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倒车雷达摘要
摘要
随着我国经济飞速发展，越来越多的人拥有了自己的汽车，同时由泊车和倒车所引发的事故也越来越多。
这些事故常常给驾驶员带来许多的麻烦，因此，有助于驾驶员泊车和倒车的倒车雷达应运而生。
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俩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。
本文介绍了以AT89S52单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化，并有声音报警功能的倒车雷达系统，该倒车雷达根据超声波测距原理研制，采用温度补偿技术、开机自检技术和优化的软硬件技术，将测得的结果送至串口显示，同时用蜂鸣器报警。
驾驶员只需坐在驾驶室就能做到心里有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和效率。
关键词：
STC89C52单片机，倒车雷达，超声波
Abstract
WiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,moreandmorepeoplehavetheirowncars,andcausedbyparkingandreversingaccidentsarealsomoreandmore.Theseaccidentsoftenbringalotoftroubleforthedriver,therefore,reversingradarhelpdriversparkingandreversingtheemergeasthetimesrequire.Reversingradarfullnameis"reversinganti-collisionradar",alsocalled"parkingauxiliarydevice",istheautomobilesafeparkingauxiliarydevice,tothesoundormoredisplayaroundtheobstaclesofthispilotintuitive,liftingthedriverparkingandstartthecarataroundtwovisitcauseddistress,andhelpthedrivertoremovethevisionofthedeadandthelineofsightfuzzyflaw.Thispaperintroducesakindoflowcost,highprecision,miniaturizationofAT89S52microcontrollerasthecore,andthereversingradarsystemsoundalarmfunction,thereversingradarisdevelopedaccordingtotheprincipleofultrasonicdistancemeasurement,usingthetemperaturecompensationtechnology,softwareandhardwaretechnologypoweronselftesttechnologyandoptimization,themeasuredresultssenttotheserialdisplay.Atthesametimewiththebuzzeralarm.Thedriveronlyhastositinthecabcandoseveralthings,greatlyimprovestheefficiencyandsafetyofparkingandreversingthe.
Keywords:
STC89C52microcontroller,reversingradar,ultrasonic
第一章绪论
1.1倒车雷达防撞的意义
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，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。
1.2倒车雷达的发展过程
第一代：
倒车时通过喇叭提醒。
“倒车请注意”想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有小部分商用车还在使用。
只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。
从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。
价格便宜，基本属于淘汰产品。
第二代：
采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。
这是倒车雷达系统的真正开始。
倒车时，如果车后1.8米—1.5米处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。
蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。
但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。
第三代：
数码波段显示具体距离或者距离范围。
这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。
如果是物体，在1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。
这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：
绿色代表安全距离，黄色代表警告距离，红色代表危险距离必须停止倒车。
第三代产品把数码和波段组合在一起，但比较实用，但安装在车内不太美观。
第四代：
液晶荧屏动态显示。
这一代产品有一个质的飞跃，特别是屏幕显示开始出现动态显示系统。
不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。
不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。
第五代：
魔幻镜倒车雷达。
结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。
魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。
因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。
而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。
第六代：
整合影音系统。
它在第五代产品的基础上新增了很多功能，属于第六代产品，是专门为高档轿车生产的。
从外观上来看，这套系统比第五代产品更为精致典雅；从功能上来看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。
目前市场上倒车雷达品牌多达二十几种，价格从上百元到一两千元不等，选购倒车雷达可以从如下方面考虑：
功能、性能、外观、质量、安装。
第二章：
系统总体组成
2.1系统组成
汽车倒车雷达预警系统由三个部分组成，分别为测距部分、控制系统部分和显示报警部分。
2.2系统构建
按照系统设计要求，重点介绍硬件部分，硬件系统设计采用模块化思想。
系统硬件结构分为三个主要模块：
测距系统模块、控制系统模块和显示报警系统模块。
并对该系统建立数学模型，对其进行了倒车仿真试验研究，以提供较为可靠的方法给驾驶者完成倒车任务。
整个系统根据“回波测距”的原理设计的，其结构框图如图2-1所示。
图2-1汽车倒车雷达预警系统结构原理图
各模块所完成的具体功能如下：
（1）测距系统模块：
针对超声波传感器设计的发送模块、接收模块和控制系统共同完成测距功能。
（2）控制系统模块：
本系统以单片机为控制核心，控制整个系统的运行，对各个接口电路进行控制，发射脉冲，检测到回波后，进行数据处理，测出从超声波发射到接收回波信号的时刻差，从而测出距离。
（3）显示报警系统模块：
显示最小距离及报警以提醒驾驶员。
除此之外，系统探测范围及传感器的布点对倒车也有很大的影响，如果系统探测范围及传感器的布点设置不当，那么就容易出现盲区，对汽车周围的障碍物探测不出，容易出现倒车事故。
而且在有的环境下，易造成无法侦测及侦测不良之情况。
2.3超声波测距的原理
超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到发射波就立即停止计时。
假设超声波在空气中的传播速度为
，根据计时器记录的时间
，发射点距障碍物的距离
，如图2.2所示
图2-2超声波测距原理
图2-2中被测距离为H，两探头中心距离的一半用M表示，超声波单程所走过的距离用
表示，由图可得：
（1）
（2）
将式
（2）带入式
（1）得：
（3）
在整个传播过程中，超声波所走过的距离为：
（4）
式中：
为超声波的传播速度，
为传播时间，即为超声波从发射到接收的时间。
将式（4）带入式（3）可得：
（5）
当被测距离H远远大于M时，式（5）变为：
（6）
这就是所谓的时间差测距法。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离[2]。
由于是利用超声波测距，要测量预期的距离，所以产生的超声波要有一定的功率和合理的频率才能达到预定的传播距离，同时这是得到足够的回波功率的必要条件，只有得到足够的回波频率，接收电路才能检测到回波信号和防止外界干扰信号的干扰。
经分析和大量实验表明，频率为40
左右的超声波在空气中传播效果最佳，同时为了处理方便，发射的超声波被调制成具有一定间隔的调制脉冲波信号。
第三章：
硬件系统的组成
按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、超声波发射模块、接收模块共三个模块组成。
单片机主控芯片使用51系列AT89S51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。
3.1相关硬件介绍
3.1.1AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器，外形及引脚排列如图3.1所示。
图3.1AT89C51的引脚排列
40个引脚我们按其功能类别分为三类：
电源和时钟引脚；编程控制引脚；I/O口引脚。
VCC（40脚）、GND（20脚）：
单片机电源引脚，不同型号单片机接入对应电压电源，常压为+5V，低压为+3.3V。
XTAL1（19脚）：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2（18脚）：
来自反向振荡器的输出。
RST（9脚）：
单片机的复位引脚。
当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。
/PSEN（29脚）：
全称是程序存储器允许输出控制端。
在读外部程序存储器时低电平有效，以实现外部程序存储器单元的读操作。
ALE/PROG（30脚）：
当扩展外部RAM时，ALE用于控制把P0口的输出低8为地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。
ALE有可能是高电平也有可能是低电平，当ALE是高电平时，允许地址锁存信号，当访问外部存储器时，ALE信号负跳变将P0口上低8位地址信号送入锁存器；当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。
/EA/VPP（31脚）：
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）。
I/O口引脚—P0口、P1口、P2口、P3口。
P0口（39脚~32脚）：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个口可独立控制。
51单片机P0口内部没有上拉电阻，为高阻状态，所以不能正常地输出高/低电平，因此该组I/O口在使用时务必要外接上拉电阻。
P1口（1脚~8脚）：
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（21脚~28脚）：
准双向8位I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，与P1口相似。
P3口（10脚~17脚）：
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：
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。
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。
二）蜂鸣器的结构原理
1．压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。
当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。
在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
2．电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。
振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
HC-SR04超声波测距模块
1、产品特点：
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
基本工作原理：
（1）采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号;
（2）模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；（3）有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声
波从发射到返回的时间。
测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2;
2、实物图：
如右图接线，VCC供
5V电源，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出等四支线。
3.2：
硬件电路
3.2：
硬件电路
单片机最小系统电路图
蜂鸣器电路
超声波模块电路
电源电路
第四章：
系统软件设计
4.1系统主程序
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineRXP2_7//Echo
#defineTXP2_6//Trig
sbitBeep=P2^0;
unsignedinttime=0;
unsignedlongS=0;
bitflag=0;
bitbeep_en;
ucharB_time;
/*******************************************************************************
函数名：
延时
调用：
delayms（unsignedintms）;
参数：
ms
返回值：
无
结果：
系统延时
备注：
显示等待时间
********************************************************************************/
voiddelayms（unsignedintms）
{
unsignedchari=100,j;
for（;ms;ms--）
{
while（--i）
{
j=10;
while（--j）;
}
}
}
voidinit（）
{
TMOD=0x11;//设T0为方式1，GATE=1；
TH0=0;
TL0=0;
ET0=1;//允许T0中断
TH1=0xb1;
TL1=0xe0;//20ms
TR1=1;
ET1=1;
EA=1;//开启总中断
}
/************************************************************************************
函数名：
主函数
调用：
无
参数：
无
返回值：
无
结果：
备注：
***********************************************************************************/
voidmain（void）
{
init（）;
TMOD=0x01;//设T0为方式1，GATE=1；
TH0=0;
TL0=0;
ET0=1;//允许T0中断
EA=1;//开启总中断
while
（1）
{
TX=1;//启动一次模块
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
TX=0;
while（!
RX）;//当RX为零时等待
TR0=1;//开启计数
while（RX）;//当RX为1计数并等待
TR0=0;//关闭计数
time=TH0*256+TL0;
TH0=0;
TL0=0;
S=（time*1.7）/100;//算出来是CM
if（S>=700||flag==1）//超出测量范围显示“-”
{
flag=0;
}
else
{
if（S<=100）
beep_en=1;
else
beep_en=0;
if（S<10）
B_time=10;
elseif（S<20）
B_time=20;
elseif（S<30）
B_time=30;
elseif（S<40）
B_time=40;
elseif（S<50）
B_time=50;
elseif（S<60）
B_time=60;
elseif（S<80）
B_time=80;
elseif（S<100）
B_time=100;
}
delayms（80）;//80MS
}
}
/************************************************************************************
函数名：
中断函数
调用：
无
参数：
无
返回值：
无
结果：
备注：
***********************************************************************************/
voidzd0（）interrupt1//T0中断用来计数器溢出,超过测距范围
{
flag=1;//中断溢出标志
}
voidtimer1（void）interrupt3
{
staticucharcnt;
TH1=0xb1;
TL1=0xe0;//20ms
if（beep_en）
{
if（++cnt>=B_time）
{
cnt=0;
Beep=~Beep;
}
}
else
Beep=1;
}
结论
本小型模拟系统基本达到了预期的目标，仿真证实其可行性和稳定性。
实际要用的倒车雷达要在车后至少安装两对超声波传感器，以检测到车后略宽于车的较大范围的障碍物，左右距离的报警可以用不同频率（声调）区别，仍然分别用间歇呜叫频率报警提示距离。
系统由于采用了单片机AT89C52，充分利用了其丰富的片上资源使得系统功能丰富，使用的外围芯片减少，提高了系统可靠性。
不过目前市场上大多数倒车雷达都或多或少存在误报警和不报警的情况，也就是倒车雷达的稳定性问题，这是倒车雷达最关键的性能，探测雷达所用的超声波技术是一种模拟技术，性能不稳定的雷达会出现乱跳的现象。
另外，目前倒车雷达报警后，是采取驾驶员制动的
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