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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

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、处理最后显示在液晶显示屏上。

第二章设计原理及总体方案

2.1 本设计的研究方法

本设计选用US-100 超声波传感器。了解超声波测距的原理的，只有对理论知识有一定的学习才能运用到实际操作中。根据原理设计超

声波测距仪的硬件结构电路。对设计的电路进行分析能够产生超声波，

实现超声波的发送和接收，从而实现利用超声波测距的方法测量物体之

间的距离。具体设计一个基于单片机的超声波测距器，包括单片机控

制电路，发射电路，接收电路，液晶显示电路，声光报警电路。

2.2 系统整体方案的设计

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，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到农业生产等自

动化的使用要求。

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、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。目前在近距离测量方面常

用的是压电式超声波换能器。根据设计要求并综合各方面因素，本文

采用 STC89C52单片机作为控制器，超声波驱动信号用单片机的定时

器。

2.3 系统整体方案的论证

超声波测距的原理是利用超声波的发射和接受，根据超声波传播的时间来计算出传播距离。实用的测距方法有两种，一种是在被测距离的两端，一端发射，另一端接收的直接波方式，适用于身高计；一

种是发射波被物体反射回来后接收的反射波方式，适用于测距仪。此次设计采用反射波方式。

测距仪的分辨率取决于对超声波传感器的选择。超声波传感器是一种采用压电效应的传感器，常用的材料是压电陶瓷。由于超声波在空气中传播时会有相当的衰减，衰减的程度与频率的高低成正比；而频率高分辨率也高，故短距离测量时应选择频率高的传感器，而长距离的测量时应用低频率的传感器。

第三章系统的硬件设计

2.1系统的总体框图

照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模

块、显示模块、超声波收发模块、声光报警模块共四个模块组成。

单片机主控芯片使用51 系列 STC89C52单片机，该单片机工作性能稳定，同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。

发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送。

接收电路使用三极管组成的放大电路，该电路简单，调试工作小

较小。

图 3-1 ：系统设计框图

硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电

路和超声波接收电路、报警输出电路、供电电路等几部分。单片机采

用STC89C52，系统晶振采用 12MHz高精度的晶振，以获得较稳定

时钟频率，减小测量误差。

2.2 US-100 超声波收发模块

该超声波收发模块可自己产生40kHz的方波，并经放大电路驱动超声波发射探头发射超声波，发射出去的超声波经障碍物反射后由超

声波接收探头接收。经接收电路的检波放大，积分整形，在ECHO引脚上产生方波脉冲，该脉冲宽度与被测距离成线性关系。具体过程如图 2 所示。