51单片机的倒车雷达的设计
51单片机的倒车雷达的设计[20200128193747]
摘 要
本设计采用模块化设计，由STC89C51单片机控制模块，超声波发射接收系统，数码管显示模块组成；汽车挂入倒车档时，整个电路工作，单片机产生短暂的40KHz信号，激发位于车尾的超声波发射模块发射机械波，它在空气中传播,到达障碍物的表面，发射回来由超声波接收模块接收，传达给单片机。数据经过单片机模块的处理，得到距离值实时传达显示在数码管，令驾驶者一目了然车尾的状况。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:超声波；测距；stc89C51
引言 1
一、倒车雷达的概述 2
二、超声波测量距离的原理 2
（一）超声波简介 2
（二）超声波测距原理以及设计方案 2
三、主要元件介绍 4
（一）单片机 4
（二）超声波测量距离传感器 5
（三）系统中使用的数码管 6
四、硬件电路设计 6
（一）超声波发射电路 6
（二）超声波接收电路 7
（三）显示电路 7
五、软件设计 8
（一）主程序 8
（二）子程序 8
1. 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 8
2.显示数字子程序 9
总 结 11
致 谢 12
参考文献 13
附录一 倒车雷达的实物照片 14
附录二 倒车雷达的整体电路图 15
附录三 系统PCB图 16
附录四 整体程序 17
附录五 制作实物所用元器件 22
Abstract
The design uses a modular design, the STC89C51 MCU control module, ultrasonic transmitting and receiving systems, digital tube display module; auto reverse gear is engaged, the entire circuit, microcontroller produce transient 40KHz signal to stimulate located in the rear of the ultrasonic transmitter module transmitting mechanical waves, which spread in the air to reach the surface of the obstacle, firing back by the ultrasonic receiver module receives, to convey to the microcontroller. Data through the microcontroller module processing, real-time convey distance value obtained in the digital tube display, so that the rear of the drivers status at a glance.
Key words: ultrasonic; distance measurement; stc89C51
引言
在汽车工业的不断发展下汽车成了人们生活的必需品。新手司机越来越多，很多新手司机害怕自己的车与墙壁发生擦碰。为了防止车辆驾驶者在倒车时发生意外的碰撞事故，本课题设计了一套基于51单片机的倒车雷达方案。
倒车雷达全称“汽车倒车防撞预警系统”，即当汽车挂入倒车档时，倒车雷达启动工作，它能把车尾与车后方的障碍物之间的距离实时以数字显示的方式告诉汽车驾驶者。帮助汽车驾驶者因为盲区而带来的麻烦。
本论文利用超声波，数码管显示，以及单片机最小系统模块，通过组合成一个整体系统，利用超声波来测量得出实际的距离。
一、倒车雷达的概述
硬件部分由三大系统组成.一,超声波测距系统模块,二,数码管显示系统模块,三,单片机系统模块,单片机用STC89C51单片机，配合12M晶振。显示电路采用四位数码管。超声波装置配合单片机P1.0口输出40KHz方波，外中断0口接收超声波接收器捕获的信号。由单片机计算时间差以及最终得出数值，在数码管上显示。系统框图为下图1所示。
图1 系统框图
二、超声波测量距离的原理
（一）超声波简介
超声波也是声音的一种，声音由物体振动产生声波形成，单位是赫兹。超声波是高于20000赫兹的。
（二）超声波测距原理以及设计方案
超声波模块主要由发射器与接收器构成。由此可以设计出以下两种方案。
第一种将发射器安装在整个倒车雷达上，接收器安装在被测物上。如图2所示。此番设计的好处在于只要知道发射到接收用了多少时间,然后再通过计算,直接得出距离。弊端在于每次要将接收器安装在不同的被测物表面，不方便。
图2 设计方案的原理图1
第二种将发射器与接收器都安装在倒车雷达上。如图3所示。此番设计的好处在于方便携带以及便于测量。弊端在于在计算时间差T的时候，要将实际测量的值除以2得以计算出是距离值。
图3设计方案的原理图2
由于本设计采用C51单片机，所以数据上的计算可以用软件程序要弥补繁复的计算步骤。根据综合的考量,我征取了各方面的意见,选择第二种方案为本论文方案。
通了电之后，单片机开始工作。使超声波发射器发出超声波信号。超声波从发射出去到接收到，其间存在超声波从发射到接收的时间差T（单位S）。软件程序通过分析计算这个时间差T与声速c之间的联系，便可以得出距离值S=（T/2）·c,c=340M/s。最后将这个值推送至数码管实时显示。测距原理图如图4所示。
图4 测距原理图
三、主要元件介绍
（一）单片机
本设计的用单片机构成一个最小系统，构成是市场买的STC89C51普通单片机，晶振电路以及复位电路
STC89C51单片机是可编程的芯片，工作电压为3.4V-5.5V。P1.0到P1.7为通用I/O引脚，第9脚为RET专用引脚。引脚图如图5所示。
图5 STC89C51引脚图
复位电路通俗地讲是将数码管里的数字清零。STC89C51单片机上亦有一个REST专用的引脚。本设计采用一个按钮开关即进行强制复位。晶振电路结合单片机内部电路所需的始终频率。本设计采用12M的晶振，由于STC89C51单片机内部包含振荡电路，故外围晶振电路里只需接2个22p的电容即可。这部分的电路图例如下图6。
图6 复位电路与晶振电路图
（二）超声波测量距离传感器
它就是利用了超声波的强反射性，通过一系列的声电，电声转换，最终得以成功工作，得到结果。在发射时转为电能，接受的时候就是电信号。
超声波发射装置有两个大类，一类是使机械的方式产生超声波，另外一类是利用电压产生超声波。由于本设计是倒车雷达，测量值不会过大，而采用电压产生超声波来实现本设计。
我的超声波装置是压电晶片，它可以用来发射与接收超声波。这也是整个装置的核心。结构如下图7所示。实物图如图8。
图7 超声波传感器结构
图7 结构图
图8 实物图
图8发射与接受模块实物图
（三）系统中使用的数码管
本设计的显示电路主要由4位共阳LED数码管构成，采用型号为F5461BH的数码管硬件，12引脚，A-G以及dp为八位段选引脚，1-4为四位位选引脚，经过解码电路点亮相关的发光二极管而形成字符。各引脚说明为下图9。
图9 数码管引脚图
四、硬件电路设计
（一）简介超声波发射电路
本设计将单片机P1.0口发出的信号。本设计也加入74HC04芯片，74HC04拥有6组相同的反相器。配合单片机P1.0口输出40KHz的信号波。一共有两路信号波产生，第一路信号波经过一级反向推送到超声波换能器的一个电极。第二路信号波经过两级反向后推送到超声波换能器的另一个电极。如图10所示。
摘 要
本设计采用模块化设计，由STC89C51单片机控制模块，超声波发射接收系统，数码管显示模块组成；汽车挂入倒车档时，整个电路工作，单片机产生短暂的40KHz信号，激发位于车尾的超声波发射模块发射机械波，它在空气中传播,到达障碍物的表面，发射回来由超声波接收模块接收，传达给单片机。数据经过单片机模块的处理，得到距离值实时传达显示在数码管，令驾驶者一目了然车尾的状况。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:超声波；测距；stc89C51
引言 1
一、倒车雷达的概述 2
二、超声波测量距离的原理 2
（一）超声波简介 2
（二）超声波测距原理以及设计方案 2
三、主要元件介绍 4
（一）单片机 4
（二）超声波测量距离传感器 5
（三）系统中使用的数码管 6
四、硬件电路设计 6
（一）超声波发射电路 6
（二）超声波接收电路 7
（三）显示电路 7
五、软件设计 8
（一）主程序 8
（二）子程序 8
1. 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序 8
2.显示数字子程序 9
总 结 11
致 谢 12
参考文献 13
附录一 倒车雷达的实物照片 14
附录二 倒车雷达的整体电路图 15
附录三 系统PCB图 16
附录四 整体程序 17
附录五 制作实物所用元器件 22
Abstract
The design uses a modular design, the STC89C51 MCU control module, ultrasonic transmitting and receiving systems, digital tube display module; auto reverse gear is engaged, the entire circuit, microcontroller produce transient 40KHz signal to stimulate located in the rear of the ultrasonic transmitter module transmitting mechanical waves, which spread in the air to reach the surface of the obstacle, firing back by the ultrasonic receiver module receives, to convey to the microcontroller. Data through the microcontroller module processing, real-time convey distance value obtained in the digital tube display, so that the rear of the drivers status at a glance.
Key words: ultrasonic; distance measurement; stc89C51
引言
在汽车工业的不断发展下汽车成了人们生活的必需品。新手司机越来越多，很多新手司机害怕自己的车与墙壁发生擦碰。为了防止车辆驾驶者在倒车时发生意外的碰撞事故，本课题设计了一套基于51单片机的倒车雷达方案。
倒车雷达全称“汽车倒车防撞预警系统”，即当汽车挂入倒车档时，倒车雷达启动工作，它能把车尾与车后方的障碍物之间的距离实时以数字显示的方式告诉汽车驾驶者。帮助汽车驾驶者因为盲区而带来的麻烦。
本论文利用超声波，数码管显示，以及单片机最小系统模块，通过组合成一个整体系统，利用超声波来测量得出实际的距离。
一、倒车雷达的概述
硬件部分由三大系统组成.一,超声波测距系统模块,二,数码管显示系统模块,三,单片机系统模块,单片机用STC89C51单片机，配合12M晶振。显示电路采用四位数码管。超声波装置配合单片机P1.0口输出40KHz方波，外中断0口接收超声波接收器捕获的信号。由单片机计算时间差以及最终得出数值，在数码管上显示。系统框图为下图1所示。
图1 系统框图
二、超声波测量距离的原理
（一）超声波简介
超声波也是声音的一种，声音由物体振动产生声波形成，单位是赫兹。超声波是高于20000赫兹的。
（二）超声波测距原理以及设计方案
超声波模块主要由发射器与接收器构成。由此可以设计出以下两种方案。
第一种将发射器安装在整个倒车雷达上，接收器安装在被测物上。如图2所示。此番设计的好处在于只要知道发射到接收用了多少时间,然后再通过计算,直接得出距离。弊端在于每次要将接收器安装在不同的被测物表面，不方便。
图2 设计方案的原理图1
第二种将发射器与接收器都安装在倒车雷达上。如图3所示。此番设计的好处在于方便携带以及便于测量。弊端在于在计算时间差T的时候，要将实际测量的值除以2得以计算出是距离值。
图3设计方案的原理图2
由于本设计采用C51单片机，所以数据上的计算可以用软件程序要弥补繁复的计算步骤。根据综合的考量,我征取了各方面的意见,选择第二种方案为本论文方案。
通了电之后，单片机开始工作。使超声波发射器发出超声波信号。超声波从发射出去到接收到，其间存在超声波从发射到接收的时间差T（单位S）。软件程序通过分析计算这个时间差T与声速c之间的联系，便可以得出距离值S=（T/2）·c,c=340M/s。最后将这个值推送至数码管实时显示。测距原理图如图4所示。
图4 测距原理图
三、主要元件介绍
（一）单片机
本设计的用单片机构成一个最小系统，构成是市场买的STC89C51普通单片机，晶振电路以及复位电路
STC89C51单片机是可编程的芯片，工作电压为3.4V-5.5V。P1.0到P1.7为通用I/O引脚，第9脚为RET专用引脚。引脚图如图5所示。
图5 STC89C51引脚图
复位电路通俗地讲是将数码管里的数字清零。STC89C51单片机上亦有一个REST专用的引脚。本设计采用一个按钮开关即进行强制复位。晶振电路结合单片机内部电路所需的始终频率。本设计采用12M的晶振，由于STC89C51单片机内部包含振荡电路，故外围晶振电路里只需接2个22p的电容即可。这部分的电路图例如下图6。
图6 复位电路与晶振电路图
（二）超声波测量距离传感器
它就是利用了超声波的强反射性，通过一系列的声电，电声转换，最终得以成功工作，得到结果。在发射时转为电能，接受的时候就是电信号。
超声波发射装置有两个大类，一类是使机械的方式产生超声波，另外一类是利用电压产生超声波。由于本设计是倒车雷达，测量值不会过大，而采用电压产生超声波来实现本设计。
我的超声波装置是压电晶片，它可以用来发射与接收超声波。这也是整个装置的核心。结构如下图7所示。实物图如图8。
图7 超声波传感器结构
图7 结构图
图8 实物图
图8发射与接受模块实物图
（三）系统中使用的数码管
本设计的显示电路主要由4位共阳LED数码管构成，采用型号为F5461BH的数码管硬件，12引脚，A-G以及dp为八位段选引脚，1-4为四位位选引脚，经过解码电路点亮相关的发光二极管而形成字符。各引脚说明为下图9。
图9 数码管引脚图
四、硬件电路设计
（一）简介超声波发射电路
本设计将单片机P1.0口发出的信号。本设计也加入74HC04芯片，74HC04拥有6组相同的反相器。配合单片机P1.0口输出40KHz的信号波。一共有两路信号波产生，第一路信号波经过一级反向推送到超声波换能器的一个电极。第二路信号波经过两级反向后推送到超声波换能器的另一个电极。如图10所示。
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