超声波防撞报警倒车系统设计
摘 要本文选择了“超声波防撞倒车报警控制系统设计”作为研究课题，设计了一款以51单片机作为主要控制芯片的智能控制系统， 实现了预期设立的性能指标，使得系统能够自动判别出车辆距离周围障碍物的距离，突破了目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了超声波防撞倒车报警控制系统的改进和优化，使得本次毕业设计非常有意义。笔者所设计的这款自动控制系统经历了硬件系统和软件系统的设计和优化，在硬件上以最少的元器件和最低的成本构建了一个完整的硬件系统；在软件上以最流畅的代码运行方式实现了对硬件的控制，如果将这款超声波防撞倒车报警控制系统进行大量生产并将之投向市场，能够大大降低这种产品的成本。
目录
一、 引言 1
（一） 倒车雷达的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） HCSR04超声波传感器 5
（四） LCD1602显示器介绍 6
（五） 有源蜂鸣器介绍 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 超声波防撞报警倒车系统硬件结构设计 8
（二） 51单片机最小系统 9
1. 时钟电路 9
2. 复位电路 9
（三） HCSR04超声波传感器电路设计 10
（四） 显示器电路设计 10
（五） 报警电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 超声波防撞报警倒车系统主程序设计 12
（二） HCSR04超声波传感器流程设计 13
（三） 显示器工作流程设计 14
五、实物安装与调试 16
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
倒车雷达的发展背景
所谓的“智能倒
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车雷达”是指在倒车雷达内部被植入了一定程度的控制系统，它已经不再是传统意义上的倒车雷达了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现智能倒车雷达对车辆周围环境的识别、检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，这在很大程度上颠覆了人们对于倒车雷达的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能倒车雷达控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能倒车雷达的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能倒车雷达也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能倒车雷达就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如摄像头、激光传感器、超声波传感器、红外采集器、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能倒车雷达的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它对促进汽车工业的发展以及行车安全做出了很大的提升，因此设计出性能更高、功能更强的智能倒车雷达控制系统是非常必要的。
国内外发展现状
目前国内外对于智能倒车雷达的研究可谓是处于一种如火如奈的状态，许许 多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能倒车雷达的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能倒车雷达带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现快速语音提示的倒车雷达，这种倒车雷达突破了目前汽车中倒车雷达的功能实现现状，不但能够快速对汽车前后的障碍物实现检测和报警，并且还能够通过快速的真人距离播报来给驾驶员提供给更加多的提示，这种倒车雷达更加适合新驾驶员进行使用；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能倒车雷达控制系统，他们所设计的系统能够在一定程度上为驾驶员提供合理的倒车入库方案。
主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的超声波防撞报警倒车控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对超声波防撞报警倒车控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了超声波防撞报警倒车控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是超声波防撞报警倒车控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，并实现如下功能指标：
1、能够实现对汽车尾部与障碍物之间的距离实时检测；
2、当汽车距离障碍物过近时，发出“嘀嘀嘀”报警信号；
3、“嘀嘀嘀”报警信号的频率与距离成反比，距离越近，频率越快；
4、具有显示功能。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
目录
一、 引言 1
（一） 倒车雷达的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） HCSR04超声波传感器 5
（四） LCD1602显示器介绍 6
（五） 有源蜂鸣器介绍 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 超声波防撞报警倒车系统硬件结构设计 8
（二） 51单片机最小系统 9
1. 时钟电路 9
2. 复位电路 9
（三） HCSR04超声波传感器电路设计 10
（四） 显示器电路设计 10
（五） 报警电路设计 11
四、 软件系统设计 12
（一） 超声波防撞报警倒车系统主程序设计 12
（二） HCSR04超声波传感器流程设计 13
（三） 显示器工作流程设计 14
五、实物安装与调试 16
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
倒车雷达的发展背景
所谓的“智能倒
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
车雷达”是指在倒车雷达内部被植入了一定程度的控制系统，它已经不再是传统意义上的倒车雷达了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现智能倒车雷达对车辆周围环境的识别、检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，这在很大程度上颠覆了人们对于倒车雷达的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能倒车雷达控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能倒车雷达的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能倒车雷达也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能倒车雷达就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如摄像头、激光传感器、超声波传感器、红外采集器、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能倒车雷达的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它对促进汽车工业的发展以及行车安全做出了很大的提升，因此设计出性能更高、功能更强的智能倒车雷达控制系统是非常必要的。
国内外发展现状
目前国内外对于智能倒车雷达的研究可谓是处于一种如火如奈的状态，许许 多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能倒车雷达的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能倒车雷达带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现快速语音提示的倒车雷达，这种倒车雷达突破了目前汽车中倒车雷达的功能实现现状，不但能够快速对汽车前后的障碍物实现检测和报警，并且还能够通过快速的真人距离播报来给驾驶员提供给更加多的提示，这种倒车雷达更加适合新驾驶员进行使用；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能倒车雷达控制系统，他们所设计的系统能够在一定程度上为驾驶员提供合理的倒车入库方案。
主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的超声波防撞报警倒车控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对超声波防撞报警倒车控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了超声波防撞报警倒车控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是超声波防撞报警倒车控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，并实现如下功能指标：
1、能够实现对汽车尾部与障碍物之间的距离实时检测；
2、当汽车距离障碍物过近时，发出“嘀嘀嘀”报警信号；
3、“嘀嘀嘀”报警信号的频率与距离成反比，距离越近，频率越快；
4、具有显示功能。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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