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1、 超声波倒车雷达系统硬件设计 郑州轻院轻工职业学院专科毕业设计（论文） 题 目 超声波倒车雷达 系统硬件设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 机电工程系 指导教师(职称) 完成时间 2017 年 05 月 01 日 超声波倒车雷达系统硬件设计 超声波倒车雷达系统的设计 摘 要基于超声波测距的汽车倒车雷达系统是在充分理解了超声波测距原理的基础上提出的。工作时，超声波传感器发出脉冲信号，经障碍物反射后由超声波接收装置接收并送至单片机处理，可实现倒车时障碍物距离的实时监测并通过语音报警提示驾驶员。本设计是以AT89C51单片机为主控制器的超声波倒车雷达系统，包括超声波发射和接收部分、单片机处
2、理部分、LCD显示部分和语音报警部分等硬件系统以及软件程序设计。关键词 倒车雷达/单片机控制/超声波测距Design of Ultrasonic Reversing Radar SystemAbstractBased on the ultrasonic distance measurement principle,this text put forward a design scheme of car reversing radar system based on ultrasonic distance measurement. Ultrasonic sensor sends a pulse
3、signal when it is working,and the ultrasonic receiving decive send the reflected signal by the obstacle to the MCU,this system could achieve Real-time monitoring of the Obstacle distance when reversing and prompt the driver by voice alarm.The overall design of ultrasonic reversing radar system based
4、 on the AT89C51 single chip as main controller was detailed introduced,include Ultrasonic transmitting and receiving part,MCU processing part,display by LCD, Voice Alarm part and its programming in the software.Keywords Reversing radar，single chip microprocessor，ultrasonic distance measurement II目 录
5、中文摘要英文摘要1 引言11.1 设计主要内容12 系统的总体设计方案及理论基础12.1 总体设计方案12.2 超声波测距理论分析22.2.1 超声波测距原理22.3 超声波传感器32.3.1 超声波传感器的原理及结构32.3.2 超声波传感器的应用42.2.3 超声波传感器的主要性能指标43 系统的硬件设计53.1 单片机主控系统电路设计53.1.1 单片机选择53.1.2 电源电路63.1.3 复位电路63.1.4 时钟电路73.2 超声波发射电路73.3 超声波检测接收电路93.3.1集成电路CX20106A93.3.2 超声波接收电路103.4 数码管显示模块104 系统的软件设计11
6、4.1 软件设计的要求114.2 主程序设计124.3 超声波测距模块设计124.3.2 超声波发送和接收程序135主程序145.1 显示程序145.2 超声波测距程序14实训主要元器件介绍176 系统的仿真调试256.1 系统仿真调试内容256.2 实验的误差分析26结束语27致谢28参考文献29附录30原件清单3141 引言倒车，是每位驾驶员都必须掌握的技能，如同前行一样需要小心谨慎，每年都有倒车引起事故的报道，轻则对自己的车和他人的财物造成损伤，重则可能危及人的性命，尤其是对儿童危害较大，他们体型较小，仅从后视镜来获取视野指导倒车仍有可能会对让们造成伤害。现如今后视镜已越来越不能满足人们
7、安全倒车的需求了。据初步调查统计，15的汽车事故是由汽车倒车后视不良造成的。因此，人们对汽车倒车操纵的便捷性提出了更高的要求，希望有种装置能够解决汽车倒车给驾驶员们带来的不便，消除安全隐患。由此，专为汽车倒车泊位设置的倒车雷达应运而生。倒车雷达是汽车倒车停车时的安全辅助装置，能够以声音或者直观的显示来告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，帮助驾驶员解决泊车倒车时前后左右探视所引起的困扰。超声波倒车雷达系统一般由超声波传感器、控制器和报警装置等部分组成。现如今市场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理，驾驶员在倒车时，启动倒车雷达，在控制器的控制下，由超声波探头发送超声波，在遇到障碍物后产生回波信号，
8、传感器接收到回波信号后经处理器进行数据处理，判断出障碍物的位置，通过声音、数据、图像等形式为驾驶员提供信息和警示来告知驾驶员周围情况，从而使驾驶员倒车时做到心中有数，提高了驾驶的安全性。1.1 设计主要内容为避免汽车在倒车过程中发生事故，本文设计了一种基于AT89C51单片机的超声波倒车雷达系统。介绍了超声波测距的基本原理，阐述了倒车雷达系统的结构组成、硬件电路设计以及软件设计。该系统由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路等几部分组成。AT89C51单片机是整个系统的核心部件，协调各部分电路的工作。单片机在超声波信号发射的同时开始计时，超声波信号在空气中传播，在遇到障碍物后发生反射，
9、反射的回波信号经过处理后输入到单片机的外部中断口发生中断，单片机停止计时。通过单片机可得到超声波信号往返所需要的时间，再结合当地声速即可求得车体与障碍物之间的距离。超声波传感器选用CSB40T(R)超声波传感器，谐振频率为40KHz；超声波发射电路包括超声波发射器、驱动电路等组成；超声波接收电路包括集成电路CX20106A及外围电路组成。2 系统的总体设计方案及理论基础2.1 总体设计方案本设计的应用背景是基于AT89C51的超声信号检测的。因此初步计划在实验室内小范围的测试。超声波发射仪发出短暂的40KHz信号，反射后的超声波经超声波接收器作为系统的输入，单片机对此信号进行技术判断处理后，把
10、相应的计算结果送到LED显示电路显示。系统硬件部分主要由单片机控制电路、超声波发射和接收电路、超声波接收电路、LCD显示电路等几部分组成。系统的总体结构框图如图1所示。图1 系统总体结构框图2.2 超声波测距理论分析2.2.1 超声波测距原理超声波是指频率高于20KHZ的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯称之为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器两种，但是一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器利用压电效应的原理将超声波和电能相互转换，即在发射超声波的时候，将电能转换为超声波，而在收到回
11、波的时候，则将超声振动转换为电信号。超声波测距的原理一般采用渡越时间法。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的生源与障碍物之间的距离，超声波测距适用于高精度的中长距离测量，因为超声波在标准空气中的传播速度为332.45m/s。单片机使用12MHZ晶振，所以此系统的测量精度理论可以达到毫米级。如下图超声波发生器T在某一时刻发出一段超声波信号，当超声波遇到障碍物（被测物体）后返回被接收器R接受。测距的原理如图2。RTT2T1 图2测距的原理这样只要检测出发射超声波和接收到超声波之间的时间，就可以计算出超声发射器与反射物体的距离。距离计算公式为： 其中：d为
12、被测物与测距器的距离 s为声速的来回路程 c为声速 t为声波来回所用的时间由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关，下表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。表1 超声波波速与温度的关系表温度（）-30-20-100102030100声速（ms）3133193253233383443493862.3 超声波传感器2.3.1 超声波传感器的原理及结构要利用超声波进行测距，首先要研究超声波传感器的工作原理。超声波传感器是利用超声波作为信息传递媒介的传感器，它是一种将其它形式的能转变为所需频率的超声
13、能或是把超声能转变为同频率的其它形式的能的器件。总体上讲，超声波传感器可以分为两大类：一类是使用电气方式产生超声波；另一类是使用机械方式产生超声波。压电式传感器属于电声型超声波传感器，一般采用双压电陶瓷芯片制成，需用的压电材料较少，价格低廉且非常适用于气体和液体介质中。它是利用压电材料的正、逆压电效应来工作的，在压电陶瓷芯片上加有一定频率的电压脉冲，芯片就会产生同频率的机械振动。这种振动在介质中的传播，便会产生超声波。反之，如在压电陶瓷芯片上有超声波作用，将会使其产生机械变形，这种机械变形使压电陶瓷芯片产生频率与超声波相同的电信号2。图2 超声波传感器结构示意图图2为超声波传感器的结构示意图，
14、其内部结构由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、底座、引线、金属壳及金属网构成，其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心，锥形辐射喇叭使发射和接收超声波能量集中，并使传感器有一定的指向角，金属壳可防止外界力量对压电陶瓷晶片及锥形辐射喇叭的损坏。金属网也是起保护作用的，但不影响发射与接收超声波。2.3.2 超声波传感器的应用超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，它在医学上的应用主要是诊断疾病，已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无
15、声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。2.2.3 超声波传感器的主要性能指标超声波传感器按收发方式一般可分为两类：一类是发送和接收是两种不同的分体式超声波传感器，此类传感器测距有效范围比较大，但不具备防尘防水功能；另一类是具有双向的发射/接收功能的收发一体式超声波传感器，如TR40-16，不仅用于发射超声波，也用于接收超声波，此类超声波测距范围比较小，防尘、防水性能好。根据本设计所处的环境要求，本系统选用的超声波传感器为分体式超声波传感器CSB40T(R)，该型号探头各项参数为：频率为 40KHz，阻抗
16、500，灵敏度为 103dB(min)，带宽在 -3dB 时为 1.5K，角度最大值为 (-6dB)，静电容 200010%PF，最大驱动电压 150Vp-p(10%工作周期)，回波灵敏度为 -70dB(min)，声压电平 0dB=1uvolt/bar3。3 系统的硬件设计本章主要内容是具体分析系统的硬件实现。整个系统以性能较好的AT89C51单片机为核心，控制超声波传感器的收发，并测算距离，同时根据倒车距离段的不同进行分段语音报警。硬件部分实现分四部分来阐述：第一是以AT89C51单片机为核心的主控系统电路；第二是超声波发射和接收电路；第三是显示电路。3.1 单片机主控系统电路设计3.1.1
17、 单片机选择AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3所示4。图3 AT89C51外形及引脚排列图5l系列单片机提供以下功能：4 kB存储器；256 BRAM；32条I/O线；2个16b定时/计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。空闲方式：此时CPU停止工作，而让R
18、AM、定时/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉电方式：保存RAM的内容，振荡器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件复位。5l系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用他的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。3.1.2 电源电路在一般家用中小型汽车内部的电瓶为12V，单片机所需电压为5V，语音芯片所需电压为3.3V。所以本系统的电源电路主要由一个AC-DC的+12V电源适配器、两个三端稳压块（LM7805、LM1117-3.3）、一些滤波电容等组成，输出+5V电压5。电源电路如图4所示。图4 系统电源电路图3.1.3 复位电路在单片机引用
19、系统工作时，除了进入系统正常的初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。所以，系统的复位电路必须准确、可靠的工作。在时钟电路工作后，只要在单片机的RET引脚上出现24个时钟震荡脉冲以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠的复位，在设计复位电路时，通常使RET保持高电平，则单片机就循环复位。系统的复位电路如图5所示。图5 系统复位电路3.1.4 时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。该时钟电
20、路由两个电容和一个晶体振荡器组成。X1是接外部晶体管的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。输出端为引脚X2，在芯片的外部通过这两个引脚接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路如图6所示。图6 系统时钟电路3.2 超声波发射电路超声波发射电路原理图如图所示。发射电路主要由反相器74ls04和超声波发射换能器T构成，单片机P1.0端口输出的40kHz的方波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，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强
21、度。输出端采两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R2、R3一方面可以提高反向器74hc04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。其原理图如图所示。图7超声波谐振频率调理电路 图8超声波发射电路原理图压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波，这时它就是一个超声波发生器；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收换能
22、器。超声波发射换能器与接收换能器在结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。3.3 超声波检测接收电路3.3.1集成电路CX20106A集成电路CX20106A是一款红外接收的专用芯片，广泛用于视频系统、家用电器遥控电路以及通信系统等。实验证明，其具有较高的灵敏度和较强的抗干扰的能力。CX20106A芯片(国内同类产品型号为D20106A)是日本索尼公司生产的用于检测红外线的专用芯片，常作为家用电器的红外遥控接收器。常用的载波频率38KHz与测距的40KHz较为相近，可以利用它来做接收电路。CX20106A芯片采用8脚单列直插式塑料超小型封装，+5v供电，内部含可前置放大、自动偏置、限幅放大、
23、带通滤波、峰值检波、积分比较及施密特整形输出等电路。其主要功能是从38KHz 红外载波信号中，将编码信号解调出来，并加以放大和整形，然后再送到微处理器(CPU)进行处理8。CX20106A是CX20106的改进型，二者之间的主要差别在于电参数略有不同，CX20106A多用于超声波测试。CX20106A芯片简单易用，电路简单，减少了生产调试的麻烦。7引脚连接单片机的外部中断，没有接收到回波时，输出为高电平，当收到回波后立即变为低电平。CX20106A的引脚连接说明如表1所示。表1 CX20106A的引脚说明引脚符号说明引脚1-IN超声波信号输入端，接超声波接收探头，用来检验超声波回波信号。引脚2
24、-C1引脚与地之间串联一个由电阻和电容组成的RC 网络，改变电容或电阻中的一个，即可改变前置放大器的增益和频率特性。本文RC参数为R1=4.7，C1=1F。引脚3C2连接检波电容，检波方式为平均值检波。本文超声波测距对灵敏度要求相对较高，因此，电容参数取3.3F。引脚4GND接地端引脚5F0与电源间接入一个电阻，以确定带通滤波器中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。本文超声波的频率为40kHz，取R=210k引脚6C3与地之间接一个积分电容，一般情况下，标准值为330pF。引脚7OUT信号输出端，接一个22k上拉电阻到电源端引脚8Vcc电源端，接+5V电压3.3.2 超声波接收电路集成电路CX
25、20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，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实验证明用CX20106A接收超声波(无信号时输出高电平)，具有很好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当更改电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。图9超声波检测接收电路3.4 数码管显示模块 本电路的显示模块主要由一个4位一体的8段LED数码管构成，用于显示测量到的电压值。它是一个共阳极的数码管，每一位数码管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自连接在一起，用于接收单片机的P0口产生的显示段码。S
26、1，S2，S3，S4引脚端为其位选端，用于接收单片机的P2口产生的位选码。本系统采用动态扫描方式。扫描方式是用其接口电路把所有数码管的8个比划段ag和dp同名端连在一起，而每一个数码管的公共极COM各自独立地受I/O线控制。单片机从字段输出口送出字型码时，所有数码管接收到相同的字型码，但究竟是哪个数码管亮，则取决于COM端。COM端与单片机的I/O接口相连接，由单片机输出位选码到I/O接口，控制何时哪一位数码管被点亮。在轮流点亮数码管的位扫描过程中，每位数码管的点亮时间极为短暂。但由于人的视觉暂留现象，给人的印象就是一组稳定显示的数码。动态方式的优点是十分明显的，即耗电省，在动态扫描过程中，任
27、何时刻只有一个数码管是处于工作状态的。具体原理图如图5图5数码管显示模块4 系统的软件设计倒车雷达系统各项功能的实现，离不开软件的支持，本章主要介绍在系统硬件设计基础上的系统软件设计。本系统的软件设计将主程序分为若干个功能模块，然后对各个功能模块分别进行程序设计，最后将所有模块组合起来成为整个倒车雷达系统的软件部分。本章将对本系统的软件实现进行阐述。4.1 软件设计的要求本系统的设计要求是利用超声波测距原理设计一个车用的倒车雷达。要求通过设计能够测出车与障碍物的距离，并能在距离小于2m的时候开始根据设定值进行语音报警。超声波倒车雷达系统的软件对总体设计主要包括：（1）主程序，包括系统的初始化以
28、及各子程序的调度管理等部分。（2）超声波测距程序模块，包括超声波发射子程序、超声波接收子程序以及距离计算子程序等部分。4.2 主程序设计主程序是单片机程序的主体，整个单片机端系统软件的功能的实现都是在其中完成的，主程序首先对系统环境初始化，然后调用超声波发射子程序送出超声波脉冲，打开外部中断0接收返回的超声波信号13。如果有回波接收到则利用声速进行距离计算，并送到显示程序显示。主流程框图如图12所示。 图12 主程序流程图 图13 计算距离子程序4.3 超声波测距模块设计超声波测距器软件设计主要由主程序、超声波发射子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。超声波主程序首先对系统初始化，设置定
29、时器的初值和工作方式，使总中断允许位EA=1，并给显示端口清零。然后调用超声波发生子程序送出一个超声波脉冲，为避免超声波从发射器直接传送到接收器引起的直接波触发，需延时0.1ms（这也就是测距器会有一个最小可能测距的原因）后，才能打开外中断0接收返回的超声波信号。由于采用12MHZ的晶振，机器周期为1us，当主程序检测到接收成功的标志位后，将计数器T0中的数（即超声波来回所用的时间）按下式计算即可测得被测物体与测距器之间的距离，设计时取20摄氏度时的声速344m/s，则有：，（其中T0为计数器T0的计数值）。C语言程序有利于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效容易精细计算程序运行的时间
30、，所以控制程序采用C语言编程。通过P1.0端口发送2个左右超声波脉冲信号（频率约40kHz的方波），脉冲宽度为12s左右，同时把计数器T0打开进行计时。利用外中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（即INT0引脚出现低电平），立即进入中断程序。进入中断后就立即关闭计时器T0停止计时，并将测距成功标志字赋值1。4.3.2 超声波发送和接收程序超声波发射子程序的作用是通过P1.0端口发送超声波脉冲信号（频率约40kHz的方波），脉冲宽度为12s左右，同时把定时器T0打开进行计时。主程序利用为中断0检测返回超声波信号，一旦接收到返回超声波信号（INT0引脚出现低电平），立即进入中断程序，
31、并立即关闭计时器T0停止计时。如果当计时器溢出是还未检测到超声波返回信号，则定时器T0溢出中断将外中断0关闭。超声波发射程序比较简单，主要包括T1中断服务程序和超声波接收中断服务程序。其中部分源程序如下：void time1() interrupt 3 P1_0=P1_0; void int0( ) interrupt 0t=(TH0*256+TL0);/计算高电平持续的时间TR1=0;TH0=0;TL0=0; 5主程序 5.1 显示程序void scanLED() /显示功能模块 LED=buffer0; LED3=0; delay(200); LED3=1; LED=buffer1; LE
32、D2=0; delay(200); LED2=1; LED=buffer2; LED1=0; delay(200); LED1=1; 5.2 超声波测距程序void timeToBuffer() /转换段码功能模块 xm0=s/100; xm1=(s-100*xm0)/10; xm2=s-100*xm0-10*xm1; buffer2=convertxm2; buffer1=convertxm1; buffer0=convertxm0; void delay(i) while(-i); void timer1int (void) interrupt 3 using 2 TH1=0x9E; TL
33、1=0x57; csbds+; if(csbds=40) csbds=0; cl=1; void csbcj() /超声波测距 if(cl=1) TR1=0; TH0=0x00; TL0=0x00; i=csbs; while(i-) csbout=!csbout; TR0=1; i=mqs; /盲区 while(i-) i=0; while(csbint) i+; if(i=4000) /上限值 csbint=0; TR0=0; TH1=0x9E; TL1=0x57; t=TH0; t=t*256+TL0; t=t-29; s=t*csbc/2; TR1=1; cl=0; csbint=1;
34、 if(s80)bj=1; if(s6) csbs=csbs-2; sj1=40; sj1=sj1+2; else if(s=sj3) if(csbs32) csbs=csbs+2; sj1=sj1+10; 实训主要元器件介绍1.电源接口 a 原理图 b 实物图2.供电方式（1）直流电源插头（2）电池盒3.按键 a 解析图 b 原理图4.自锁开关5.排阻（上拉电阻）其实排阻就是由8个电阻组成的，其中一端全部接在一起，103为8个10K电阻，102为8个1K电阻，他们在电路中起到“上拉”的作用，又称上拉电阻。上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,电阻同时起限流作用,下拉同理.上拉是对器
35、件注入电流，下拉是输出电流,弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分,对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。上拉，就是把电位拉高，比如拉到VCC下拉，就是把电压拉低，拉到GND一般就是刚上电的时候，端口电压不稳定，为了让他稳定为高或低，就会用到上拉或下拉电阻。 有些芯片内部集成了上拉电阻（如单片机的P1、2、3口），所以外部就不用上拉电阻了。但是有一些开漏的（如单片机的P0口），外部必须加上拉电阻。6.三极管 7.四位一体共阳数码管8. cx20106是一款红外线检波接受的专用芯片,常用于电
36、视机红外遥控接收器使用 CX20106A 作为超声波接收处理的典型电路。（当 CX20106A 接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入）使用CX 20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db。9.6反相器74ls0410.蜂鸣器，发光管 蜂鸣器发光二极管 6 系统的仿真调试6.1 系统仿真调试内容对系统的调试包括对系统的硬件调试和软件调试。首先，要在Proteus软件中对电路进行仿真调试，这需要同所编写程序下载联机仿真。利用Keil uVision4对实验程序进行编译，软件调试开发环境如图
37、17所示。编译调试成功后可将程序下载到Proteus中硬件电路中的单片机调试运行。可以根据实际情况修改超声波发生子程序每次发送的脉冲宽度和两次测量的间隔时间，以适应不同距离的测量需要。图17 软件开发环境界面如图18为Proteus部分仿真运行图，由仿真电路可以测得距离并显示。系统调试完后应对测量误差和重复一致性进行多次实验分析，不断优化系统使其达到实际使用的测量要求。图18 Proteus仿真运行图6.2 实验的误差分析本系统在实验测距的过程中，不可避免地会存在测量误差。产生测量误差的主要原因如下16：（1）超声波传播速度的影响。准确的得到超声波传播速度是保证测量精度的必要条件，超声波在空气
38、中传播的速度会受到温度、湿度、大气压力等因素的影响。对于测距而言，引起超声波传播速度变化的主要原因是温度的变化。但在本实验中，设定的环境条件是在实验室内，室温20下的声波平均速度344m/s，而这个声速定会与当地的实际超声波传播速度有偏差，这样就会造成测量误差。（2）超声波回波时间测定的影响。为了防止其他信号的干扰，提高测量的可靠性，超声波传感器常常一次发射的是多个超声波脉冲串。实际测量时，接收电路接收到的往往不是第一个回波的过零触发。这样，最终测得的时间则与实际距离所对应的时间不同，从而造成了超声波回波时间引起测量误差。（3）测量盲区的影响。超声波传感器安装在汽车尾部的保险杠上，当障碍物不在
39、超声波发射的几何角度上，就会产生测量盲区。在测量盲区内不能实现正常测距，测量误差很大。此外，在程序指令运行过程中需要占用一定的时间以及环境中的干扰因素等都会引起测量误差。结束语本文所设计的超声波倒车雷达系统是一种保证汽车安全的辅助泊车系统。在本系统中通过AT89C51单片机的引脚发出40KHz的脉冲，经超声波探头反射出超声波，使用高速单片机计算测量车与障碍物之间的往返时间然后再通过公式计算出车与障碍物的距离。该超声波倒车雷达系统工作稳定，能够满足一般近距离测距要求，具有电路设计简单，且成本低、有良好的性价比，测量精度比较高等优点。30致谢历时近两个月的时间，我的的论文终于快要完成了。在这期间，遇到了种种困难与障碍，而这些困难最终在指导老师和同学们的帮助下都一一解决了。在这里，尤其要感谢我的指导老师，感谢她对我无私的帮助与关怀，不厌其烦的帮我批改论文，帮我讲解，使我收获颇多。其次要感谢我的同学们，在完成论文的过程中，遇到了各种问题，是你们第一时间来帮我解决这些问题。最后，还要感谢论文中引用内容的相关作者，本论文引用了数位学者的研究文献，如果没有相关的学者在前面的悉心研