汽車倒車雷達電路設(shè)計【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　汽車倒車雷達電路設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p&g

3、t;<p>　　倒車雷達全稱“倒車防撞雷達”，又稱“泊車輔助裝置”。它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，幫助駕駛員掃除視野死角，提高了駕駛的安全性。國際上通用的倒車雷達一般采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示

4、器顯示距離并發(fā)出警示信號。</p><p>　　本系統(tǒng)介紹了一種以SPCE061A單片機為核心的倒車雷達系統(tǒng)，它具有數(shù)碼顯示和語音提示功能，外接三個超聲波測距模組，語音報警提示（0.37m～1.5m）范圍內(nèi)的障礙物。</p><p>　　關(guān)鍵詞：倒車雷達；超聲波測距；SPCE061A；語音提示</p><p><b>　　Abstract</b>

5、;</p><p>　　the full collision of reverse parking sensor is avoidance radar，Also known as parking aids. It is a car parking or reversing the safety of auxiliary devices, able to voice or visual displays infor

6、m the pilot more obstacles around, helping the driver to remove dead vision to improve driving safety. International use of the parking sensor generally use the principle of ultrasonic distance measurement. Drivers in re

7、verse, start reversing radar, under the control of the controller, the device in the</p><p>　　The system uses voice prompts the way, introduced to SPCE061A microcontroller as the core of a low-cost, high acc

8、uracy, miniaturization, with digital display and voice prompts reversing radar system. By SPCE061A single-chip microcontroller that has voice capabilities, external three ultrasonic ranging module, form a sample of rever

9、sing radar system, voice alarm (0.37m ~ 1.5m) range of obstacles.</p><p>　　Keywords: parking sensor; ultrasonic ranging; SPCE061A; voice prompts</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

10、><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 核心元件簡介2</p><p>　　2.1 SPCE061A芯片特性2</p><p>　　2.1.1 SPCE061A簡介2</p><p>　　2.2 SPCE061A精簡開發(fā)板2</p><p>　　2.3 超

11、聲波測距模組4</p><p>　　2.4 轉(zhuǎn)接板6</p><p>　　3 總體設(shè)計方案9</p><p>　　4 硬件設(shè)計10</p><p>　　4.1 SPCE061A精簡開發(fā)板電路原理10</p><p>　　4.1.1 SPCE061A最小系統(tǒng)10</p><p&g

12、t;　　4.1.2 電源模塊10</p><p>　　4.1.3 放音模塊11</p><p>　　4.2 超聲波測距模組電路原理12</p><p>　　4.2.1 超聲波諧振頻率調(diào)理電路12</p><p>　　4.2.2 超聲波回波接受處理電路12</p><p>　　4.2.3 超聲波測距

13、模組電源接口13</p><p>　　4.2.4 超聲波測距模式選擇跳線13</p><p>　　4.2.5 超聲波測距模組接口14</p><p>　　4.3 轉(zhuǎn)接板電路14</p><p>　　4.4 顯示電路15</p><p>　　5 軟件設(shè)計16</p><p>

14、　　5.1 超聲波測距原理16</p><p>　　5.2 軟件結(jié)構(gòu)17</p><p>　　5.3 各模塊程序說明18</p><p>　　5.3.1 超聲波測距程序18</p><p>　　5.3.2 語音播放程序20</p><p>　　5.3.3 顯示刷新程序21</p>&

15、lt;p>　　5.3.4 主程序23</p><p>　　6 制作和調(diào)試26</p><p><b>　　7 結(jié)論29</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p><b&g

16、t;　　1 引言</b></p><p>　　隨著人民生活水平的提高，汽車走進了千家萬戶。倒車雷達逐漸成為購車時的必要參考，因此設(shè)計一款性價比出眾的倒車雷達將對汽車行業(yè)的發(fā)展起到一定的推動作用。倒車雷達由超聲波傳感器、控制器和顯示器等部分組成。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況。由顯示器顯示距離并發(fā)出其他警示信號，得到及時警示，使倒車變得更加輕松安全。</p>&l

17、t;p>　　液晶、語言和聲音是倒車雷達的三種提示方式，接收方式有無線傳輸和有線傳輸?shù)萚1]。本方案采用語音提示的方式，利用SPCE061A單片機自帶的語音芯片，外接三個超聲波測距模組，可具備以下功能：</p><p>　　1.用三個LED發(fā)光二極管表示三個傳感器探測范圍內(nèi)是否有障礙物，當(dāng)在探測范圍內(nèi)有障礙物出現(xiàn)時，發(fā)光二極管會以一定頻率閃爍，閃爍的頻率由距離而定，距離越近則閃爍的頻率越高。</p>

18、;<p>　　2.語音提示模組探測范圍內(nèi)（0.37m～1.5m）的障礙物，并指明障礙物在哪一個方位。</p><p>　　本方案所有的語音資源、程序代碼都存放在SPCE061A片內(nèi)Flash當(dāng)中；當(dāng)檢測到中間的傳感器探測范圍內(nèi)有障礙物時，語音播放：“后方”。若檢測到左后方有障礙物，則會用語音播放：“左后方”，如右后方有障礙物，則語音播放“右后方”，連續(xù)播放提示的間隔，大于或等于3秒，以免產(chǎn)生頻繁播報

19、。</p><p><b>　　2 核心元件簡介</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用SPCE061A單片機作為主控制器，傳感器模塊采用凌陽的超聲波測距模組。為了使這三個傳感器模塊能夠組合在一起，并且有效的工作，還需要連接一快轉(zhuǎn)接板（利用CD4052模擬開關(guān)器件制作），并外接三個發(fā)光二極管。下面具體介紹這些模塊的特性。</p><p>　　2

20、.1 SPCE061A芯片特性</p><p>　　2.1.1 SPCE061A簡介</p><p>　　圖2.1為SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，SPCE061A是凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的一款十六位單片機，具有一套易學(xué)易用、效率高的指令系統(tǒng)和集成開發(fā)環(huán)境。支持C語言，可以實現(xiàn)C語言與凌陽匯編語言的相互調(diào)用，并且，提供了語音錄放和語音識別的庫函數(shù)，只要了解庫函數(shù)的使用，就可以很容易完成語音錄放，

21、這些都為軟件的開發(fā)提供了有利的條件：SPCE061A片內(nèi)還集成了一個ICE，即在線仿真電路接口，使得對該芯片的編程、仿真都變得非常方便，而ICE接口不占用芯片上的硬件資源，在集成開發(fā)環(huán)境下，用戶可以利用它對芯片進行仿真，同時程序的下載也是通過該接口實現(xiàn)[2]。</p><p>　　2.2 SPCE061A精簡開發(fā)板</p><p>　　SPCE061A精簡開發(fā)板，是以凌陽16位單片機SP

22、CE061A為核心的精簡開發(fā)仿真實驗板，61板除了具備單片機最小系統(tǒng)電路外，還包括電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，采用電池供電，方便隨身攜帶。61板上有調(diào)試器接口（Probe接口）以及下載線（EZ_Probe）接口，分別可接凌陽科技的在線調(diào)試器，簡易下載線，可方便地在板上實現(xiàn)程序的下載、在線仿真調(diào)試。</p><p>　　圖2.1 SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p&

23、gt;<p>　　61板上的主要功能模塊如下： </p><p>　　SPCE061A單片機最小系統(tǒng)外圍電路模塊； </p><p><b>　　電源輸入模塊； </b></p><p>　　音頻電路（包含MIC輸入、DAC音頻功放輸出）模塊； </p><p><b>　　按鍵模塊； </

24、b></p><p>　　I/O端口接口模塊； </p><p>　　調(diào)試、下載接口模塊。</p><p>　　圖2.2為61板的實物圖：</p><p>　　圖2.2 61板實物圖</p><p>　　2.3 超聲波測距模組</p><p>　　超聲波測距模組可以方便地和61板連接，可

25、應(yīng)用于短距離測距、障礙物檢 測等方面，可用在驗證汽車倒車雷達的應(yīng)用方案。圖2.3為超聲波測距模組的結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖2.3 超聲波測距模組結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　實現(xiàn)功能:三種測距模式選擇跳線J1（短距、中距、可調(diào)距）：</p><p>　　1. 短距：10cm～80cm左右。</p><p>　　2. 中距：80cm～4

26、00cm左右。</p><p>　　3. 可調(diào)：范圍由可調(diào)節(jié)參數(shù)確定。</p><p>　　使用方法：應(yīng)用時，用10PIN排線把J5與SPCE061A的IOB低八位接口接起，J4與高八位端口連接，同時設(shè)置好J1、J2跳線就可完成硬件的連接。不同測距模式的選擇只需改變測距模式跳線J1的連接方法即可。提供給模組的電源電壓必須在4.5V以上，并且保持電壓的穩(wěn)定。模組工作性能的好壞與被測物材料有很

27、大關(guān)系，如布料、毛料對超聲波的反射率很小，會嚴重影響測量結(jié)果。</p><p>　　電源輸入:模組提供了兩種電源輸入方式，一種是61板通過10PIN排線為模組供電（61板上J5選擇5V），此時把J2跳到5V的一端；另一種是直接為模組供電，通過模組上的電源輸入口J3引入，把J2跳線跳到IN的一端。外接電源僅是為了給模組提高超聲波發(fā)射功率、提高后級運放性能用，最高不要超過12V。 模組外接電源接口（J3）以及供電方式

28、選擇跳線（J2）如圖 2.4所示：</p><p>　　測距模式選擇:超聲波測距時，存在余波干擾問題，針對不同測距范圍有不同的處理方法。模組提供了測距模式選擇跳線（J1），可以選擇短距測量模式、中距測量模式，或距離可調(diào)模式。而針對前兩種測量模式，提供了不同參數(shù)的范例程序，跳線選擇不同模式時，會選用相對應(yīng)的程序進行測量；跳線選擇LOW時為近距測量模式，選擇HIGH時為中距測量模式，選擇SET時為距離可調(diào)模式；如果用

29、戶對超聲波測量原理有較深的了解，可以選用距離可調(diào)模式。</p><p>　　模組測距模式（測量距離范圍）選擇跳線J1如圖 2.5所示。使用時，把前面的電源輸入跳線J2，模式選擇跳線J1設(shè)置好后，然后利用排線把J4與SPCE061A的IOB口高八位端口相接，J5與低八位端口連接即可使用。J4和J5的接口定義如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.4 模組外接電源接口及供電方式選擇跳線&l

30、t;/p><p><b>　　2.4 轉(zhuǎn)接板</b></p><p>　　為了更加可靠的實現(xiàn)硬件的連接，本方案需要使用一塊CD4052模擬開關(guān)制作的轉(zhuǎn)接板。超聲波測距模組在使用時，只需要兩個端口就可以測距，一個控制超聲波的發(fā)射，一個檢測超聲波的接收信號；而在超聲波測距模組中，這兩個信號都為數(shù)字信號，對模擬開關(guān)的要求并不嚴格，因此選用CD4052作為模擬開關(guān)器件。CD40

31、52相當(dāng)于一個雙刀四擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的2位地址碼A1、A0來決定（真值表見下表）[3]。其中“/E”是禁止端，當(dāng)“/E”=1時，各通道均不接通。此外，CD4052還設(shè)有另一個電源端VEE，可作為電平位移時使用，從而使得在單組電源供電工作下的CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰峰值達15V的交流信號。例如當(dāng)模擬開關(guān)的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，VEE=－5V時，只要對此模擬

32、開關(guān)施加0～5V的數(shù)字控制信號，就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號。表2.1為CD4052的真值表，圖2.7為CD4052的引腳圖。</p><p>　　圖2.5 模組測距模式選擇跳線</p><p>　　圖2.6 J4和J5接口示意圖</p><p>　　表2.1 CD4052的真值表</p><p>　　圖2.7 CD405

33、2的引腳圖</p><p><b>　　3 總體設(shè)計方案</b></p><p>　　本系統(tǒng)以SPCE061A為核心，三個超聲波測距模組依次排布，組成線陣的傳感器陣列；另外，接有轉(zhuǎn)接板、發(fā)光二極管的顯示模塊。系統(tǒng)組成以圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　SPCE061A單

34、片機作為主控芯片，通過I/O端口來控制CD4052，以選擇不同的傳感器通道。其中IOB0和IOB1控制CD4052的A0和A1，IOB2作為檢測超聲波模組返回的信號，IOB3作為控制超聲波模組發(fā)射超聲波信號的控制端口。這樣通過CD4052的通道切換，就可以利用較少的端口來完成多個模組的切換使用。 </p><p>　　另外，超聲波測距模組采用的是脈沖測量法，實質(zhì)是測量發(fā)射超聲波的時刻與接收到反射回波信號的時刻之間

35、的時差，利用超聲波在空氣中傳播速度已知的條件，計算出被測目標與傳感器之間的距離。為了保證測量的可靠性，檢測回波信號時，采用SPCE061A的外部中斷對回波的上升沿進行檢測，而且利用定時器進行計時。在顯示控制方面，系統(tǒng)分別利用IOA8、IOA9、IOA10三個端口控制三個發(fā)光二極管[4]。 </p><p><b>　　4 硬件設(shè)計</b></p><p>　　4.1

36、 SPCE061A精簡開發(fā)板電路原理</p><p>　　4.1.1 SPCE061A最小系統(tǒng)</p><p>　　SPCE061A最小系統(tǒng)包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊，其中外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復(fù)位電路（RESET）、指示燈（LED）等，如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 SPCEA061A

37、最小系統(tǒng)</p><p>　　4.1.2 電源模塊</p><p>　　SPCE061A的內(nèi)核供電為3.3V，I/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在電源模塊（61板上）中有一個端口電平選擇跳線，如圖4.2中的J5，為了系統(tǒng)可靠的工作，需要給61板外接5V的電源，并將61板的端口電平選擇為5V，即J5用跳線帽將V5和VDDH短接。下圖為61板上的電源模塊圖。</p>&l

38、t;p>　　圖4.2 電源模塊</p><p>　　由于本系統(tǒng)需要的端口高電平為5V，所以圖 4.2當(dāng)中的J5跳線需要跳到1和2上。</p><p>　　4.1.3 放音模塊</p><p>　　即語音提示，放音利用的是SPCE061A內(nèi)部的DAC，電路如圖 4.3所示。圖中的SPY0030是凌陽公司的產(chǎn)品。圖中的SPY0030僅需2.4V(兩顆電池)即可

39、工作，輸出功率約700mw。</p><p>　　圖4.3 放音模塊電路圖</p><p>　　4.2 超聲波測距模組電路原理</p><p>　　4.2.1 超聲波諧振頻率調(diào)理電路</p><p>　　由單片機產(chǎn)生40KHZ的方波，并通過模組接口（J4）送至模組的CD4049，CD4049對40KHZ的頻率進行調(diào)理，使超聲波傳感器產(chǎn)生

40、諧振[5]。電路如圖4.4所示：</p><p>　　圖4.4 超聲波諧振頻率調(diào)理電路</p><p>　　4.2.2 超聲波回波接受處理電路</p><p>　　超聲波接收處理部分電路前級采用NE5532構(gòu)成10000倍放大器，對接收信號進行放大。后級采用LM311比較器對接收信號進行調(diào)整，比較電壓在LM311的3管腳處，可由J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇

41、不同的測距模式。在放大器與比較器之間用PNP三極管作為通路選擇，將此通路選擇跳線短接上，即把J2短接，使三極管導(dǎo)通即可[6]。</p><p>　　圖4.5 超聲波回波接受處理電路</p><p>　　4.2.3 超聲波測距模組電源接口</p><p>　　J3為超聲波測距模組的外部電源接口，最高電壓不能超過12V，J2為電源選擇跳線，VCC_5即61板通過10

42、PIN排線引入模組的電源；VCC為模組的放大器、調(diào)諧電路供電電源。當(dāng)使用61板為其供電時，要把VCC與VCC_5V短接，而使用外部電源時要把VCC與VCC_IN進行短接。</p><p>　　圖4.6外部單獨電源輸入接口及選擇跳線</p><p>　　4.2.4 超聲波測距模式選擇跳線</p><p>　　模組提供了測距模式選擇跳線J1，可供選擇短距測量模式、中距

43、測量模式，以及距離可調(diào)模式。跳線選擇LOW時為近距測量模式，選擇HIGH時為中距測量模式；選擇SET時為距離可調(diào)模式。本方案采用可調(diào)方式，即選擇SET的模式，并將調(diào)節(jié)模組上的電位器，將比較電壓調(diào)至3.2～3.5V（保證模組測距能在0.35～1.5M的范圍都能正常工作即可）。</p><p>　　圖4.7 測距模式選擇跳線</p><p>　　4.2.5 超聲波測距模組接口</p&

44、gt;<p>　　本方案采用的三個超聲波測距模組都是利用接口J4、J5，每個模組接出兩個控制、檢測端口，然后通過CD4052模擬開關(guān)進行選通，在實際使用過程中，是分時地對每一個模組進行操作。超聲波測距模組的J4、J5接口如所圖4.8示。圖中的VCC_5在本方案當(dāng)中由61板供電，電壓5V。</p><p>　　圖4.8 超聲波測距模組接口</p><p>　　4.3 轉(zhuǎn)接板

45、電路</p><p>　　前面已經(jīng)簡單介紹了轉(zhuǎn)接板的作用，下面介紹一下它的原理圖，如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 轉(zhuǎn)接板電路原理</p><p>　　圖中J1直接與61板的J6相接，即與61板的IOB口低八位接口相接，可知圖中的VDD為61板供電，電壓為5V。而A0和A1分別接SPCE061A的IOB0和IOB1，以控制CD4052的兩個地址位，即

46、控制通道的選通。IOB2接PLUS_B，作為回波信號的檢測輸入，不過經(jīng)過CD4052的選通，接到哪一個模組，由IOB0和IOB1的輸出決定。同樣COM_EN為超聲波測距模組的信號發(fā)射控制，接到SPCE061A的IOB3。CD4052的另外一端，接出COM_EN1/2/3，可分別接三個模組的發(fā)射使能，另外還用三個10K的電阻接地，以保證未選通的模組不會發(fā)射超聲波信號。J3、J4為一組，接一個超聲波模組板上的J4、J5接口；而轉(zhuǎn)接板上的J5

47、、J6、J7、J8分別對應(yīng)另外兩個模組[7]。</p><p><b>　　4.4 顯示電路</b></p><p>　　本設(shè)計采用發(fā)光二極管顯示，發(fā)光二極管簡稱LED，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?。顯示電路采用三個I/O口控制三個發(fā)光二極管。如圖 4.10所示：</p><p><b>　　圖4.10顯示電路</b

48、></p><p><b>　　5 軟件設(shè)計</b></p><p>　　5.1 超聲波測距原理</p><p>　　超聲波測距原理一般采用渡越時間法即:D =ct/2。式中, D 為待測距離,c 為超聲波在空氣中的傳播速度,t 為超聲波從發(fā)射到接收到回波的時間間隔,可由單片機計脈沖個數(shù)的方法實現(xiàn)。c 可視為常數(shù)(通常取c =340m

49、/ s),從而就可計算出超聲波探頭與障礙物的距離[8]。單片機控制產(chǎn)生40kHz的脈沖串送到驅(qū)動電路以驅(qū)動超聲波探頭發(fā)送超聲波,回波信號經(jīng)接收電路、放大濾波整形電路后再送入單片機,由單片機計算的數(shù)據(jù)用于顯示和聲音警示。</p><p>　　超聲波測距模組信號： 圖 5.1為超聲波模組上三極管Q1的集電極處測量的波形圖，此時J2跳線短接，使Q1始終導(dǎo)通，而傳感器距目標面的距離為2米。</p><

50、p>　　圖 5.1超聲波信號測量圖</p><p>　　圖中的波形為示波器抓拍圖，其中通道1為Q1集電極測得的波形，即上方的波形，通道2為發(fā)射端測得的波形。從圖中可知，接收回路中測得的超聲波信號共有兩個波束，第一個波束為余波信號，即超聲波接收頭在發(fā)射頭發(fā)射信號（一組40KHz的脈沖）后，馬上就接收到了超聲波信號，并持續(xù)了一段時間。另一個波束為有效信號，即經(jīng)過被測物表面反射的回波信號。 </p>

51、<p>　　超聲波測距時，需要測的是從開始發(fā)射到接收到信號的時間差，在上圖中就可看出，需要檢測的有效信號為反射物反射的回波信號，所以要盡量避免檢測到余波信號。 </p><p>　　軟件控制脈沖發(fā)射、檢測回波信號： 程序設(shè)計時采用脈沖測量法，由SPCE061A控制模組發(fā)生40KHz的脈沖信號，每次測量發(fā)射的脈沖數(shù)至少為12個完整的40KHz脈沖。發(fā)射信號前要打開計數(shù)器，進行計時。等計時到達一定值后再開

52、啟檢測回波信號，以避免余波信號的干擾。采用外部中斷對回波信號進行檢測（回波信號送到單片機的為一序列方波脈沖）。接收到回波信號后，馬上讀取計數(shù)器中的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為要測量的時間差數(shù)據(jù)。為避免測量數(shù)據(jù)的誤差，程序中對測距數(shù)據(jù)的處理方法是：每進行一次測距，利用時基中斷測量4次，即取得4組數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后得到此次測距值。</p><p><b>　　5.2 軟件結(jié)構(gòu)</b></p>

53、<p>　　本方案的軟件系統(tǒng)主要包括以下幾個模塊： </p><p>　　1.主程序：主控程序負責(zé)控制整個系統(tǒng)的工作流程。</p><p>　　2.超聲波測距程序：負責(zé)超聲波測距的控制、結(jié)果計算等，另外有部分代碼在中斷服務(wù)程序中，主要碼在UserFunction.c和IntDocument.c文件。 </p><p>　　3.語音播放程序：語音播放控制，主

54、要代碼在Speech.h，而語音中斷服務(wù)程序在isr.asm文件中，為了使語音播放程序在初始化時不影響用戶的其它中斷，在isr.asm中還有一個中斷初始化程序。 </p><p>　　4.中斷程序：主要指IntDocument.c文件，包括超聲波測距的中斷服務(wù)代碼，以及用于顯示刷新的IRQ4中斷服務(wù)程序。 </p><p>　　5.系統(tǒng)程序：主要指system.c文件，包含系統(tǒng)端口初始化、

55、測量結(jié)果處理、以及顯示刷新程序。 </p><p>　　5.3 各模塊程序說明</p><p>　　5.3.1 超聲波測距程序</p><p>　　測距控制程序Demo程序中，超聲波測距的功能函數(shù)流程圖詳見圖 5.3。用戶需要先調(diào)用測距初始化函數(shù)InitMeasure()，再調(diào)用該函數(shù)BeginMeasure()就可進行一次測距操作，函數(shù)返回值為測量結(jié)果。<

56、/p><p>　　每一次測距要進行四次測量，四次的測量結(jié)果經(jīng)過處理后才可得到最終的返回值，而四次測量的控制以及測量結(jié)果的處理都是在這個函數(shù)中完成的，具體的處理方法如下：每一次測距中的四次測量的間隔時間用16Hz的時基中斷來控制；每一次測量，先發(fā)射20個40KHz脈沖，然后使能測量時間基準計數(shù)器，當(dāng)計數(shù)到4ms時，打開EXTI外部中斷，等待回波反射到接收頭。四次測量全部完成后，再對測量的結(jié)果進行處理，用戶可以根據(jù)不同的

57、應(yīng)用對數(shù)據(jù)處理部分的程序作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[9]。</p><p>　　其中等待4ms的原因：壓電式的電聲傳感器存在余波干擾，有部份聲波會沿電路板直接傳到接收頭，經(jīng)接收電路的放大后，系統(tǒng)就有可能把它誤認為是反射回來的回波信號。</p><p>　　16Hz時基中斷處理程序：16Hz的時基中斷處理程序里，主要進行檢查上次測量是否超時，若超時便會轉(zhuǎn)到超時處理程序，然后進行下一次的測量啟動，即再次發(fā)送

58、20個40KHz方波脈沖，流程圖見圖5.4所示:</p><p>　　圖5.3 超聲波測距子函數(shù)流程圖</p><p>　　圖5.4 16Hz中斷流程圖</p><p>　　外部中斷程序 :當(dāng)回波觸發(fā)控制器的外部中斷后，程序會轉(zhuǎn)到EXTI外部中斷服務(wù)子程序中，讀取測量結(jié)果，并作數(shù)據(jù)的初步處理，流程圖見圖5.5 EXTI外部中斷流程圖[10]。</p>

59、<p>　　5.3.2 語音播放程序</p><p>　　全方案采用A2000的語音壓縮算法，播放A2000格式的語音資源，作為語音提示的功能；為了讓系統(tǒng)在語音播放期間，其它的中斷依舊能照常工作；因此在每一次語音播放前，進行中斷的初始化操作，實際上是利用了SACM語音庫當(dāng)中使用到的一個中斷設(shè)置變量，即R_InterruptStatus。該變量在語音庫支持文件hardware.asm當(dāng)中定義；每次進

60、行語音播放的初始化操作時，語音庫當(dāng)中會從該變量讀取之前用戶設(shè)置的中斷，并以此為基礎(chǔ)設(shè)置語音庫進行語音播放所需要打開的中斷。所以，中斷的初始化操作，也就是將當(dāng)前中戶的中斷設(shè)置情況寫入變量：R_InterruptStatus當(dāng)中即可。 </p><p>　　圖 5.5 EXTI外部中斷流程圖</p><p>　　為了防止語音播報過于頻繁，本方案采用2Hz時基進行計數(shù)，每次播放語音提示前，先

61、判斷距離上一次語音提示的播放是否超過3秒（即2Hz中斷當(dāng)中計數(shù)6次以上）如超過則可以進行這次的播放，如果為符合要求，則退出操作。圖5.6為語音播放程序的流程圖。</p><p>　　5.3.3 顯示刷新程序</p><p>　　本方案使用IOA8、IOA9、IOA10三個端口控制三個發(fā)光二極管（LED）作為顯示，每一個LED對應(yīng)一個超聲波測距模組，當(dāng)探測到0.37m～1.5m的范圍內(nèi)沒有

62、障礙物時，對應(yīng)的LED是滅的。當(dāng)探測到0.37m～1.5的范圍內(nèi)有障礙物時，對應(yīng)的LED會以一定的頻率閃爍，距離越近閃爍的頻率越高。 </p><p>　　系統(tǒng)以IRQ4的1KHz中斷對顯示進行掃描，并設(shè)置有三個變量保存對應(yīng)傳感器模組的頻率設(shè)置數(shù)據(jù)，即Show_Freq_Set[0]、Show_Freq_Set[1]、Show_Freq_Set[2]。當(dāng)頻率設(shè)置數(shù)據(jù)的值為0時，系統(tǒng)不對對應(yīng)的LED進行顯示翻轉(zhuǎn)，對

63、應(yīng)的LED不會閃爍；此外，系統(tǒng)還定義有三個變量（Show_Counter_1KHz[x], x=0～2）作為1KHz的計數(shù)器，對應(yīng)每個LED，而當(dāng)頻率設(shè)置數(shù)據(jù)不為0時，計數(shù)器會不斷地計數(shù)（以1KHz），當(dāng)計數(shù)器的計數(shù)值累加到與頻率設(shè)置數(shù)據(jù)一樣時，則會使對應(yīng)的LED顯示狀態(tài)進行輸出翻轉(zhuǎn)，并對計數(shù)器進行清零，周而復(fù)始。由此可知，當(dāng)頻率設(shè)置數(shù)據(jù)非零時，該數(shù)據(jù)越小，則對應(yīng)LED的閃爍頻率越高。圖 5.7為在IRQ4的1KHz中斷程序當(dāng)中調(diào)用的顯

64、示刷新程序流程圖。 </p><p>　　圖5.6 語音播放程序流程圖</p><p>　　圖5.7 顯示刷新程序</p><p>　　5.3.4 主程序 </p><p>　　由于很多處理操作在中斷當(dāng)中完成了，所以本方案的主程序并不復(fù)雜，圖 5.8為本方案的主程序流程圖。圖中，系統(tǒng)使用的中斷主要指IRQ4的1KHz中斷，而測量通道選擇

65、即通過I/O端口選通CD4052的通道，以決定當(dāng)前的測量是對哪一個超聲波測距模組。 </p><p>　　圖5.8主程序流程圖</p><p>　　通過主程序流程圖可看出，系統(tǒng)是在不斷的對三組超聲波測距模組進行測距操作，并將每次測距的結(jié)果進行處理，以更新對應(yīng)的LED顯示頻率設(shè)置，以及在符合要求的條件下進行語音提示播放。</p><p>　　在測距結(jié)果處理程序當(dāng)中，系

66、統(tǒng)會針對每一個通道的測距結(jié)果進行判斷、處理；當(dāng)某一通道的測距結(jié)果大于1.5m時，則讓對應(yīng)的LED保持滅的狀態(tài)，并將該通道的顯示頻率設(shè)置數(shù)據(jù)設(shè)為0；當(dāng)測距結(jié)果小于1.5m時，則設(shè)置對應(yīng)的顯示頻率設(shè)置數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的大小與測量的結(jié)果按一定比例成正比即可[11]。測距結(jié)果處理程序會對當(dāng)前的三組超聲波測距模組所探測到的障礙物的距離進行判斷，當(dāng)有某一組或者一組以上的模組探測到障礙物在0.37m～1.5m的范圍時，會進行語音提示的播放。圖5.9為測距結(jié)

67、果處理程序。圖中后方、左后方以及右后方，分別表示的是三個不同的通道的超聲波測距模組所測量的區(qū)域。</p><p>　　圖5.9 測距結(jié)果處理程序流程圖</p><p><b>　　6 制作和調(diào)試</b></p><p>　　由于本系統(tǒng)對電源有一定的要求，所以在制作時，需要給61板接入5V的電源（并非使用電源盒），并將61板上的端口電平選擇跳線

68、J5跳到5V一端，使端口的高電平為5V，并通過61板的I/O接口（J6）給轉(zhuǎn)接板、超聲波測距模組供電。 </p><p>　　本方案當(dāng)中，可將轉(zhuǎn)接板設(shè)計如圖 6.1所示。圖中，J1接61板的J6，J2接61板的J7,作為CD4052選通的控制端口，以及超聲波測距的接口；J3～J8分別接三組超聲波測距模組。</p><p>　　圖6.1 轉(zhuǎn)接板示意圖</p><p>

69、;　　而在使用超聲波測距模組時， J1測距模式選擇選在SET可調(diào)選項，并將模組上電位器調(diào)節(jié)，將比較電壓調(diào)節(jié)至3.2V～3.5V之間。調(diào)節(jié)時，可測量J1靠近電位器的引針上的電壓。另外，還需要將J2跳線設(shè)置在5V一端。 整個系統(tǒng)的連線示意圖如圖 6.2所示。系統(tǒng)硬件連接好以后，便可以將程序下載到61板當(dāng)中。</p><p>　　操作說明：按照前面所述制作好轉(zhuǎn)接板、顯示板后，再連接好61板和各個模組板，用戶還需要為61

70、板連接上電源（外接5V）、喇叭；如果之前沒有下載本方案的參考程序，用戶還需要將程序下載到61板中，并全速運行，然后才可以看到運行的情況，并對其進行操作[12]。 </p><p>　　圖6.2 系統(tǒng)連接示意圖</p><p>　　下載參考程序： 本方案的源代碼提供在資料文件夾當(dāng)中的“參考源代碼”中的“Car_Radar”文件夾當(dāng)中；直接打開其中的Car_Radar.spj文件，即可打開工

71、程；然后對所打開的工程進行編譯。確認編譯無誤后，然后再確認一下61板的連線是否連接好，以及下載線/調(diào)度器等的連接；如果一切有關(guān)下載的設(shè)置、連接無誤，便可以下載運行程序。 </p><p>　　調(diào)試： 本系統(tǒng)操作方法比較簡單，系統(tǒng)工作后無需對61板進行操作。開始測試時將開關(guān)至于ON狀態(tài)，此時控制板上的電源指示燈就會亮起，說明此時控制器進入工作狀態(tài)。將三個超聲波測距模組列開，并用物體擋在超聲波測距模組上探頭正對的前面

72、，只要距離在0.35m～1.5m之內(nèi)，就會有間斷的語音提示，以示對應(yīng)的模組前面有障礙物。</p><p>　　如果測試時障礙物與探頭之間的距離在30cm左右，雷達能夠正常工作，而兩者之間在1.5m時，雷達不能正常工作，則說明電源的電壓有點低。如果測試時障礙物與探頭之間的距離在30cm左右，雷達不能夠正常工作，則應(yīng)檢查各連線接口連接是否接好，元器件的完好情況，及電壓穩(wěn)定情況等。</p><p&g

73、t;　　按照本方案文檔的接法，定義接1號模組的超聲波測距模組為左后方探頭，2號為正后方探頭，3號為右后方探頭。當(dāng)各個位置的模組探頭探測到障礙物，會有如表6.1中所示結(jié)果：</p><p>　　表6.1 語音提示情況表</p><p>　　超聲波測距模組與61板進行中距測距應(yīng)用接線實物圖短/中距測距注意事項及聲明: </p><p>　　1．測距時保證傳感器與被測物間

74、，以及測量軸線上沒有障礙物。</p><p>　　2．盡量保證傳感器軸線與被測物表面垂直。</p><p>　　3．實際測距范圍與被測物表面材料等因素有關(guān)，一般不要測量表面為毛料或者布料的物體表面。</p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計系統(tǒng)采用了凌陽科技研發(fā)生產(chǎn)的單片機SPCE061

75、A芯片。實現(xiàn)了測量超聲波從發(fā)射到接收的傳送時間，從而得到待測距離。系統(tǒng)設(shè)計具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量誤差小的特點。</p><p>　　經(jīng)多次的實踐中超聲波可測的距離還不是很長，還應(yīng)該在這方面作研究改進，使其功能更加完善并得到廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 龔玉玲，楊陽，趙蕊，劉光德．基

76、于單片機系統(tǒng)的倒車雷達[J]．中國科學(xué)，1996.6</p><p>　　[2] 時德剛，劉嘩．超聲波測距的研究[J]．計算機測量與控制，2002.10</p><p>　　[3] 鍛九州，放大電路實用設(shè)計手冊[M]．沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.5</p><p>　　[4] 朱文彬，李玉忍．基于ISD4003芯片的語音報警系統(tǒng)設(shè)計[J]．安防科技, 200

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78、;　　[7]Datasheet of AT89C2051[J].Atmel Corporation,USA,2005.</p><p>　　[8]吳勉.超聲波駐車暨倒車雷達系統(tǒng)研制[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2007,256(17): 1822183.</p><p>　　[9]安宗權(quán),冷護基.基于ATmega8單片機的超聲波測距儀[J].計算機測量與控制,2005,13(11):1299213