ST89C52单片机基于超声波测距的倒车雷达设计(2)
本文旨在设计一种以STC89C52单片机为核心控制芯片，高性价比的倒车雷达，系统成型后，可以推向市场。
1. 概述
1.1 项目研究背景及意义
由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少文护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度。因此，超声在空气中测距在特殊环境下有较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求，因此为了使移动机器人能够自动躲避障碍物行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的位置信息（距离和方向）。因此超声波测距在移动机器人的研究上得到了广泛的应用。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。
1.2 研究内容
本文介绍基于单片机控制的倒车雷达系统，由单片机控制，计算超声波自发射至接收的往返时间，利用声波在空气中的传输速度，从而得到实测距离。再根据障碍物与车尾的距离远近情况发出警报。研究内容主要包括三部分：硬件电路设计、软件程序设计及系统运行调试。
(1)硬件电路设计主要包括：单片机系统电路，显示电路，超声波发射电路，超声波接收电路
(2)软件程序设计主要包括：主程序、超声波发射子程序、超声波接收中断程序以及显示子程序等
(3)选择器件、焊接电路及运行调试主要包括：超声波发射与接收调试、显示调试及总体系统调试等。
2. 总体设计方案及论证
2.1 总体方案设计
本文所设计的倒车雷达系统主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物的距离而设计开发的。该系统将单片机技术与超声波测距技术、传感器技术等相结合，可检测在汽车倒车时，障碍物与汽车的距离。若检测到障碍物与车体距离在报警范围之内，则通过LED显示器显示出与障碍物的距离，并通过蜂鸣器发出蜂鸣提示司机进行安全驾驶。
本设计包括硬件和软件设计两个部分。系统包括单片机控制模块，超声波传感器模块，LED显示模块，蜂鸣器报警模块。
具体控制过程：系统启动后，单片机驱动超声波传感器模块中的发射探头发射两个单片机机器周期的超声波，打开单片机的计数器T1和中断INT0，当超声波接收模块检测到反射回的超声波时，终端INT0响应，计数器T1停止工作。通过距离公式测出车体与障碍物的距离。
系统总体的设计方框图如图1所示。
图1 系统总体设计方框图
3. 硬件实现及单元电路设计
硬件部分和单元电路设计包括：单片机最小系统，超声波测距模块，声音报警电路，显示模块和键盘模块。通过这些模块，实现倒车雷达的设计。
3.1 单片机最小系统
主控制最小系统电路如图2所示。
图2 单片机最小系统原理图
3.2 超声波测试模块
超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供 2cm-100cm 的无接触的距离感应，最小测量距离可达高到 2cm。HC-SR04包括超声波发射器、接收器和控制电路。工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给予10us的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，并检测有无超声波信号返回；如果有，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，显示的高电平时间即为声波的传输距离。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图3。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。