超声波倒车雷达的设计.docx
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超声波倒车雷达的设计
超声波倒车雷达的设计
13检测班
黄涌鑫
131204111
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。
二、设备功能介绍：
为避免汽车在倒车过程中发生事故，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。
三、总电路：
如上图所示，由AT89C51控制的总结构图，从发射电路到超声波传感器，再到障碍物，再回来，形成一个回路，还有简单的LED和报警电路。
3.1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）：
ct2S=
（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。
3.2超声波传感器的原理及结构
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
上图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，但不影响发射接收超声波
4、?
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AT89C51：
是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
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和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机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所示。
现在AT89S51/52已经取代了AT89C51/52。
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VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（计时器0外部输入）
P3.5T1（计时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
五、硬件电路设计：
电源电路：
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（LM7805?
LM1117-3.3）?
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X1是接外部晶体管的一个引脚。
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X2,?
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超声波接收电路
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元件名称
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电阻
12
三极管
4
蜂鸣器
3
芯片（CX20106A、AT89C51?
74LS04）
3
电容
9
超声波传感器
1
按键
3
晶振
2
LED
2
8、?
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超声波倒车雷达系统，基本上自己查阅相关的资料是可以理解的，但发现自己还有许多的知识没有学到过的，都是通过上网查资料才知道就像那复位电路和时钟电路，虽说是以前学过的，也之前分析过的，但看前来还有些陌生，还是要找人帮忙指导下，才把知识点慢慢得找回来。
因此，我更加懂得知识更要时不时的去复习下，把这些成为自己常识，就像知道太阳是从东边升起来的，还有就像我们就最基本的数学加减乘除一样，根本不用去复习，就已经掌握了，这些才是真真正正的学会了，懂了，但我相信，大多数人都没有做到这样。
再者，我们学习的不仅仅这个是理论上的东西，那假如我们来做一个成品，那又会遇到什么困难？
而在这过程中我们又能学到什么知识，或者锻炼到什么能力，我想，这是我在实训中最想要的东西，因为这些能力，在我将来的职业生涯中肯定会发挥很多的作用的。
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