单片机的语音播报倒车雷达设计
摘 要本文结合了大学所学的专业知识，设计了一款以HC-SR04超声波模块以及SC8035语音芯片作为核心元件的语音播报倒车雷达系统，实现了毕业设计预期所设定的各个指标，完成了大学学习生涯里的最后一门作业。本系统的主要特点是采用了模拟电路与数字电路相互配合的控制模式，通过模拟电路的高速特性以及数字电路的准确特性，将检测过程快速性以及输出结果高精度性等优点表现地淋漓尽致，另外本系统在成本、功耗以及使用稳定度上皆有很高的表现，不但如此，电路中的芯片全部采用了直插引脚封装，当出现损坏等情况时，能够快速地实现维修和更换等操作。经过了多次的实验验证以及电路改进，本系统表现出了很高的准确性和实用特点，适合推向未来的语音播报倒车雷达控制市场，能够大幅度降低目前语音播报倒车雷达系统的生产成本并且降低性价比大幅度提高。
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） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 4
（三） HCSR04超声波传感器介绍 5
（四） SC8035语音芯片电路设计 6
（五） LCD1602型液晶屏介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 语音播报倒车倒车雷达硬件结构设计 9
（二） 最小系统设计 10
1. 时钟电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） 超声波传感器电路设计 11
（四） SC8035语音芯片电路设计 11
（五） 液晶屏电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 语音播报倒车倒车雷达主程序设计 13
（二） 超声波工作流程图设计 14
（三） 语音芯片驱动流程设计 15
（四） 液晶屏显示流程设计 15
1. 写指令流程 15
2. 写数据流程 16
五、 实物调试与安装 17
总 结 21
参考文献 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27 引言
倒车雷达的发展背景
所谓的“智能倒车雷达”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。
本文主要研究内容
本文在语音播报倒车雷达发展背景的基础上选择了语音播报倒车雷达作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的语音播报倒车雷达系统，并实现以下功能指标。
1、采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2、使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块；
3、采用+5V直流电压进行系统供电。
4、能实现51单片机最小系统的设计；
5、能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对障碍物距离的显示；
6、能实现对障碍物距离的测量，并通过语音芯片实现对距离的真人语音播报；
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机是ATMEL公司在上世纪九十年代左右推出的一款数据宽度为8的高性能单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。在成本方面，目前市面上AT89C51单片机的平均成本位3元/PCS，这非常适合我们的学生实验，不会给系统带来高昂的成本负担。
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） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 4
（三） HCSR04超声波传感器介绍 5
（四） SC8035语音芯片电路设计 6
（五） LCD1602型液晶屏介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 语音播报倒车倒车雷达硬件结构设计 9
（二） 最小系统设计 10
1. 时钟电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） 超声波传感器电路设计 11
（四） SC8035语音芯片电路设计 11
（五） 液晶屏电路设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 语音播报倒车倒车雷达主程序设计 13
（二） 超声波工作流程图设计 14
（三） 语音芯片驱动流程设计 15
（四） 液晶屏显示流程设计 15
1. 写指令流程 15
2. 写数据流程 16
五、 实物调试与安装 17
总 结 21
参考文献 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27 引言
倒车雷达的发展背景
所谓的“智能倒车雷达”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。
本文主要研究内容
本文在语音播报倒车雷达发展背景的基础上选择了语音播报倒车雷达作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的语音播报倒车雷达系统，并实现以下功能指标。
1、采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2、使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块；
3、采用+5V直流电压进行系统供电。
4、能实现51单片机最小系统的设计；
5、能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对障碍物距离的显示；
6、能实现对障碍物距离的测量，并通过语音芯片实现对距离的真人语音播报；
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机是ATMEL公司在上世纪九十年代左右推出的一款数据宽度为8的高性能单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。在成本方面，目前市面上AT89C51单片机的平均成本位3元/PCS，这非常适合我们的学生实验，不会给系统带来高昂的成本负担。
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