基于51单片机的倒车雷达设计

课程设计报告

（嵌入式系统设计实践）

学院：电气工程与自动化学院

题目：基于51单片机的车倒车雷达设计专业班级：自动化131班

学号：********** 学生姓名：***

指导老师：***

时间：2015年12月1 日

摘要

倒车雷达又称泊车辅助系统，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。

本文介绍了以STC89C51RC单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统。倒车雷达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。倒车雷达的提示方式可分为液晶、语言和声音三种；接收方式有无线传输和有线传输等。本方案采用语音提示的方式，利用STC89C51RC单片机所具备的功能，外接超声波测距模组，即超声波发射模块和超声波接收模块，加上显示模块和语音报警模块，组成一个示例的倒车雷达系统，语音提示报警（0.27m~1.0m）范围内的障碍物，并通过数码管显示与障碍物之间的距离。

关键词：倒车雷达；超声波；单片机STC89C51RC

目录

第一章概述 (1)

1.1设计目的 (1)

1.2设计要求 (1)

1.3 本设计主要内容 (1)

第二章倒车雷达的基本工作原理 (2)

2.1 单片机的发展及其应用 (2)

2.2 超声波测距原理 (2)

2.2.2 超声波测距的基本原理 (2)

2.2.3 超声波测距的设计实现 (5)

2.3 超声波倒车雷达系统工作原理 (5)

2.3.1 超声波倒车雷达的工作原理 (5)

2.3.2 系统原理框图 (6)

2.4 本章小结 (6)

第三章系统硬件设计 (7)

3.1 单片机系统及显示电路 (7)

3.1.1 单片机控制芯片选择 (7)

3.1.2 单片机系统及其外围电路 (9)

3.1.3 显示电路 (10)

3.2 超声波发射电路 (11)

3.3 超声波接收电路 (12)

3.4 语音部分原理图 (13)

3.5 电源电路的设计 (14)

3.6 本章小结 (15)

第四章系统软件设计 (15)

4.1 超声波测距仪的算法设计 (16)

4.2 主程序设计 (17)

4.3 超声波发生与接收程序设计 (19)

4.3.1 超声波发生子程序设计 (19)

4.3.2 外部中断子程序设计 (21)

4.4 倒车距离显示及语音报警程序设计 (22)

4.4.1 显示报警子程序设计 (22)

4.4.2 LED显示子程序设计 (23)

4.5 本章小结 (24)

第五章分析调试及结论 (25)

5.1 硬件组装 (25)

5.2 软件实现 (25)

5.3 整机调试 (26)

5.4 结论分析 (26)

5.5 本章小结 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

附录I (29)

附录II (30)

第一章概述

1.1设计目的

伴随着我国汽车行业的高速发展，特别是近几年来，开始进入私家车时代，汽车的数量正在逐步增加，造成交通越来越拥挤。驾驶员开始越来越担心行车安全，其中倒车最为典型。同时汽车驾驶员中非职业汽车驾驶员的比例也在逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事件。本系统是将微计算机技术与超声波的测距技术、传感器技术、单片机技术等相结合，可以检测到汽车倒车时障碍物与车尾的距离，通过液晶显示屏显示距离，并根据实际距离发出报警等级。驾驶员只要在驾驶室里就能做到心中有数，极大的提高了停车和倒车时的安全和效率。

1.2设计要求

本系统主要由超声波发射、接收电路、单片机处理模块、LED数码显示以及声光报警等部分组成。

设计要求：

1、设计硬件系统；

2、设计软件系统；

3、绘制硬件电路图；

4、进行图像显示提示及声音提示，当距离小于5CM（2.5M）的时候声音提示，小于0.5CM（0.5M）时，急促声音提示。

1.3 本设计主要内容

本设计是以STC89C51RC单片机为核心，一种低成本、高精度、微型化，并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统。利用STC89C51RC单片机所具备的功能，外接超声波测距模组，即超声波发射模块和超声波接收模块，加上显示模块和语音报警模块，组成一个示例的倒车雷达系统，语音提示报警（0.27m~1.5m）范围内的障碍物，并通过数码管显示与障碍物之间的距离。设计共分六章，主要内容包括：绪论，倒车雷达的基本工作原理，系统硬件设计，系统软件设计，安装调试及分析，以及对测距仪改进的一些设想。

第二章倒车雷达的基本工作原理

2.1 单片机的发展及其应用

单片机又称微控制器，是在一块硅片上集成了各种部件化微型计算机，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。单片机体积小、重量轻、具有很强的灵活性而且价格不高，越来越得到广泛的应用。8051在小中型应用场合很常见，已成为单片机领域的实际标准。80年代中期，Intel 公司将8051内核使用权以专利互换或出售形式转给世界许多著名IC制造厂商，如PHILIPS、西门子、AMD、OKI、NEC、Atmel等，这样8051就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百个品种的大家族。90年代，PHILIPS推出支持16位计算的X4系列。XA系列是16位单片机，又可完全兼容8051的指令系统。Intel推出的80C51也是与8051在机器代码级兼容，这样保证了8051用户到21世纪技术的领先性。随着硬件的发展，8051软件工具已有C级编译器及实时多任务操作系统（RIOS），单片机的程序设计更简单、更可靠、实时性更强。因而8051系列是单片机教学的首选机型。而有内部可擦写RAM 的89C51/52是目前我们常用的芯片。

2.2 超声波测距原理

2.2.2 超声波测距的基本原理

（1）认识超声波

超声波是指振动频率大于20KHz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。

超声波由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等优点，而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。超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如液位、井深、管道长度等场合。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在测控系统的研制上得到了广泛应用。

（2）超声波发生器

为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。