超声波倒车雷达毕业设计Word格式文档下载.docx
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Keywords:
Parkingsensor;
SPCE061ASCM;
ultrasonicranging;
voiceprompts;
LCDdisplay
第一章绪论1
1.1课题背景1
1.1.1倒车雷达的发展历史1
1.1.2倒车雷达的发展方向与展望2
1.2课题任务及要求2
1.3课题的主要内容及目的3
第二章系统主要器件简介3
2.1SPCE061A芯片特性3
2.1.1SPCE061A简介3
2.1.2芯片特性4
2.2SPCE061A精简开发板5
2.3超声波测距模组5
2.4转接板8
2.5液晶显示模块LCM1062A9
第三章超声波倒车雷达系统的总体方案设计12
3.1超声波测距PWM信号方案论证12
3.1.1超声波测距PWM信号硬件实施方案12
3.1.2超声波测距PWM信号软件实施方案13
3.1.3超声波测距PWM信号实施方案比较13
3.2超声波倒车雷达系统硬件方案论证13
3.3超声波倒车雷达系统软件方案论证15
第四章超声波倒车雷达系统的硬件设计16
4.1SPCE061A精简开发板电路原理16
4.1.1SPCE061A最小系统16
4.1.2电源模块17
4.1.3放音模块17
4.2超声波测距模块电路的设计18
4.2.1超声波谐振频率调理电路的设计18
4.2.2超声波回波信号处理电路的设计19
4.2.3超声波测距模组电源接口选择20
4.2.4超声波测距模式选择电路的设计20
4.3转接板电路的设计20
4.4显示电路的设计21
4.4.1二极管闪烁报警电路的设计21
4.4.2LCD显示报警电路的设计22
4.5各模块接口分配22
第五章超声波倒车雷达系统的软件设计22
5.1超声波测距原理22
5.2μ'
nSPIDE的项目文件管理的组织结构23
5.3软件构架24
5.4各模块程序的设计25
5.4.1主程序的设计25
5.4.2超声波测距程序的设计25
5.4.3语音播放程序的设计28
5.4.4二极管闪烁程序的设计28
5.4.5LCD初始化及驱动程序的设计29
第六章超声波倒车雷达系统的整体调试30
6.1故障调试及解决方式30
结论33
社会经济效益分析34
致谢35
参考文献36
外文翻译37
附录Ⅰ程序清单44
附录Ⅱ元器件清单58
第一章绪论
超声波雷达又称泊车辅助系统,是一种利用超声波原理,由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波撞击障碍物后,反射此声波探头,从而计算出车体与障碍物之间的距离。
一般由超声波传感器、控制器、显示器等部分组成。
它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、倒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。
现在市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理,驾驶者在倒车时,启动倒车雷达,在控制器的控制下,由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波,遇到障碍物。
产生回波信号,传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理,判断出障碍物的位置,由显示器显示距离并发出警示信号,得到及时的警示。
给汽车安装超声波雷达大大提高了行车的安全性。
从而使驾驶者倒车时做到心中有数,使倒车变得更轻松。
1.1课题背景
随着生活质量的提高,工作的需要,科技的发展,人们将越来越多的在生活中和工作中将汽车作为其日常的生活工具。
当汽车进入百姓家庭,倒车雷达自然而然的走进了人们的视野中,保障行车安全的各个细节,越来越受到车主的重视;
虽然每辆车都有后视镜,但不可避免地都存在一个后视盲区。
同样随着经济技术的不断进步,倒车雷达无论是在外型还是在功能上都发生了巨大的变化。
从记忆中的“倒车请注意”到现在可以在一块LCD屏幕上显示障碍物的各种信息,每一次的变革都让人耳目一新。
1.1.1倒车雷达的发展历史
在几年的时间里,随着技术发展和用户需求的变化,倒车雷达经过了大致六代的技术改良和发展。
不管从结构外观上,还是从性能价格上,这六代产品都各有特点,使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这三种。
第一代倒车喇叭提醒
“倒车请注意”想必不少人还记得这种声音,这就是倒车雷达的第一代产品,现在只有小部分商用车还在使用。
只要司机挂上倒档,它就会响起,提醒周围的人注意。
从某种意义上说,它对司机并没有直接的帮助,不是真正的倒车雷达。
价格便宜,基本属于淘汰产品。
第二代蜂鸣器提示
这是倒车雷达系统的真正开始。
倒车时,如果车后1.8米~1.5米处有障碍物,蜂鸣器就会开始工作。
蜂鸣声越急,表示车辆离障碍物越近。
这种倒车雷达没有语音提示,也没有距离显示,虽然司机知道有障碍物,但不能确定障碍物离车有多远,对驾驶员帮助不大。
第三代数码波段显示
比第二代先进很多,可以显示车后障碍物离车体的距离。
如果是物体,在1.8米开始显示;
如果是人,在0.9米左右的距离开始显示。
这一代产品有两种显示方式,数码显示产品显示距离数字,而波段显示产品由三种颜色来区别:
绿色代表安全距离,表示障碍物离车体距离有0.8米以上;
黄色代表警告距离,表示离障碍物的距离只有0.3~0.8米;
红色代表危险距离,表示离障碍物只有不到0.3~0.1米的距离。
在安全区,你可正常倒泊,在警告区,你要减速倒泊,在危险区,你则要停止倒泊。
第三代产品把数码和波段组合在一起,但比较实用,但安装在车内不太美观。
第四代液晶荧屏动态显示
这一代产品有一个质的飞跃,特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。
不用挂倒档,只要发动汽车,显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。
LCD动态显示,色彩清晰漂亮,外表美观,可以直接粘贴在仪表盘上,安装很方便。
不过液晶显示器外观虽精巧,但灵敏度较高,抗干扰能力不强,所以误报也较多。
第五代魔幻镜倒车雷达
结合了前几代产品的优点,采用了最新仿生超声雷达技术,配以高速电脑控制,可全天候准确地测知2米以内的障碍物,并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。
魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起,并设计了语音功能。
因为其外形就是一块倒车镜,所以可以不占用车内空间,直接安装在车内后视镜的位置。
而且颜色款式多样,可以按照个人需求和车内装饰选配。
第六代:
整合影音系统
它在第五代产品的基础上新增了很多功能,属于第六代产品,是专门为高档轿车生产的。
从外观上来看,这套系统比第五代产品更为精致典雅;
从功能上来看,它除了具备第五代产品的所有功能之外,还整合了高档轿车具备的影音系统,可以在显示器上观看DVD影像,是目前市面上最先进的倒车雷达系统。
1.1.2倒车雷达的发展方向与展望
经过多年的研究与生产实践,倒车雷达逐渐摆脱了以往功能单一,报警不准确的问题。
目前倒车雷达主要有两个方向发展。
一、与其他车内娱乐设备的集成;
二、提高报警的准确性。
越来越多的倒车雷达已经不再仅限于提供倒车报警的单一功能,集成多种报警娱乐等功能的倒车雷达已经成为一种现实。
军用技术的民用化,使的倒车雷达预警范围,报警精度都有极大的提高。
仿生学、声学、电磁学等科学技术的进步,都将会倒车雷达推向一个新的阶段。
随着卫星定位技术的成熟,以车载卫星定位系统(GPS)作为倒车雷达,也离实用化越来越近。
1.2课题任务及要求
本次设计的超声波倒车雷达系统是以SPCE061A单片机为控制器,搭配3个超声波测距模块及LCD、二极管、语音3部分组成的报警模块所构成。
其测量结果应符合以下标准:
(1)语音提示可指明哪一个方向(或区域)在范围内(0.35m~1.5m)有障碍物在探测范围内。
(2)利用三个LED发光二极管表示三个传感器探测范围内是否有障碍物,当在探测范围内有障碍物时,发光二极管以一定频率闪烁,闪烁的频率以距离定,距离越近频率越。
(3)利用LCD显示距离等信息。
1.3课题的主要内容及目的
本文对超声波倒车雷达系统的设计进行了详细的介绍,共分六章。
第一章简要介绍了整个课题的研究背景、目的、意义及整个任务的要求安排;
第二章对整个系统的主要器件进行介绍;
第三章是针对此次课题的任务进行方案论证,尤其重要的对SPCE061A单片机其16位的处理能力及内嵌的语音对本设计的影响进行详细的阐述;
第四章具体介绍了超声波倒车雷达系统的硬件设计,包括超声波测距模块电路,转接板电路,显示电路的设计;
第五章阐述了超声波倒车雷达的软件设计,包括超声波测距子程序,数据处理子程序,显示子程序,语音子程序的设计。
第六章是针对硬件调试、软件调试和整机连调的结果进行了具体的分析和说明。
目的是研究一个超声波倒车雷达,要求在倒车时,启动倒车雷达,在控制器的控制下,由传感器发送超声波,遇到障碍物,产生回波信号,传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理,判断出障碍物的位置,由显示器显示距离并发出警示信号,来提示司机车后有障碍物,得以使泊车和倒车更加方便个安全。
本设计的核心是测距。
测距的方法有很多种,我采用的是脉冲测量法,其实质就是测量发射超声波的时刻与接收到反射回波信号的时刻之间的时差,利用超声波在空气中传播速度已知的条件,计算出被测目标与传感器之间的距离。
第二章系统主要器件简介
本系统采用SPCE061A单片机作为主控制器,传感器模块采用凌阳大学计划的“超声波测距模组”。
另外,为了使这三个传感器模块能够组合在一起,并且可靠的工作,还需要一个转接板,可以利用CD4052模拟开关器件制作;
显示方面,采用LCM1602液晶显示模块,还需要外接三个发光二极管用了报警显示。
下面分别介绍这些模块的特性。
2.1SPCE061A芯片特性
2.1.1SPCE061A简介
SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机,具有易学易用、效率较高的一套指令系统和集成开发环境。
在此环境中,支持标准C语言,可以实现C语言与凌阳汇编语言的互相调用,并且,提供了语音录放和语音识别的库函数,只要了解库函数的使用,就会很容易完成语音录放,这些都为软件开发提供了方便的条件:
SPCE061A片内还集成了一个ICE(在线仿真电路)接口,使得对该芯片的编程、仿真都变得非常方便,而ICE接口不占用芯片上的硬件资源,结合凌阳科技提供的集成开发环境(unSPIDE),用户可以利用它对芯片进行真实的仿真;
而程序的下载(烧写)也是通过该接口实现。
下图为SPCE061A单片机的内部结构框图:
图2-1SPCE061A内部结构图
2.1.2芯片特性
●16位μ’nSP微处理器;
●工作电压:
内核工作电压VDD为3.0~3.6V(CPU),IO口工作电压VDDH为VDD~5.5V(I/O);
●CPU时钟:
0.32MHz~49.152MHz;
●内置2K字SRAM;
●内置32K闪存ROM;
●可编程音频处理;
●晶体振荡器;
●系统处于备用状态下(时钟处于停止状态),耗电小于2μA@3.6V;
●2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值);
●2个10位DAC(数-模转换)输出通道;
●32位通用可编程输入/输出端口;
●14个中断源可来自定时器A/B,时基,2个外部时钟源输入,键唤醒;
●具备触键唤醒的功能;
●使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒),能容纳210秒的语音数据;
●锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号;
●32768Hz实时时钟;
●7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器;
●声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能;
●具备串行设备接口;
●低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能;
●内置在线仿真(ICE,In-CircuitEmulator)接口。
2.2SPCE061A精简开发板
SPCE061A精简开发板(简称61板),是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发-仿真-实验板,大小相当于一张扑克牌,是“凌阳科技大学计划”专为大学生、电子爱好者等进行电子实习、课程设计、毕业设计、电子制作及电子竞赛所设计的,也可作为单片机项目初期研发使用。
61板除了具备单片机最小系统电路外,还包括有电源电路、音频电路(含MIC输入部分和DAC音频输出部分)、复位电路等,采用电池供电,方便学生随身携带!
!
使学生在掌握软件的同时,熟悉单片机硬件的设计制作,锻炼学生的动手能力,也为单片机学习者和开发者创造了一个良好的学习条件和开发新产品的机会!
61板上有调试器接口(Probe接口)以及下载线(EZ_Probe)接口,分别可接凌阳科技的在线调试器、简易下载线,配合unSPIDE,可方便地在板上实现程序的下载、在线仿真调试。
61板上的主要功能模块如下:
●SPCE061A单片机最小系统外围电路模块;
●电源输入模块;
●音频电路(包含MIC输入、DAC音频功放输出)模块;
●按键模块;
●I/O端口接口模块;
●调试、下载接口模块;
2.3超声波测距模组
超声波测距模组是为方便学生进行单片机接口方面的学习专门设计的模块,超声波测距模组可以方便地和61板连接,可应用在小距离测距、机器人检测、障碍物检测等方面,可用于验证方车辆倒车雷达以及家居安防系统等应用方案验证。
下图为超声波测距模组的结构框图:
图2-2超声波测距模组结构图
主要功能
三种测距模式选择跳线J1(短距、中距、可调距):
短距:
10cm~80cm左右(根据被测物表面材料决定);
中距:
80cm~400cm左右(根据被测物表面材料决定);
可调:
范围由可调节参数确定;
使用方法
一般应用时,只需要用10PIN排线把J8与SPCE061A的IOB低八位接口接起来,同时设置好J7、J1、J2跳线就完成硬件的连接了。
不同测距模式的选择只需改变测距模式跳线J1的连接方法即可。
提供给模组的电源必须在4.5V以上,而且尽量保持电源电压的稳定。
模组工作的性能与被测物表面材料有很大关系,如毛料、布料对超声波的反射率很小,会严重影响测量结果。
电源输入
模组提供了两种电源输入方式,一为用61板通过10PIN排线为模组供电(61板上J5选择5V要求最好不要低于4.5V),此时要把J9跳到5V的一端;
另一为直接为模组供电,通过模组上的电源输入口J7引入,此时需要把J9跳线跳到IN的一端。
外接电源仅是为了给模组提高超声波发射功率、提高后级运放性能用,最高不要超过12V。
模组外接电源接口(J7)以及供电方式选择跳线(J9)如图2-3所示:
图2-3模组外接电源接口及供电方式选择跳线
测距模式选择
超声波测距时,存在余波干扰问题,所以针对不同测距范围会有不同的处理方法。
模组提供了测距模式选择跳线(J1),可以选择短距测量模式、中距测量模式,或距离可调模式。
而针对前两种测量模式,提供了不同参数的范例程序,跳线选择不同的模式时,要选用相对应的程序进行测量;
跳线选择LOW时为近距测量模式,选择HIG时为中距测量例程,选择SET时为距离可调模式;
凌阳科技大学计划网站上提供了短距测量模式和中距测量模式的完整源程序。
如果用户对超声波测量原理有较深的了解,可以选用距离可调(SET)模式。
模组测距模式(测量距离范围)选择跳线J1如图2-4所示:
图2-4模组测距模式选择跳线
使用方式
使用时,用户需把前面的电源输入跳线J7、模式选择跳线J1设置好后,还要把跳线J2短接起来,然后利用排线把J8与SPCE061A的IOB口低八位端口相接,即可使用了。
使用时J2跳线和J8跳线的连接方法如下图2-5所示:
图2-5J2跳线和J8接口的位置示意图
2.4转接板
因为使用多组超声波模组,本方案需要使用一块CD4052模拟开关制作的转接板。
本方案设计,会涉及到多路传感器选通控制,所以为了可靠地实现硬件的连接,需要制作一个利用模拟开关设计的转接板。
超声波测距模组在使用时,只需要两个端口就可完成测距,一个控制超声波的发射,一个是检测超声波信号的接收信号;
而在超声波测距模组中,这两个信号都为数字信号,对模拟开关的要求并不严格,所以选用CD4052作为模拟开关器件。
CD4052相当于一个双刀四掷开关,开关接通哪一通道,由输入的2位地址码A0、A1来决定。
其真值表见下表。
“/E”是禁止端,当“/E”=1时,各通道均不接通。
此外,CD4051还设有另外一个电源端VEE,以作为电平位移时使用,从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关,并使这种多路开关可传输峰-峰值达15V的交流信号。
例如,若模拟开关的供电电源VDD=+5V,VSS=0V,当VEE=-5V时,只要对此模拟开关施加0~5V的数字控制信号,就可控制幅度范围为-5V~+5V的模拟信号。
图2-6为CD4052内部结构图,图2-7为CD4052的引脚图。
图2-6
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