论文总字数：31355字

摘 要

在日益增长的碰撞摩擦事故的前提下，适用于车辆在行驶过程中的倒车雷达系统可以有效的帮助驾驶员避免此类事故。相比红外线、摄像系统等方式，超声波测距预警具备准确度高，抗干扰性强等诸多优势。

在参考众多与超声波测距以及单片机相关的文献之后，本研究拟设计一款基于超声波测距的倒车雷达系统。本研究是将超声波测距作为基础理论以及所选硬件的相关规格，设计了本研究的相关设计标准。包括检测障碍物的精度、检测障碍物的边界距离、边界角度。同时为了方便后续实物操作的工作，本研究在正常的超声波测距系统之上，又加上了按键设置功能。按键设置可以自行设置本系统中的预警距离。

本研究选取stc51 单片机作为整个系统的控制中心，将相关程序下载进51单片机并连接相关的外设。本研究可以分为单片机模块、预警显示模块、超声波脉冲收发模块，几个模块协同工作。在本论文中会在硬件设计部分着重介绍以上几个相关的模块的硬件电路绘制。在软件部分，首先绘制程序流程图包括主程序、超声波脉冲信号收发程序、测距预警显示程序、以及系统所需要的中断、定时等相关子程序。

本研究通过AD、Keil5、Proteus 等软件，针对系统进行电路图的绘制、程序的编写烧录以及整个系统的动态仿真。完成仿真之后根据所选硬件，进行实物的制作。完成制作之后会根据设计指标进行相关参数的检测，主要包括系统的测距精度、预警边界距离、单探头测量角度以及手动调节预警距离等增强型功能。测试发现，整体系统由于软硬件设计及选型较好，可以实现设定的指标，并且增强型功能均已实现。

关键词：51单片机 超声波测距 Proteus仿真 频率自调

Design and Implementation of Vehicle Reversing Radar System Based on Ultrasonic Ranging

Abstract

Under the premise of increasing collision and friction accidents, the reversing radar system which is suitable for the vehicle during driving can effectively help the driver to avoid such accidents. Compared with infrared, camera system and other methods, ultrasonic ranging early warning has high accuracy, strong anti-interference and many other advantages.

After referring to many literatures related to ultrasonic ranging and single chip microcomputer, this study intends to design a reversing radar system based on ultrasonic ranging. In this study, ultrasonic ranging is taken as the basic theory and selected hardware specifications, design of the relevant design standards. It includes detecting the precision, the boundary distance and the boundary Angle of the obstacle. At the same time, in order to facilitate the follow-up work of the physical operation, this study on the normal ultrasonic ranging system, plus the button setting function. You can set the warning distance in the system by yourself.

In this study, stC51 MCU is selected as the control center of the whole system, and relevant programs are downloaded into 51 MCU and connected with relevant peripherals. This research can be divided into single-chip microcomputer module, warning display module, ultrasonic pulse transceiver module, several modules work together. In this paper, the hardware circuit rendering of the above modules will be introduced in the hardware design section. In the software part, first draw program flow chart including the main program, ultrasonic pulse signal transceiver program, ranging early warning display program, and the system needs to interrupt, timing and other related subroutines.

In this study, AD, Keil5, Proteus and other software are used to draw circuit diagram, write and burn programs for the system, and perform dynamic simulation of the whole system. After the completion of simulation, according to the selected hardware, the actual production. After the completion of the production, relevant parameters will be detected according to the design indicators, mainly including the system's ranging accuracy, warning boundary distance, single probe measurement Angle and manual adjustment of warning distance and other enhanced functions. The test shows that the whole system can achieve the set target due to the better design and selection of hardware and software, and the enhanced functions have been realized.

Key words: 51 single chip microcomputer;ultrasonic ranging;proteus simulation; frequency self-regulation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 7

1.1研究背景 7

1.2 课题研究意义 7

1.3 研究现状 8

1.4本课题主要研究内容 9

1.5测距相关理论介绍 10

1.5.1超声波相关理论 10

1.5.2超声波传感器相关理论 11

1.6本章小结 12

第二章 系统总体设计

2.1系统的总体方案和框架 13

2.2 系统主要实现功能及指标 14

2.2.1 主要实现功能 14

2.2.2 系统主要设计指标 15

2.3 综合因素考量 15

2.4本章小结 16

第三章 系统硬件设计

3.1部分系统硬件选型 17

3.1.1 HC-SR04 型超声波传感器简介 17

3.1.2 STC51单片机简介 19

3.1.3 0.36型数码管简介 20

3.2单片机模块电路设计 20

3.2.1单片机模块电路 20

3.2.2晶振电路 22

3.2.3复位电路 22

3.3超声波模块电路设计 23

3.4显示电路 24

3.5报警电路 24

3.7系统整体电路图 25

3.8本章小结 25

第四章 系统软件设计 27

4.1 主程序流程图 27

4.2 外部中断程序流程图 28

4.3 定时器程序流程图 29

4.4 测距预警显示程序流程图 30

4.5 本章小结 31

第五章 系统仿真 32

5.1 Proteus 原理图绘制 32

5.2单片机及超声波程序输入 33

5.3仿真效果展示 34

5.4 仿真系统的指标测试 36

5.4.1精度检测 36

5.4.2 测距范围检测 37

5.4.3预警频率自调检测 38

5.5本章小结 39

第六章 实物操作与检测 40

6.1实物制作 40

6.2成品检测指标 42

6.3测量精度检测 42

6.4最小边界距离检测 44

6.5最大边界距离检测 46

6.6测量边界角度检测 48

6.7能否手动调节 51

6.8预警频率 52

6.9本章小结 53

第七章 总结与展望 54

7.1 总结 54

7.2 综合评价 54

7.3 研究展望 55

参考文献 56

致谢 58

附录一 PCB图及实物立体图 59

附录二 源程序清单 60

第一章 绪论

1.1研究背景

近年人民的生活节奏加快，工作以及生活压力同比升高。为了更快速的适应当下快节奏的生活压力，汽车这种代步工具应运而生，并且逐渐进入到每一户家庭。由于汽车数量的不断增高以及司机驾驶水平的参差不齐，由于汽车而出现的事故数量也在不断增多^[1]。在众多事故中，有一类事故是因为汽车司机们在倒车的过程中，由于后视的效果不佳及技术问题，总是会与障碍物碰撞，严重时会产生追尾事故。坐在车内座位上的汽车司机们没有办法快速并且完整的的了解车辆周边尤其是后方的环境信息^[2]。现在的车辆厂家们已经对车辆本身加装了后视镜，能够在倒车或者转弯的时候方便驾驶员及时的获得车体周围的信息。但是存在一个很明显的问题，车辆驾驶员在观看后视镜的时候，视线无法兼顾到与之相反的方向，一旦在相反的方向有一定的危险因素，车辆驾驶员将很难及时快速的做出很好的反应，这使车辆驾驶员没办法将车后的环境因素进行良好的判断，容易产生一些危险因素。为了解决此类问题，需要有一种倒车系统，帮助车辆驾驶员在倒车的过程中快速并且全面的了解车后的相关信息，并且当车后障碍物与车辆本身在碰撞之前进行预警。那么车载倒车雷达系统便应运而生：在倒车时，通过对后方环境进行检测，判断障碍物是否会与车辆发生剐蹭^[3]。如果障碍物与车体之间的距离低于系统中预设的报警距离，车载倒车雷达系统便开始工作，通过声音预警，使得车辆驾驶员能够及时获得危险信息，避免发生碰撞。

1.2 课题研究意义

车载倒车雷达系统的存在极大程度上减少了车辆驾驶员在倒车过程脑力及精力的损耗 ，使得汽车驾驶员在倒车的过程中可以通过车内系统的预警，及时有效的判断出车辆后面的环境。倒车系统可以使驾驶员不需要大幅度的转动身体^[4]。同时车载倒车雷达系统的存在，不需要有很好的光线，这使得车辆驾驶员在夜间进行泊车时也可以通过系统的预警，及时的了解信息，极大的降低了事故发生的概率。

本研究系统基于超声波测距模块以及单片机模块等相关模块实现倒车雷达系统组装。本模块可以在保证功能的前提下，控制成本且易于制造^[5]。

1.3 研究现状

第一代倒车提示系统:车体开始倒车从而引发轰鸣器自启。

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