传感器课程设计--汽车倒车防撞雷达系统设计

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1、汽车倒车防撞雷达系统设计汽车倒车防撞雷达系统设计 摘要：本文在查阅分析了现有的几种不同测距原理后，确定了使用超声波测距，并 对基于超声波测距的倒车雷达报警系统的设计进行了深入分析和研究。该系统分为系统 控制模块、超声波发射模块、超声波接受模块、温度采集模块和液晶显示及声光报警模 块。在硬件电路中，详细阐述了运用单片机技术实现的倒车雷达报警系统的测距实现原 理，分析了以 ATMEGA16 单片机为主控单元的硬件系统和软件设计，并分别对每个模块 进行了分析，使我们对该系统由较好的认识和理解。 关键词：倒车雷达 超声波 测距 1 概述 在现代社会中，随着汽车的增多和停车位日趋紧张，泊车成为很多车主头

2、痛的问题， 这时汽车倒车防撞报警系统就成了汽车的好助手。 汽车倒车防撞报警系统是汽车泊车安全辅助装置，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，解除了驾驶员泊车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，提高了倒车的安全性。 本系统以 ATMEGA16 作为核心处理器，采用超声波原理测量出障碍物距车尾的垂直 距离。系统硬件原理图如图 1.1： 图 1.1 倒车雷达报警系统框图 1 该系统整体设计思路如下： 警报系统装于汽车尾部，与汽车倒车闸相连，当汽车倒车时，该报警系统开始工作。 ATMEGA16 单片机为主控模块，将各个子模块联系起来共同工作，当超

3、声波模块发 出脉冲信号时，主控模块内部计数器开始工作。超声波接收模块接到障碍物反射回来的 声波后将信号传递给主控模块，主控模块内部的计数器计数停止，从而得到声波往返所 用时间。 温度采集模块不断测试环境温度，并将此信息传递给主控模块。主控模块根据温度 得出此时超声波速度，进而计算出此时汽车尾部与障碍物的距离。 主控模块距离信息传递给液晶显示模块和声光报警模块，使液晶显示屏显示当前车 尾与障碍物的距离，同时控制声光报警模块，当距离小于设定值时发出声光警报，从而 提醒司机注意，防止倒撞。 2 系统硬件电路设计 系统电路主要由三大部分组成： （1）超声波发射接收模块； （2）ATMEGA16 单片机

4、主 控模块； （3）距离显示模块和声光报警模块。细分为六个小模块，各模块分析如下。 2.1 主控和接口模块 主控和接口模块如图 2.1 所示。 Atmega16 是基于 AVRRISC 结构的高性能、 低功耗、 高集成化的 8 位 CMOS 微控制器。 由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，加上片内 32 个通用工作寄存器都 直接与算术逻辑单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个 独立的寄存器，大大提高了代码效率，运行速度比 AT89C51 高出 10 倍。 Atmega16 的端口 PC 与 JTAG 接口相连。JTAG 接口用于边界扫描，可以对片上 16

5、 KB 闪存 Flash 在线编程和调试，非常方便软件的升级，内部集成了较大容量的存储器和丰 富强大的硬件接口电路，如定时/计数器、实时时钟、快速 PWM 通道、A/D 转换器、I2C 的串行接口、可编程的串行 USART 接口、SPI 串行接口和带片内晶振的可编程看门狗定 时器以及片内的模拟比较器等，除传感器外几乎可以不需要其他任何元件即可构成系 统，从而为本设计提供了灵活而低成本的解决方案。 Atmega16 的管脚 19 和管脚 16 分别与超声波发射模块和超声波接收模块 0 2 图 2.1 主控模块和接口模块 2.2 超声波发射模块 超声波发射电路原理图如图 3 所示。发射电路主要由施

6、密特反向触发器 CD40106 和 超声波发射换能器 TCT40-10-T 构成。 CD40106 每个电路均为在两输入端具有斯密特触发 功能的反相器，触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。第一个 40106 的端口输 出两路 40 kHz 脉冲信号,一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极；另一路经 两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极。用这种推挽形式将脉冲信号加到超声波 换能器两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动 能力，所得到的波形比其他方式效果更理想。 图 2.2 超声波发射模块 2.3 超声波接收模块 超声波接收模块的作用是将反射的超声波转换成电压信号并放大处理成标准的数字 3 信号，然后输出给下一级电路。集成电路 CX20106 是一款红外线检波接收的专用芯片， 它由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器和整型电路组成。CX20106 常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率 38 kHz 与测距的超声 波频率 40 kHz 较为接近，可以利用它制作超声波检测接收电路。如图 2.3 所示，超声 波接