基于STC89C52的汽車倒車雷達系統設計

周超 劉巖

摘 要：本文旨在設計一款經濟適用的汽車倒車雷達系統。首先文章簡述了汽車倒車雷達系統和超聲波傳感器的基本原理和特性。接著，對于倒車雷達系統進行了總體方案的設計，總體思路是將單片機技術與超聲波技術進行結合。相應地，在總體方案設計之后，對系統進行了硬件選型和設計。隨后，對系統的軟件模塊進行了設計，并通過C語言編程予以實現。最終，通過系統測試和聯調，達到了設計要求，取得了理想的效果。

關鍵詞：STC89C52;超聲波;倒車雷達

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，家用汽車在中國的普及率越來越高。如何有效、安全地駕駛汽車成為人們關心的問題。因此，對于大多數汽車駕駛員來說，設計一款經濟適用的汽車倒車雷達系統，具有現實的意義。

1 汽車倒車雷達系統

1.1 汽車倒車雷達系統概述

汽車倒車雷達系統通常由攝像頭、控制器、顯示器和報警器四部分構成。在駕駛汽車進行倒車操作時，通過攝像頭采集汽車與障礙物之間的影像信息，然后將這些信息傳送給控制器。接著，控制器對上述信息進行比較和判別，以便將其轉換為汽車與障礙物之間的距離信息。最終，通過顯示器顯示上述距離信息，或者通過報警器，以聲光的形式提示駕駛者汽車當前的運行狀況，從而指導駕駛者安全地駕駛汽車。在整個系統中，攝像頭的數量可以為多個，以便對汽車周邊的影像進行全方位無死角地采集。另外，系統的顯示器可以為液晶顯示器，其還可以配備有揚聲器和麥克風，以便進行錄音和放音，從而實現駕駛員與汽車倒車雷達系統的互動。在倒車雷達工作工程中，顯示器可通過不同顏色的變換來警告危急程度，聲音提示則會通過急促程度的不同來警告駕駛員及時停車。

1.2 汽車倒車雷達系統的研究現狀

汽車倒車雷達預警系統早期大多采用紅外線的發射與接收原理，紅外線技術具有安全性高、靈敏度高、簡單高效等優點。但其最大的缺點是抗干擾能力差，由于干擾的影響，整個系統的警示音常呈現不穩定的亂鳴狀態。更糟糕的是，無論是紅外線發射器或接收器，只要任何一方被一層薄薄的冰雪或泥塵覆蓋，系統就會失效。另外，市面上還出現了一種電磁感應倒車雷達。其布放在汽車的保險杠上，以此感應周圍是否有障礙物。這種倒車雷達系統價格適中，而且可以做到隱私性比較好。但是其安裝較復雜，而且只能檢測動態障礙物。換句話說，如果汽車處于停止狀態，那么車后的靜止障礙物將不能被檢測。此種裝置價格中等，并且完全隱密，但可惜的是，安裝時必須卸下保險杠，而且只能探測動態物品，當車在后退行進時，可探測到物體，但車一旦停止后退行進，則任何物體都不被認可。

2 超聲波技術

2.1 超聲波技術原理和應用

超聲波具有聲波傳輸的基本物理特性—折射，反射，干涉，衍射和散射。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量。當超聲波技術應用于汽車倒車雷達系統中時，其利用超聲波的反射特性，當車輛后退到達危險距離時，超聲波測距傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并通過LED顯示出來，經過主機對信息的分析和處理之后，系統能發出報警聲，進而提醒駕駛人員，起到安全的作用。利用超聲波進行檢測往往比較迅速、方便并且計算簡單。

3 基于超聲波技術的汽車倒車雷達系統的設計

3.1 超聲波倒車雷達系統總體方案設計

總體設計要求：

（1）測量范圍0.02 m～4 m;（2）測量精度1 cm;（3）數碼管顯示測量結果;（4）可以設置報警值，且報警值可以斷電保存;（5）當小于報警值時，可以進行聲光報警。

系統框圖如下：

3.2 超聲波倒車雷達系統硬件設計

3.2.1 控制芯片的選擇

方案一：DSP作為系統控制器。DSP是一種特殊的微處理器，它是通過數字信號去處理大量信息。雖然DSP擁有很多的優點，但是它的缺點更突出，其硬件電路復雜，并且價格高昂，有源器件一定會存在與數字系統中，所以在可靠性的方面要遜色于無源設備。

方案二：單片機作為系統控制器。單片機不僅有很強的穩定性，優秀的性價比，而且它的電壓非常低、耗能也不大，既環保又安全。正是這種優點，單片機技術得到了快速發展和被廣泛推廣的機會。不僅如此，單片機的計算能力強，還可以通過軟件編程讓單片機實現各種各樣的邏輯功能。

通過對兩種方案的對比，選用方案2。控制器選用STC89C52單片機。

3.2.2 超聲波模塊的選擇

方案一：使用分立元件。

方案二：使用市場中流行的HC-SR04超聲波模塊。

方案比較：方案一，每個模塊都是用分立元件搭建的，但是由于沒有超聲波調試的儀器，實際操作難度大，尤其后期的調試。方案二中，HC-SR04模塊有著以下優點：售價低廉，質量可靠，簡單方便易上手，使用在本次設計中比較適合。所以采用第二種方案。

3.2.3 其他模塊的選擇

整個系統的核心元件使用STC89C52單片機，搭配一些電容或者是電阻晶振等元件。而剩下的模塊則是圍繞單片機的最小化系統來擴展。距離式傳感器是一種稱為HC-SR04的超聲波自動檢測控制模塊，其可以進行對距離的測量;顯示模塊被稱為數碼管，負責把所有被測量的距離都顯示了出來;按鍵控制模塊主要功能就是負責對報警值進行設定;報警電路可以使用蜂鳴器和led來控制完成。當一個測量數據值遠遠小于一個報警數據值的時候，就會自行啟動報警;電源模塊，通過使用5V的USB來完成供電功能。另外，使用便攜式移動電源同樣可以完成供電的功能。

3.3 超聲波倒車雷達系統軟件設計

3.3.1 主程序流程

主程序的設計思想是超聲波發射器先發射一連串40 kHz的方波，然后自動檢測是否有信號返回。首先進行數碼管的初始化，包括數碼管功能的初始化和數碼管內容的初始化。然后就進入了一個無限循環的整個過程。循環中的第一個日常任務是運行超聲波控制模塊，根據數碼管顯示測量距離，然后判斷測量距離是否低于設定值。如果該值低于規定值，將啟動聲光報警。執行完第一個日常任務后，啟動按鍵掃描器，區分是否有按鍵被按下，如果有則進入設置報警值的實際操作。至此，一個循環的整個過程就完成了，再次進入循環進行下一輪的間隔檢查和按鍵掃描。對于距離的計算可以通過計算子程序進行，如果距離小于等于1.00 m時，發光二極管發光，并在LED數碼管上顯示距離;如果距離小于等于0.30 m時，響鈴，發光二極管發光;并在LED數碼管上顯示距離。

3.3.2 超聲波模塊程序

超聲波發生子程序的作用是通過P0.2端口發送若干個超聲方波脈沖信號，其頻率約為40 kHz，脈沖寬度為12 μs左右，同時把計數器T0打開進行計時。主程序利用為中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（P0.1引腳出現高電平），立即進入中斷程序。超聲波發射程序比較簡單，主要包括T0斷服務程序和超聲波接收中斷服務程序。

3.3.3 其他軟件程序模塊

除了超聲波模塊程序之外，系統的其他軟件程序模塊還包括顯示子程序、報警子程序、按鍵子程序等軟件模塊。由于C語言程序有利于實現較復雜的算法，而超聲波測距儀的程序有較復雜的計算（計算距離時），所以主程序和上述子程序模塊均可采用C語言編程。

4 調試與結果

4.1 通電前檢查及通電觀察

首先對照電路原理圖檢查電路中接線是否正確。在確保整個電路沒有任何安裝錯誤后，接通電源。觀察電路中各個元器件是否正常地在工作。如果出現了問題，立即關閉電源。經過重重排查找到問題所在，并將其解決后，再次按著上述方法進行通電測試。

4.2 單元電路調試

動態調試是檢測單元中各種指標，查看這些指標有沒有符合設計要求。將獲得的各種數據結果與最初設計的指標進行比較分析，以最終所得出的結論為基礎，對電路以及一些參數進行一些必要的修正。

4.3 整機聯調

調整了各個模塊電路的參數后，還要對其整體性能做進一步測試，以便觀察并準確測量動態特性。將檢測結果與設計方案指標值進行比較，如果有錯誤，找出現有的不足并找到解決方案，直到符合實際設計方案。

5 結束語

通過設計分析，可以看出將超聲波技術應用于倒車雷達系統中，可以使得倒車系統更加高效，并且成本較低，實現方案簡單。

參考文獻：

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