲區(qū)進行檢查 US 100 一共有 5 個外接引腳 引腳功能如下表 3 1 所示 表 3 1 US 100 引腳功能 引腳 1 VCC 工作電壓引腳 接 DC2 4 5 5V 引腳 2 Trig TXD 數(shù)據(jù)通信引腳 引腳 3 Echo RXD 數(shù)據(jù)通信引腳 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 12 頁 共 36 頁 引腳 4 5 GND 工作電源地 US 100 具有兩種通信方式 一種是 UART 串行口通信模式 使用該模式時需要將引 腳 2 3 接到單片機的 TXD 和 RXD 引腳 另一種工作方式是電平觸發(fā)通信模式 US 100 的數(shù)據(jù)通信引腳 2 和 3 可以接到單片機任意的兩個 IO 口引腳上 沒有特殊要求 由于 本設(shè)計一個需要 3 個 US 100 超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 US 100 進行硬件連接和程序處理 3 2 3 超聲波傳感器電路 如下圖 3 4 所示 3 路 US 100 的電路連接用 3 個引腳間距為 2 54mm 的 5 引腳排針 代替 超聲波傳感器 1 的通信引腳接單片機的 P12 和 P11 超聲波傳感器 2 的通信引腳 接單片機的 P31 和 P30 超聲波傳感器 3 的通信引腳接單片機的 P32 和 P33 圖 3 4 US 100 電路連接圖 3 3 單片機主控電路的設(shè)計 3 3 1 單片機的選型 單片機作為車載倒車?yán)走_(dá)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 AVR 系列 MSP430 系列和更高級的 RAM FPGA 等 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 Intel 8031 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 O 口 四組 8 位并行 I O 口 五個內(nèi)外部中斷源 一個全雙工的 UART 串行數(shù)據(jù)通信接口 4Kbyte 的 ROM 和 128Byte 的 RAM 等典型特點 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(dá)到 0 5us 級 24MHz 的晶振下 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(yuǎn) 價格也是相對最實惠的 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 13 頁 共 36 頁 方案二 采用 AVR 系列單片機 AVR 系列單片機是在 1997 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 RAM FPGA 等控制芯片 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 AVR 單片機貴幾個級別的價格區(qū)域中 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中 需要對 3 個 US 100 超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 10ms 以上 特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 AT89S52 單片機 作為主控芯片 3 3 2AT89S52 單片機簡介 AT89S52 除了具有 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 2 表 3 2 AT89S52 特有性能 序號 不同點 擁有 3 個定時 計數(shù)器 較 51 單片機多出定時 計數(shù)器 2 8Kbytes 的程序存儲器 ROM 256Bytes 的數(shù)據(jù)存儲器 RAM 如圖 3 5 所示 AT89S52 有 40 引腳 DIP 44 引腳 PLCC 和 44 引腳 TQFP 這 3 種封裝 形式 支持最大 24MHz 的外部晶振輸入 AT89S52 除了正常工作狀態(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 AT89S52 的 CPU 停止工作 它的 RAM 和 中斷系統(tǒng) 定時 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 CPU 會自動保存 RAM 中的內(nèi)容 停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 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 14 頁 共 36 頁 圖 3 5 AT89S52 封裝形式 3 3 3AT89S52 最小系統(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 DIP 封裝形式來設(shè)計電路 圖 如圖 3 6 所示 AT89S52 主控系統(tǒng)電路就是常說 51 單片機最小電路系統(tǒng) 其中包 括 AT89S52 主控單片機 還有它的下載程序 ISP 接口 晶振電路 復(fù)位電路和 P0 的 10K 上拉電阻 圖 3 6 AT89S52 主控系統(tǒng) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 15 頁 共 36 頁 1 AT89S52 程序下載接口 AT89S52 單片機具有兩種程序下載方式 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 SPI 總線的四根線下載方式 只 需要一個 USBASP 下載器就可以實現(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 USBASP 下載器實物圖如圖 3 7 所示 下載器與 AT89S52 的連接如 圖 3 6 中的 ISP1 所示 只需對應(yīng)的連接 MOSI MISO SCK 和 RST 四個引腳和共地即可 實現(xiàn)程序下載 圖 3 7 USBASP 程序下載器 2 晶振電路 AT89S52 執(zhí)行程序需要有一個工作頻率 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 AT89S52 的 XTAL1 和 XTAL2 引腳需要對地 接一個 10pF 30pF 的電容 晶振電路如圖 3 8 所示 圖 3 8 AT89S52 外部晶振電路 AT89S52 支持最大 24MHz 的外部晶振 本設(shè)計中選用 12MHz 的即可滿足系統(tǒng)要求 兩個對地電容 C3 C4 選擇 22pF 實際應(yīng)用時 需要將晶振和電容盡可能安裝在 AT89S52 單片機 XTAL1 和 XTAL2 引腳附近 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 AT89S52 外部復(fù)位電路的基本功能 電路系統(tǒng)上電時由 RC 串聯(lián)電路提供復(fù)位信號 等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后 AT89S52 開始運行程序 AT89S52 單片機進行復(fù)位的條件是復(fù)位 引腳 RST 有超過兩個機器周期以上的連續(xù)高電平 復(fù)位電路如圖 3 9 所示 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 16 頁 共 36 頁 圖 3 9 外部復(fù)位電路 如上圖所示 復(fù)位電容的大小是 10uF 電阻的大小是 10K 根據(jù) RC 串聯(lián)電路原 理 可算出它的時間常數(shù)為 10uF 10 K 0 1s 系統(tǒng)上電時 電容 C1 充電到 VCC 電壓的 0 7 倍需要的時間為時間常數(shù) 0 1s 在系 統(tǒng)上電的 0 1s 內(nèi) 電容 C1 兩端的電壓時從 0V 增加到 3 6V 同時電阻 R3 兩端的電壓 從 5V 減少到 1 4V 所以在 0 1s 內(nèi) RST 處的電壓從 5V 下降到 1 4V AT89S52 單片機 在檢測輸入電壓時 將 0 2 4V 的電壓視為低電平 3 6 5V 的電壓視為高電平 在系統(tǒng) 上電時 RST 處電壓在 3 6V 以上的時間約為 0 01s 而 AT89S52 的機器周期為 1us 系 統(tǒng)上電時能提供足夠時間的高電平使單片機進行復(fù)位 在系統(tǒng)上電后 電容 C1 會持續(xù) 充電到 5V 即 VCC 此時 RST 處電壓為 0V AT89S52 能正常的進行工作 按鍵 S4 是手動復(fù)位按鍵 按下按鍵 S4 時 開關(guān)接通 電容 C1 被短路 在按鍵 S4 按下過程中 電容 C1 會釋放之前存儲的電量 從 5V 釋放到變?yōu)榱?1 5V 甚至更小 根據(jù)串聯(lián)電路中電壓總和為 5V 可知 這個時候電阻 R4 兩端的電壓為 3 5V 甚至更大 即 AT89S52 單片機的復(fù)位 RST 引腳接收到兩個機器周期以上的高電平 AT89S52 單片機 執(zhí)行復(fù)位 松開按鍵 S4 后 RC 電路執(zhí)行系統(tǒng)上電時的工作 充電完成后 AT89S52 重新 執(zhí)行程序 在不需要手動復(fù)位的系統(tǒng)中 按鍵 S4 是可以取消的 但是電容 C1 和電阻 R3 是必 須 4 P0 口 10K 上拉電阻 AT89S52 一共有四組 8 位并行 I O 口 其中 P1 P2 P3 是內(nèi)部自帶上拉電阻的準(zhǔn) 雙向 IIO 口 P0 口內(nèi)部是不帶上拉電阻的漏極開路輸出 需要外接上拉電阻才能提供 驅(qū)動電流 P0 口外接上拉電阻的阻值為 10K 選用 9 引腳的排阻 實物圖如如 3 10 所示 電路連接圖如圖 3 6 中的 P3 所示 圖 3 10 9 引腳 10K 排阻 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 17 頁 共 36 頁 3 4 蜂鳴器警報電路 3 4 1 蜂鳴器的選型 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)需要一個提示聲音提醒駕駛員車后是否有障礙物 在達(dá)到提醒 要求的情況下 進行使報警電路簡單 小型化 本設(shè)計中選擇普通的蜂鳴器即可滿足 要去 蜂鳴器可分為無源和有源兩種類型 其主要區(qū)別如表 3 3 所示 表 3 3 蜂鳴器分類和特征 蜂鳴器類型 特征 無源蜂鳴器 輸出聲音頻率固定 接電即可發(fā)出聲音 有源蜂鳴器 輸出聲音頻率可變 需要脈沖驅(qū)動發(fā)音 脈沖頻率決定聲音頻率 由于有源蜂鳴器需要脈沖驅(qū)動 占用 AS89S52 處理程序的時間比較長 所以不采 用有源蜂鳴器 而采用控制更加簡單的無源蜂鳴器 無源蜂鳴器只需要接通電路即可 發(fā)出警報聲音 通過控制接通電路的時間間隔可以控制蜂鳴器發(fā)出不同急促程度的聲 音 3 4 2 蜂鳴器電路 無源蜂鳴器驅(qū)動電路如圖 3 11 所示 由于 AT89S52 的 IO 口驅(qū)動能力不強 所以 需要加上三極管驅(qū)動電路驅(qū)動蜂鳴器 LS1 驅(qū)動三極管采用 PNP 型三極管 S9012 三極 管基極通過一個 200 的限流電阻接到 AT89S52 的 P02 引腳 當(dāng) P02 為 0 時 三極管 Q1 導(dǎo)通 蜂鳴器 LS1 通電發(fā)出警報聲音 反之 當(dāng) P02 為 1 時 三極管 Q1 截止 蜂鳴 器 LS1 關(guān)斷 圖 3 11 無源蜂鳴器驅(qū)動電路 3 5 液晶顯示電路 3 5 1 顯示器的選型 本設(shè)計是用在汽車上作為顯示 所以采用界面顯示較美觀的液晶顯示器而不用數(shù) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 18 頁 共 36 頁 碼管等顯示不良的顯示器件 本設(shè)計選用 LCD 顯示屏 方案一 采用 LCD1602 液晶顯示器 LCD1602 是一種專門用來顯示 ASCIIC 型數(shù)字 符號 字母的點陣型液晶模塊 LCD1602 顯示器界面有 2 行 每行顯示 16 個字符 可以同時 顯示 32 個字符 顯示界面的字符和字符之間有一個點距的間隔 LCD1602 的售價在 6 元左右 尺寸為 73 20 18mm LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 引腳接口 有 11 個通信引腳需 要和外部控制器連接 其中有 8 個位并行數(shù)據(jù)傳輸口 實物圖如圖 3 12 所示 圖 3 12 LCD1602 實物圖 方案二 采用 LCD12864 液晶顯示器 LCD12864 除了顯示字符以外 還可以顯示漢子 一個 漢子占用兩個字符顯示位 LCD12864 顯示器界面有 4 行 每行顯示 16 個字符或者 8 個 漢字 可以同時顯示 64 個字符 LCD12864 顯示器的售價在 25 元左右 尺寸為 93 70 12mm LCD12864 顯示器外接引腳有 20 個 通信引腳占 11 個 其有兩種通信方 式 可以采用并行通信 也可以采用串行通信 采用串行通信時 只需要和外部控制 器連接 4 跟通信線 LCD12864 實物圖如圖 3 13 所示 圖 3 13 LCD12864 實物圖 對比以上兩款 LCD 顯示器 LCD1602 在成本上有明顯的優(yōu)勢 從系統(tǒng)需求來看 系 統(tǒng)需要顯示 3 個距離值 為確保精度 需要顯示到 0 01m 的精度 即每個距離需要 5 位字符顯示位 加上傳感器編號 3 位和至少 6 位的間隔符 一共需要 24 位 LCD1602 也能滿足顯示的要求 考慮到外觀小型美觀化 這里選用 LCD1602 液晶顯示器 3 5 2LCD1602 簡介 LCD1602 是一款比較常用字符型液晶顯示器 LCD1602 引腳功能如下表 3 4 所示 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 19 頁 共 36 頁 表 3 4 LCD1602 引腳功能 引腳號 引腳功能 第 1 腳 GND 電源地 第 2 腳 VCC 電源正極 有 3 3V 和 5V 型號之分 第 3 腳 VO 液晶顯示器對比度調(diào)整引腳 接 VCC 時對比度最弱 接 GND 時對比度 最高 使用時通常會接一個幾 K 到幾十 K 的電位器進行對比度的最佳 顯示調(diào)節(jié) 第 4 腳 RS 寄存器選擇位 高電平為選擇數(shù)據(jù)寄存器 低電平為選擇指令寄存器 第 5 腳 RW 讀寫信號控制線 高電平為對 LCD1602 進行讀操作 低電平為對 LCD1602 進行寫操作 第 6 腳 EN 使能控制 高電平期間讀取信息 負(fù)跳變時執(zhí)行指令 第 7 14 腳 D0 D7 8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位 第 15 腳 BLA 背光電源正極 可不接或接 VCC 第 16 腳 BLK 背光電源負(fù)極 可不接或接 GND LCD1602 顯示器特性如下 1 具有 5V 或 3 3V 可選工作電壓 2 顯示器對比度可調(diào) 3 內(nèi)含復(fù)位電路 4 提供多種控制命令 字符和光標(biāo)閃爍與否 移位方向 清屏等多種功能 5 80Byte 的顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM 6 192 個 5X7 點陣字符發(fā)生器 CGROM 7 8 個用戶自定義的 5X7 點陣字符發(fā)生器 CGRAM 8 顯示內(nèi)容豐富 微功耗 體積小 超薄輕巧 3 5 3LCD1602 連接電路 LCD1602 外部控制電路如圖 3 14 所示 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 20 頁 共 36 頁 圖 3 14 LCD1602 連接電路圖 LCD1602 的外圍電路很簡單 只需要一個調(diào)節(jié)對比度的 10K 可調(diào)電阻和一個去耦電 容即可 電路采用和系統(tǒng)一樣的 5V 供電電壓 即電路圖中的 VCC 電容 C2 為去耦電容 為 LCD1602 提供較為穩(wěn)定電源 電容 C2 選用 0 1uF 無極性電容 需要就近 LCD1602 放 置 可調(diào)電阻 RW1 的可變電阻斷接到 LCD1602 的 VO 引腳 改變 VO 處的電壓可以調(diào)節(jié) 顯示器的顯示對比度 背光電源正負(fù)極直接接上電源 VCC 和電源地 GND 為顯示屏提供 背景燈使顯示更加明顯 LCD1602 并行數(shù)據(jù)接口 D0 D7 對應(yīng)接到 AT89S52 的 P20 P27 引腳 RS RW EN 這 3 個控制引腳接到單片機的 P37 P36 和 P35 上 3 6 其他電路 3 6 1 按鍵電路 車載倒車?yán)走_(dá)成品不需要按鍵控制操作 按鍵電路為樣機調(diào)試時使用 本設(shè)計采 用簡單的獨立按鍵 電路圖如圖 3 15 所示 圖 3 15 按鍵電路 按鍵的一端接到 GND 另一端接到單片機 I O 口 當(dāng)按鍵按下時 AT89S52 對應(yīng) I O 口檢測到低電平 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 21 頁 共 36 頁 3 6 2 電源輸入電路 為保證系統(tǒng)的小型化 本設(shè)計中的供電電源由外部輸入一個 5V 的直流電壓 電源 電路包括輸入電路 控制開關(guān)和電源指示電路 電路如圖 3 16 所示 圖 3 16 電源電路 其中 P1 為電源輸入接口 P1 的 2 引腳接外部電源的 5V 1 引腳接 GND 電源控制 開關(guān)采用單刀單擲開關(guān) 如圖 3 16 中的 S1 電源指示燈選用普通的 LED 發(fā)光二極管 電阻 R1 作為 LED 的限流電阻 LED 正常工作電流在 5mA 20mA 左右 其導(dǎo)通壓降 0 7V 左右 根據(jù) U I R 可以知道 R1 的取值在 215 860 之間 本設(shè)計取 510 3 7 本章小結(jié) 本章詳細(xì)講解了車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的硬件電路 從硬件系統(tǒng)框圖出發(fā) 逐步確定 各種器件的型號和計算其中一些器件的具體參數(shù) 最終完成從理論上的設(shè)計 本章給 出多個設(shè)計方案 從中對比選出最優(yōu)方案 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 22 頁 共 36 頁 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計 軟件設(shè)計是根據(jù)設(shè)計目的和要求建造出系統(tǒng)中的軟件部分的過程 軟件系統(tǒng)設(shè)計 是一項包括需求捕捉 整體需求分析 設(shè)計 實現(xiàn)和測試的系統(tǒng)工程 軟件設(shè)計有軟件系統(tǒng)概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計兩個部分 系統(tǒng)概要設(shè)計就是系統(tǒng)總體 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 利用系統(tǒng)流程圖的形式清晰明了的展示系統(tǒng)的運行 系統(tǒng)概要給出軟件 的模塊化結(jié)構(gòu) 其中包含系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的運行流程 為軟件的詳細(xì)設(shè)計提供 基礎(chǔ) 系統(tǒng)概要設(shè)計為軟件的詳細(xì)設(shè)計指明了方向 在詳細(xì)設(shè)計中 需要具體考慮每 個具體模塊所涉及到的主要算法 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 各種層次結(jié)構(gòu)及調(diào)用關(guān)系 并且需要說 明軟件系統(tǒng)各個層次中的每一個模塊的設(shè)計考慮 還要考慮到每個具體模塊之間的承 接關(guān)系 同時進行編寫和測試 最終保證每個模塊軟件完美的接入整個軟件系統(tǒng) 本設(shè)計需要實現(xiàn)的是基于 AT89S52 單片機的車載倒車?yán)走_(dá) 的程序設(shè)計 完成具體 的硬件系統(tǒng)之后 根據(jù)單片機 AT89S52 開發(fā)習(xí)慣選用使用具有普遍性的 C 語言來實現(xiàn) 程序的設(shè)計 為了程序編寫的正規(guī)化 根據(jù)程序開發(fā)者的習(xí)慣將各主要模塊的軟件設(shè) 計分開寫于兩個頭文件中 各個子程序模塊化 最后由主文件將它們聯(lián)系起來 4 1 系統(tǒng)主程序設(shè)計 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 4 1 所示 開 始 距 離 值 進 入 警 報 距 離 NY I O口 初 始 化 LCD1602初 始 化 LCD1602顯 示 系 統(tǒng) 界 面 按 鍵 檢 測 設(shè) 定 警 報 值 獲 取 3個 距 離 值 LCD1602更 新 顯 示 打 開 蜂 鳴 器 警 報 關(guān) 閉 蜂 鳴 器 警 報 圖 4 1 系統(tǒng)主程序流程圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 23 頁 共 36 頁 系統(tǒng)上電 AT89S52 單片機進行復(fù)位后便開始進入程序執(zhí)行 AT89S52 先對自身的 各個功能和 LCD1602 進行初始化并在 LCD1602 上顯示系統(tǒng)界面 然后進入主要程序執(zhí) 行 并一直在主要程序中循環(huán)執(zhí)行 主程序循環(huán)中包括對按鍵的檢測 獲取 3 個超聲 波傳感器的距離值并通過 LCD1602 顯示出來 然后根據(jù)所測距離值判斷是否執(zhí)行蜂鳴 器警報操作 系統(tǒng)主程序如下 void main void Key 1 1 Key 2 1 BEEP 1 JingBao 20 Init LCD1602 Write Str 0 x00 Welcome Display JB JingBao Display JL JL 1 JL 2 JL 3 while 1 KeyScan Delay ms 20 JL 1 Ranging 1 Delay ms 20 JL 2 Ranging 2 Delay ms 20 JL 3 Ranging 3 Display JL JL 1 JL 2 JL 3 if JL 1 JingBao JL 2 JingBao JL 3 JingBao BEEP 0 else BEEP 1 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 論文 報告用紙 第 24 頁 共 36 頁 4 2 模塊子程序設(shè)計 4 2 1 超聲波傳感器程序設(shè)計 在本設(shè)計中 對 US 100 超聲波測距傳感器的編程方法采用電平觸發(fā)方式 采用電 平觸發(fā)