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1、基于单片机的倒车雷达设计现代电子技术 基于单片机的倒车雷达设计 摘 要：在此设计了一种基于单片机的倒车雷达系统，该系统采纳超声波传感器将40 kHz的机械波放射到空气中，经障碍物反射后被超声波传感器接收，对接收后的信号进行放大，并对其进行信号处理。最终将处理后的信号输入到单片机中，通过单片机的显示器输出距离，并比较输出距离与1 m，0.5 m的关系，分别发出不同的警报，即通过单片机及其外围部件测量车和障碍物间的距离，最终实现引导驾驶员倒车的功能。经测试，该系统具有精确度高，成本低等优点。关键词：超声波； STC89c51； 报警系统； 倒车中图分类号：TN710.1134 文献标识码：A 文章
2、编号：1014373X(2022)10000603基金项目：国家自然科学青年基金（41105008），山东省科技攻关安排课题（2022GG10104033）0 引 言超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，由于其指向性强、能量消耗缓慢、传播距离较远等到优点，常常用于测量距离。本课题探讨超声波在空气中传播速度为340 m/s，运用超声波进行距离的检测，误差小，成本也低，具有好用性等优点。1 硬件设计本文设计的倒车雷达系统原图如图1所示。图1 系统原理框图硬件主要有超声波放射和接收电路，单片机处理电路，显示电路和警报电路。1.1 超声波放射电路通过单片机产生40 kHz的脉冲，经过三级放大器后传递给超
3、声波放射传感器，超声波放射传感器采纳CSB40T，传感器将接收到的脉冲信号经过内部振荡器转化为机械波在空气中传播。超声波是指频率高于20 kHz的机械波。放射和接收超声波的装置叫作超声波传感器。超声波传感器利用压电效应将电能和超声波进行转化，放射超声波时转化电能，接收超声波时，将振动的超声波转化为电信号。单片机P1.0产生40 kHz的脉冲，脉冲宽度为12.5 s，把脉冲波传出的同时打开To计时器，计算超声波在空气中的时间。通过定时器1产生40 kHz的脉冲，用示波器测来确定定时器的初始值。脉冲经由74HC04放大后传给CSB40T传感器，74HC04具有对称的传输延迟和转换时间，是一个高速C
4、MOS六反相器， CSB40T就把超声波放射出去。1.2 超声波接收电路超声波以机械波的形式传播，而单片机只能处理脉冲波，所以超声波经过接收传感器后既要通过放大又要经过整流。超声波接收电路包括超声波传感器，放大器，滤波整形等电路。空气中的超声波能量低所以要经过放大后才不会被噪声沉没，所以放大器增益要够大并且增益可调，而超声波接收传感器型号要与放射探头一样，这样会选择性的接收40 kHz 机械波，从而滤除其他频率的噪声。整形电路就是将接收到的机械波通过比较器转化为单片机可接受的脉冲波，用脉冲波的第一个上升沿去接D触发器的时钟，这样就可以将触发器的Q的非接单片机的外部中断，外部中断设置为下降沿触发
5、，这样就把车与障碍物之间的传播时间测出来了。放大器采纳通用的LM324，每一级放大倍数为10，比较器采纳LM393。LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器，采纳2个内部补偿，二级运算放大器，第一级不仅完成增益功能，还完成电平移动和减小跨导的功能。而且，单电源模式下无论是输入器件还是差动到单端变换器都不会饱和，其次级含标准电流源负载放大器级。图2为一级放大器。图2 一级放大器LM393是由2个独立的高精度电压比较器的集成电路，失调电压低，无论电源大小，电源消耗的电流都很低，即使是单电源供电，比较器的共模输入电压范围接近地电平。它具有的独特的优点是，双电源供电时，它能兼容CMO
6、S逻辑电路。具有成本低优点。本文采纳方案一。图3为比较整流器。图3 比较整流器1.3 报警电路采纳常用的蜂鸣器，假如计算出的距离小于1 m大于0.5 m时，蜂鸣器间断性的发出滴滴声，当距离小于0.5 m时，蜂鸣器连续的响，以提示驾驶员倒车时留意间距。也可以采纳自动语音电路，但假如仅仅起到报警功能的话，有不同的警报声就可以了。该方案不仅可以达到预想功能，还有电路简洁、成本低、易编程等优点。1.4 显示电路运用2个数码管，当距离在0.5 m和1 m之间时显示11，距离小于0.5 m时显示00。数码管简洁好用，编程简洁，成本低。数码管位选接在P2.0和P2.1口，段选接在P0.0P0.7口。运用上拉
7、电阻驱动。选用共阴极。本文采纳方案一。1.5 单片机介绍STC89C51有4组8位的并行I/O口，RAM为128 B,4 KB的FLASH，片内程序存储器外部可扩展到64 KB。1个全双工的串行口。5个中断源，（依次分别为：外部中断0，外部中断1，定时器0，定时器1，串行中断），2个中断优先级，2个16位的定时/计数器（有4种工作方式）。本文运用外部中断零和定时器0和1。定时器1中断时P1.0口就反相，结果输出所需的脉冲。定时器0用来记录脉冲放射到脉冲接收到的时间。单片机不断检测外部中断0，一有中断即表示已接收超声波。定时器有4种工作方式，本文采纳方式2，即M1，M0为10。定时器为自动复原初
8、值的8位定时器。即当TLx计数溢出时，在溢出标记TFx置1的同时，还自动将THx中的初值送至TLx，使TLX从初值起先重新计数。并且当有溢出标记置1时，定时器就进入中断。定时器1进入中断后，P1.0反转，定时器0进入中断后，时间加一周期。单片机晶振为11.1592 MHz，一个指令周期约为1 s，40 MHz的脉冲一周期为25 s。所以通过设置定时器的初值用示波器测出产生的脉冲周期。图4 算法框图2 软件设计软件设计模块化，由超声波放射子程序、超声波接收子程序、数码管显示子程序、警告子程序、距离计算子程序及主程序组成。算法框图如图4所示。C语言具有移植性好等优点。本文采纳C语言编程，Keil软
9、件编译，Protues或Protel101se画图。先初始化，定义位声明等，放射超声波时打开定时器，检测到超声波时先关闭定时器，关闭中断以防止嵌入中断干扰，调用距离测量子程序，若距离在危急距离时显示系统就工作并且打开警报系统，然后让中断复原。3 系统仿真过程（1） 单片机产生40 kHz脉冲产生了周期为25 s左右的脉冲波。单片机产生40 kHz的方波如图5所示。图5 单片机产生40 kHz的方波（2） 接收的波经过比较器后为脉冲波，最终单片机要接收的信号如图6所示。图6 最终单片机要接收的信号4 结 语本文运用超声波的速度为340 m/s，超声波传播的速度与温度有关，本文没有用温度传感器实时
10、的测量空气温度；超声波放射时会留有余波，所以在超声波放射的同时就打开定时器记录时间可能会受余波的影响，会导致计算距离误差。该系统是基于8051单片机，利用超声波进行距离检测的设计，通过超声波在空气中的传播速度和所用时间测出车与障碍物间的距离，当车与障碍物之间的距离小于肯定值时警报系统就会自动启动，而且不同距离的警报声是不同的。警报响的同时数码管显示大致的距离，提示驾驶员倒车留意，预防可能出现的摩擦或碰撞，减小可能存在的倒车隐患。该设计具有精确度高，成本低等优点。参 考 文 献1 滕志军.基于超声波检测的倒车雷达设计J.今日电子,2022（7）：7475,79.2 高旭,朱军.基于AT89S52
11、单片机的超声波倒车雷达系统的设计J.电子技术,2022(10):9295.3 陈双全.基于AT89S51单片机倒车雷达的研制J.电脑编程技巧与维护,2022(11):2023.4 张毅刚,彭喜元.单片机原理及应用设计M.北京:电子工业出版社,2022.5 张毅刚.新编MCS51单片机应用设计M.哈尔滨:哈尔滨工业高校出版社，20226 边海龙,孙永奎单片机开发与典型工程项目实例详解M.北京:电子工业出版社，20227 孙惠芹.单片机项目设计教程M.北京:电子工业出版社，20228 李萍.51系列单片机丛书AT89S51单片机原理、开发与应用实例M北京:中国电力出版社，2022作者简介: 赵曰峰 男，11016年诞生，博士，副教授。现从事光电检测和雷达测污方面的探讨工作。 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页