基于单片机的超声波倒车雷达系统设计论文毕设论文.doc
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1、毕业设计说明书基于单片机的超声波倒车雷达系统设计专业自动化学生姓名班级自动化113学号指导教师完成日期2015年6月5日毕业设计说明书(毕业论文)独创性声明本人声明所呈交的毕业设计说明书(毕业论文)是本人在导师指导下进行的研究、设计工作后独立完成的。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,说明书中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究所做贡献集体和个人,均己在说明书中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计说明书(毕业论文)作者签名(手写): 日期: 年 月 日指导教师签名(手写):日期: 年 月 基于单片机的超声波倒车雷达系统设计基于单片机的超声
2、波倒车雷达系统设计摘 要:以STC89C52单片机为控制核心的超声波倒车雷达系统进行设计。该系统实现的功能有超声波发射器发射出一系列的连续脉冲,当脉冲遇到障碍物后返回,超声波接收器接收到脉冲后,送到单片机里,单片机计算出距离,在显示器上显示出距离,并通过语音播报告知驾驶员,当达到危险距离时,发出危险警报。根据超声波倒车雷达系统的主要功能,提出了设计方案并进行了论证。设计包括硬件设计和软件设计两大部分。硬件部分包括单片机最小系统、超声波模块、显示模块、语音模块和按键模块五个部分。单片机选用宏晶STC公司的STC89C52;用HC-SR04模块进行发射和接收脉冲;用LCD1602显示距离,并与报警
3、值比较;语音模块由喇叭和YF017语音芯片组成,用喇叭播报距离,并当距离达到报警值时发出报警;用按键模块设定报警值。软件采用了模块化的设计方法,主要分为主程序、超声波发射子程序、超声波接收子程序、LCD1602显示子程序、语音播报子程序和按键子程序六部分。系统进行软硬件联调。软硬件联调成功后,实现了超声波模块发射和接收脉冲,将计算出的距离显示在显示器上,喇叭播报距离。当距离小于设定值时,喇叭发出报警声。关键词:倒车雷达;超声波;单片机;语音播报;显示器基于单片机的超声波倒车雷达系统设计The design of Ultrasonic reversing radar system based o
4、n Single chipAbstract: STC89C52 microcontroller core with an ultrasonic reversing radar system design. The functions of the system has an ultrasonic transmitter emits a series of successive pulses, when they hit an obstruction return, the ultrasonic pulse received by the receiver, the supplied singl
5、e chip microcomputer, the single chip microcomputer calculates the distance, showing distance on the display and informs the driver via voice broadcast, when it reaches the danger from issue hazard warnings.According to the main function of the ultrasonic reversing radar system design scheme is prop
6、osed and demonstrated. Design, including hardware design and software design two parts. Minimum system hardware consists of a microcontroller, ultrasonic module, display module, voice module, a key module of five parts. The STC89C52 singlechip choose macrocrystalline on STC company; transmit and rec
7、eive pulses with HC-SR04 module; LCD1602 display with distance, and compared with alarm; sound module by the horns and YF017 voice chips, broadcast by loudspeaker distance, and when the distance is reached alarm when the alarm value; set alarm values button module. Software uses a modular design, di
8、vided into the main program, subprogram ultrasonic transmitter, ultrasonic reception subroutine, LCD1602 display routines,voice broadcast subroutine and button subroutine six parts.Joint debug systems software and hardware . After the success of the software and hardwares debugging realized transmit
9、 and receive pulses of ultrasonic module, the calculated distance is displayed on a display, speakers broadcast distance. When the distance is less than the set value, the horn alarm.Key words: reversing radar; Ultrasound; Single chip microcomputer; Voice broadcast; monitor目 录1 概述11.1 课题研究背景与意义11.2
10、课题设计内容12 设计方案论证12.1 总体设计12.2 超声波测距方法选择22.3 器件选择23 系统硬件设计33.1 单片机最小系统33.2 超声波模块43.2.1 超声波模块介绍43.2.2 超声波发射和接收电路63.2.3 超声波模块电路63.3 显示模块73.3.1 显示模块介绍73.3.2 LCD1602电路83.4 语音模块93.4.1 YF017语音芯片介绍93.4.2 语音模块电路103.5 按键模块104 系统软件设计104.1 主程序104.2 超声波发射子程序124.3 超声波接收子程序124.4 LCD1602显示子程序134.5 语音播报子程序134.6 按键子程序
11、145 系统调试155.1 硬件调试155.2 软件调试155.3 软硬件联调165.4 实验结果166 结束语19致 谢20参考文献21附 录22 附录1 基于单片机的超声波倒车雷达系统原理图.23 附录2 基于单片机的超声波倒车雷达系统元器件清单.24 附录3 基于单片机的超声波倒车雷达系统程序清单.25基于单片机的超声波倒车雷达系统设计1 概述1.1 课题研究背景与意义现在使用汽车的人越来越多了,但是车子一多,也会造成交通拥挤,随之带来的安全隐患也就越来越多了。当人们在街道、停车场或者车库要倒车的时候,驾驶员要不停的看着车子周围的情况,不然的话,一不小心就会造成碰撞,给自己造成财产损失,
12、更严重的话会给自己或他人的生命安全造成危险。因此,倒车雷达系统就出现了。倒车雷达是泊车和倒车的安全辅助装置,当驾驶员倒车时,启动倒车雷达系统,它能通过发射和接收超声波来探测周围的情况,并以声音或者影像告诉驾驶员,既解除了驾驶员倒车时要左顾右盼、前看后视的麻烦,又帮助驾驶员看清了整个车子周围的情况,大大降低了发生事故的机率。1.2 课题设计内容超声波倒车雷达系统的控制器为STC89C52单片机。该系统能够实现超声波模块发射和接收脉冲,在显示器上显示距离,并语音告知驾驶员,在达到危险距离时,发出报警声。系统需要用到以下四种技术:a、单片机:STC89C52单片机体积小、结构简单、功能强大,在生活中
13、得到了广泛的应用,符合倒车雷达系统的要求;b、超声波测距:超声波指向性强、能够测量较远的距离、能够适应较为复杂的环境、应用级别较高;c、显示:用LCD1602来显示测得的距离;d、语音播报:用YF017语音芯片和喇叭组成来播报距离,并在达到危险距离时,发出报警声。2 设计方案论证2.1 总体设计超声波倒车雷达系统总体设计框图如图2-1所示。其中包括单片机最小系统、超声波模块、显示模块、语音模块和按键模块五个部分。1障碍物STC89C52单片机最小系统超声波模块按键模块显示模块语音模块图2-1 超声波倒车雷达系统总体设计框图以STC89C52单片机为微处理器的最小系统驱动超声波模块发射出脉冲,遇
14、到障碍物后,再接受返回的脉冲,单片机计算出脉冲从发射到接受之间的时间,接着计算出距离,将数据送至显示模块和语音模块。在显示器上显示距离,通过喇叭播报距离,并当距离达到危险值时,发出报警声。按键模块可以重新设定报警值。2.2 超声波测距方法选择超声波测距用的较多的方法有相位检测法、声波幅值检测法、往返时间检测法。相位检测法的精度虽高,但是测量的距离较小。声波幅值检测法对环境的要求较高,使用起来难度较大。往返时间检测法简单易懂、计算方便,在硬件和软件设计上容易实现。所以选用往返时间检测法来测量距离。 往返时间检测法的原理是计算出从超声波发射器发射出脉冲到接收器接收到脉冲之间的时间t,这个时间称为渡
15、越时间,再根据公式S=ct/2计算出距离。c为超声波在空气中的传播速度,因为测试实验在实验室进行,可以考虑超声波在常温下传播,c取340m/s。2.3 器件选择单片机选用宏晶公司的STC89C52单片机。该单片机使用起来简单方便,而且功能强大,能够满足系统的计算和控制要求。超声波模块选用HC-SR04模块。该模块的测量距离较远,测量的精度高,其结构简单、价格低廉、小巧、容易装卸,符合系统设计的要求。显示模块使用的是LCD1602。该模块体积小、质量轻、消耗少,可以显示2*16个字符,而且不需要驱动电路,可以直接通过单片机驱动,简单方便。由于这次显示不需要字符和图案,LCD1602价格便宜,容易
16、购买,所以选用LCD1602模块。语音模块由一个喇叭、一个YF017语音芯片和2个104电容组成。喇叭用来发出声音,104电容将电源中的高频杂波对地短路,用来降低电源输入对芯片的影响,维持电路的稳定。YF017芯片可以直接驱动喇叭,能够控制多段地址的组合,使用起来,简单方便,功能强大。按键模块由4个按键组成。K1、K2、K3、K分别是“设置报警值”、“增大报警值”、“减小报警值”、“播报距离” 。3. 系统硬件设计根据第2节的总体设计方案,设计基于单片机的超声波倒车雷达系统的硬件电路,总电路原理图如附录1所示。3.1 单片机最小系统选用的单片机为STC89C52单片机,其引脚图如图3-1所示。
17、 图3-1 STC89C52引脚图STC89C52单片机是STC公司生产的一种消耗低、功能强大的COMS8位微型控制器。STC89C52单片机在传统的51单片机的基础上,做了许多的改动,拥有8位的CPU和系统可编程Flash,为众多的嵌入式控制应用系统提供了高效的解决方案。要使单片机最小系统正常工作,就必须还要有复位电路和晶振电路。复位电路由电阻和电容串联组成。当单片机系统在运行时,受到环境的影响,会出现程序跑偏,这时,按下复位按钮,内部的程序就会从头开始运行。要想出现复位信号,就要给RST引脚提供一个2us以上的高电平,而要想超声波模块发射出脉冲,就要提供一个10us以上的高电平。所以,选择
18、一个10uF的电容和10K的电阻就能满足要求。晶振电路由2个22pF的电容C2和C3,以及12MHz的晶振Y1组成。振荡器的工作状态决定整个最小系统的运行。STC89C52单片机的最小系统如图3-2所示。图3-2 STC89C52单片机最小系统图将单片机的RST引脚接在复位电路的电容C1和电阻R2之间,C2连接XTAL2引脚,C3连接XTAL1引脚 ,并在C2和C3之间并连一个12MHz的晶振,就构成了STC89C52单片机的最小系统。3.2 超声波模块3.2.1 超声波模块介绍超声波模块选用的是HC-SR04模块。其实物图如图3-3所示。 图3-3 HC-SR04模块实物图(1) HC-SR
19、04模块参数如表3-1所示 表3-1 模块参数电气参数HC-SR04超声波模块工作电压DC 5V工作电流15mA工作频率40khz最远射程4m最近射程2cm测量角度15输入触发信号10us的TTL脉冲输入回响信号输出TTL电平信号,与射程成比例规格尺寸45*20*15cm(2) HC-SR04工作原理HC-SR04的模块时序图如图3-4所示。10us的TTL循环发出8个40khz脉冲回响电平输出与检测距离成比例触发信号模块内部发出信号输出回响信号图3-4 HC-SR04模块时序图根据以上的时序图可以看出,只要P2.3向Trig提供一个10uS以上的高电平信号,模块就会启动,自动循环地发出8个4
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