基于单片机AT89S51控制的汽车倒车雷达系统

摘　要：摘要： 倒车雷达系统是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。本设计利用AT89S51作为中心控制器，根据超声波测距原理设计。整个系统由超声波发射器电路、超声波接收电路、环境温度采集电路、显示电路及报警电路组成。当倒车时，单片机控制电路，发射超声波，遇到障碍物，超声波返回到接收电路，单片机处理超声波传输的时间，得到车与障碍物的距离S。当S〈2M时候，通过译码，送至显示电路，显示距离，并驱动报警电路。

关键词：关键词： 超声波测距；传感器；DS18B20；AT89S51

中图分类号：TP302.1    文献标识码：A     文章编号：

1.前言
    随着社会的发展，汽车数量不断增加，人们便对汽车操作的便捷性愈加挑剔。汽车倒车时的不便被汽车制造行业所重视。人们希望有一种装置能够实现汽车“后视”功能，在倒车时能够提示人们汽车后方是否有障碍物以及障碍物与汽车的大致距离等。 
    倒车雷达能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了安全性。
    车用倒车探测器首先要解决的技术难题就是误报。由于道路状况十分复杂，以及道路两旁的静态护栏、标志牌，还有各种恶劣天气的影响等，使得探测器对目标的识别十分困难，误报率很高。要想完全解决好误报问题，还需要采取多传感器的信息融合技术。实现信息综合分析，利用数据间的冗余性和互补特性进行容错处理，克服单一传感器可靠性低、有效探测范围小等缺点，有效地降低探测器的误报机率。
    生产超声波传感器的主要材料的价格一直居高不下，成为车用探测器推广应用的瓶颈。可以预见，随着新材料、新工艺在探测器制作中的应用，使低价格、高性能的车用探测器的实现和普及成为可能。
    超声波的汽车倒车探测器的发展趋势是:使用的处理器速度越来越快，系统反应时间越来越短；使用的传感器技术越来越先进，系统稳定性越来越高；使用的显示报警技术更加先进，探测器显示、报警方式会更加直观，更加人性化。
2.方案选择
    该系统由AT89S51单片机、超声波发射电路、超声波接收放大电路、环境温度采集电路及显示电路组成。其系统第一层是超声波发射电路,中间部分是超声波接收电路,第三层是环境温度采集部分。倒车雷达系统采用超声波测距原理，在单片机的控制下，由传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经单片机进行数据处理、判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出其它警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中“数”，使倒车变得更轻松。
    此方案通过美国ATMEL公司生产的AT89S51单片机来对整个系统做中心控制，进行数据处理和控制。同时采用了DS18b20温度传感器，DS18B20 是美国DALLAS 公司生产的一线式数字式温度计芯片，它具有结构简单，不需外接元件，采用一根I/O 数据线既可供电又可传输数据、并可由用户设置温度报警界限等特点。温度传感器DS18b20应用能够准确测算出超声波在传输过程中的速度，从而能够准确的测算出超声波遇到障碍物时往返的距离，提高了系统的可靠性和准确性。
3. 软件设计
   本次软件设计所使用的工具是:PROTEL99SE、KEIL uvivsion3。下面对他们简单介绍。
    Protel99se是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。Protel99se分为一下两个大部分组成： 
3.1电路工程设计部分
    (1)电路原理设计部分：电路原理图设计部分包括电路图编辑器、电路图零件库编辑器和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器、零件封装编辑器（3）自动布线系统：本系统包含一个基于形状的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。
3.2电路仿真与PLD部分
    （1）电路模拟仿真系统：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。（2）可编程逻辑设计系统：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。（3）高级信号完整性分析系统：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。
    KEIL uvivsion3软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部份组合在一起。
    Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。它为编程人员带来极大方便。
4.结论
    超声波测距是一种非接触测距，是在基于AT89S51作为控制中心的倒车雷达系统。通过单片机控制超声波发射，通过定时器计算出超声波到达障碍物的时间，同时有温度补偿接口，计算出实际超声波速度，有单片机处理数据得到精确的距离，并加以显示和报警。作为一种辅助安全系统，消除了倒车视线盲区，让驾驶员倒车更加安全，具有很强的实用性。完成本设计，总结做了如下一些工作：
4.1对超声波测距发展历程，背景，应用现状，及市场需求方向有了一个比较深入了解。
4.2分析了造成超声波测距的误差，大概有环境误差，量化误差，触发误差 ，超声波入射角影响。其中最主要影响的是环境对超声波声速的影响。本设计用全数字温度补偿电路，对其声速进行线性补偿，使之更加接近实际声速。
4.3硬件中采用声光报警及数码距离显示，直观详细的把测量结果显示给驾驶人员。
参考文献
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