带语⾳播报功能的倒车雷达预警系统
唐⼭学院
毕业设计
设计题⽬：超声测距单⽚机控制系统设计
系别：________________________
班级：________________________ 姓名：________________________ 指导教师：________________________
2013年
5⽉
30 ⽇
09测控1班机电⼯程系
超声测距单⽚机控制系统设计
摘要
随着社会经济的发展交通运输业⽇益兴旺，汽车的数量⼤幅攀升，交通事故频发，针对这种情况，设计⼀种响应快，可靠性⾼且较为经济的汽车防撞预警系统势在必⾏，超声波测距法是最常见的⼀种距离测距⽅法，本⽂介绍的就是利⽤超声波测距法设计的⼀种倒车防撞报警系统。控制系统核⼼部分就是超声波测距仪和语⾳播报模块。
本次设计所采⽤的单⽚机是STC89C52，它的CPU是8位的，具有体积⼩，精度⾼，价格便宜的优点。超声测距模块采⽤的是HC_SR04，语⾳播报模块采⽤的是ISD1820。整个电路采⽤模块化设计，由主程序模块，显⽰模块，语⾳播报模块，超声波测距模块，延时模块等组成。由单⽚机提供10us以上的TTL电平触发超声波测距模块，由单⽚机计算超声波从发射到接收的时间差，从⽽计算出距离值，根据单⽚机设定的报警范围决定是显⽰距离还是进⾏相应的语⾳播报。最后通过硬件和软件设计实现了各个模块的功能。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。
最终结果表明，此设计能很好地完成汽车倒车预警的任务，并能正常显⽰距离和进⾏相应的语⾳提⽰，能较好地运⽤到实际⽣活当中。
关键词：超声波传感器；单⽚机；安全预警系统
Design of Ultrasonic Range Control System based on Single-chip Microcomputer
Abstract
As social and economic development of the transport industry booming, the number of cars rose sharply,and frequent traffic accidents happened.For this situation, designing a fast response, high reliability and more economical vehicle collision avoidance warning system is imperative , ultrasonic ra
nging method is the most common form of distance ranging method. The thesis designs a reversing collision alarm system based on an ultrasonic distance measurement method. Control system consists of the ultrasonic range finder and voice broadcast module.
Micro-controller STC89C52 is used in the design , it is an 8-bit CPU, with small size, high accuracy, low price advantages.
Ultrasonic Ranging Module uses HC_SR04 and voice broadcast module uses ISD1820. The entire circuit is modular in design, containing the main program module, display module, voice broadcast module, ultrasonic ranging module, the delay module and other components. The micro-controller provides more than 10us TTL level to trigger ultrasonic ranging module.The time difference from the transmitter to the receiver is calculated by the micro-controller and then micro-controller calculates the distance value. Whether display or voice broadcast is according to alarm range set by the chip. Finally,we achieve the function of each module by the design of hardware and software.The relevant part is accompanied by the hardware circuit and program flowchart.
Final results show that this design can well accomplish the task of vehicle reversing warning, and can properly display the distance.The design can be well applied to real life with achieving the corresponding voice prompts.
Key Word:ultrasonic sensor; single-chip microcomputer; safety early warning system
⽬录
1 绪论 (1)
1.1论⽂研究⽬的及意义 (1)
1.2国内外研究发展情况 (1)
1.3论⽂研究内容 (2)
2 控制系统主要硬件的介绍 (3)
2.1单⽚机STC89C52选型 (3)
2.1.1 STC89C52简介 (3)
2.1.2 STC89C52引脚介绍 (4)
2.2 超声波测距模块选型 (6)
2.2.1 HC-SR04介绍 (6)
2.2.2 超声测距模块构成 (9)
2.3显⽰器件的选型 (11)
2.3.1数码管的选型 (11)
2.4 ISD1820语⾳芯⽚介绍 (12)
2.4.1 管脚排列图 (12)
2.4.2 芯⽚录⾳时间介绍 (12)
2.4.3 实物图及使⽤说明 (12)
3 硬件电路设计 (14)
3.1单⽚机最⼩系统设计 (14)
3.2超声波测距显⽰电路系统设计 (17)
3.3 超声波系统设计 (18)
3.4 语⾳系统设计 (19)
4 系统软件部分设计 (20)
4.1 预警系统主体部分流程图 (20)
4.2主程序及启动超声测距部分 (22)
4.2.1 主程序的初始化 (22)
4.2.2 启动超声测距模块及调⽤计算 (23)
4.3 延时⼦程序 (23)
4.4 数码管扫描显⽰程序 (23)
4.5 中断⼦程序 (24)
4.5.1 定时器T0计数溢出程序设计 (24)
4.5.2 定时器T1中断扫描和启动模块 (24)
4.6 距离计算和语⾳报警⼦程序 (25)
5 实物性能测试 (27)
5.1 单⽚机测试 (27)
5.2 程序调试 (27)
6 编程和下载软件的介绍 (28)
6.1 Keil的简介 (28)
6.2 Altium Designer 9.0的简介 (34)
6.3 STC_ISP_V480的简介 (36)
7 结论 (38)
唐⼭学院毕业设计
谢辞 (39)
参考⽂献 (39)
附录1 源程序.................................................................................................. 错误！未定义书签。附录2 电⽓原理图.................................................................................... 错误！未定义书签。
1 绪论
1.1论⽂研究⽬的及意义
汽车倒车系统即俗称的倒车雷达，是辅助泊车装置。在各种汽车倒车的时候，通过超声测距的原理，当遇到障碍物的时候，能反射相应的信号，根据单⽚机内部设定的程序，计算出相应的距离，并进⾏相应的语⾳提⽰【1】。在⽇常的⽣活中，我们经常能看到⼩汽车的各种磕磕碰碰的事情发⽣，安全距离控制不当甚⾄有可能产⽣⾮常严重的后果，所以开发⼀种语⾳报警的汽车防撞预警系统势在必⾏，也是此次设计的主要努⼒⽅向，希望⾃⼰的产品有⼀天能真正应⽤到⽣活实际，造福全社会。⽆论是在施⼯的⼯地上，还是在⽇常的停车场中，司机经常能听到各种相应的提⽰声⾳，⽐如，很快就到了，再倒⼀点，就差⼀点，从⽽对司机进⾏相应的指导，使司机师傅能正常的停在所在的位置，不⾄于造成不必要的损害。随着社会的发展，有车⼀族的发展势不可挡，尤其现在的⼥司机也是越来越多，由于⼥性开车
本来就⼩⼼翼翼，⽽且驾车技术相⽐于男性还是有⼀定的差距，并且出于对妇⼥权益的保护，本设计还具有⼀定的⼈⽂情怀，从此出发点考虑，⽆论是在⼩汽车，还是在⼤客车，以⾄于在军事⽤途上都可以得到相应的应⽤和发展。有需求，就有市场，就可以⼤规模的⽣产，所以此次研究具有⼀定的探索意义，对以后倒车雷达的发展具有开创性的意义，但本次设计只是从简单的设计⾓度出发，很多器件的选择不够精确，发展还有很多前景可挖掘。相信本设计在以后的实际⽣活中将会发⽣举⾜轻重的作⽤，对社会交通安全发展也将有开创性的意义，对于⽇益频发的交通事故有⼀定的抑制作⽤。系统电路主要采⽤集成器件构成，调试⽅便、外围元件少，成本低、电路简洁，利于商品化⽣产。
1.2国内外研究发展情况
倒车雷达，是汽车停车的时候⼀种辅助泊车装置，由探头、控制芯⽚和显⽰器件（或蜂鸣器）等部分组成。它能以语⾳提⽰告知驾车者周边被测物的情况，消除了驾车者开车、停车的时候所引起的不便，改善驾驶的安全性能。
现在市⾯上的倒车雷达⼤多采⽤超声波测距原理，驾驶者在倒车时，将汽车的挡位推到R挡，启动倒车雷达，在控制芯⽚的作⽤下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波，遇到障碍物后，产⽣向回传的⼀个信号，传感器接收到此信号后经控制器进⾏数据处理，近⽽计算出车与被测物体之间的距离，判断此物的位置，再由显⽰器显⽰距离并发出相应的语⾳提⽰，从⽽使驾驶者倒车时不⾄于撞上障碍物。整个过程，驾驶者⽆须回头便可知车后的情况，使停车和倒车更容易、更安全。
超声的研究和发展，与媒质中超声波的产⽣以及接收的研究有着密切的关系。1883年Galton⾸次制成了超声⽓哨，其基本原理是经压缩的⽓体通过⼀次狭缝喷嘴就会形成⽓流，圆形⼑⼝由于⽓流的振动形成共振腔，就会产⽣超声波。⾃此之后，各种各样的汽笛和液哨等机械型超声换能器开始陆续出现。这类换能器成本⽐较低，所以经过不断改进,⾄今仍在超声处理技术中⼴泛应
⽤。
由于超声波的速度相对于光速要⼩的多，其传播时间就⽐较容易检测，并且易于定向发射,⽅向性好，强度好控制，因⽽⼈类采⽤仿真技能利⽤超声波测距。超声波测距是⼀种利⽤声波特性，电⼦计数，光电开关相结合来实现⾮接触式距离测量的⽅法，它在很多距离探测应⽤中有很重要的⽤途，包括⾮损害测量，过程检测，机器⼈检测和定位以及流体液⾯⾼度测量等。
在未来的发展中，超声波传感器作为⼀种新型的⾮常重要的⼯具在各⽅⾯都将有很⼤的发展空间，它将朝着更加⾼定位⾼精度多功能的⽅向发展，以满⾜⽇益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更⾼定位精度的被动测距声纳，以满⾜⽔中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采⽤低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海⼯作的潜艇声纳，特别是解决浅海⽔中⽬标识别问题；⼤⼒降低潜艇⾃噪声，改善潜艇声纳的⼯作环境。⽆庸置疑，未来的超声波传感器将与⾃动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进
步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造⼒。在新的世纪⾥，⾯貌⼀新的传感器将发挥更⼤的作⽤。
超声波传感器是本倒车雷达的核⼼部分，对倒车雷达预警系统的研究发展具有决定性的意义。
⽬前市场上倒车雷达品牌多达⼆⼗⼏种，价格从上百元到⼀两千元不等，选购倒车雷达可以从如下⽅⾯考虑：功能、性能、外观、质量、安装、价格等。
1.3论⽂研究内容
在本次倒车雷达的预警系统的研究⼯作中，核⼼部分是超声波测距系统、语⾳播报系统，另外⾃⼰添加温度检测系统，主要是考虑到⼈们出⾏，或是在车内休息时候经常关住温度变化。另外⾃⼰选择的语⾳模块还可以进⾏任意录⾳和播放，可以循环播放，点动播放等，还可以外接功率更⼤的喇叭，选择直通模式，直接进⾏喊话功能，⽤于提⽰车外的⾏⼈，可以像警察那样喊话，给有个性的年轻⼈⼀个张扬个性的机会。
本⽂主要的⼯作有以下⼏个⽅⾯：
（1）绪论部分主要阐述论⽂研究的⽬的和意义，国内外倒车雷达预警系统的
发展情况，使读者对所研究的问题有初步的认识，更好的理解本⽂做好铺垫⼯作。
（2）控制系统主要硬件的介绍，相当于介绍⼀个系统的主要外壳是如何构建的，主要包括单⽚机的选型以及STC89C52单⽚机的介绍，超声波测距模块HC_SR04的尺⼨和性能的介绍，语⾳播报模块 ISD1820的使⽤⽅法和功能的介绍，外加温度传感器DS18B20，⽤于测量车内温度，给车主更⼈性化的提⽰。另外，还有四位⼀体数码管的引脚和使⽤情况的介绍，对显⽰系统有详细介绍，让使⽤者更加了解其相应的功能。
（3）系统软件部分介绍，主要包括使⽤到的软件⼯具和编程思路的简单介绍，对使⽤的画图软件AD9、编程调试软件KEIL、程序下载软件STC_ISP的简单介绍。
（4）对本次设计进⾏总结，对所有给予过帮助的⽼师同学致谢。
2 控制系统主要硬件的介绍
本次硬件电路的设计采⽤模块化设计思想，主要是由于在初次采⽤分⽴元件进⾏焊接的时候，最终没能完成⾃⼰设想的功能，在仔细分析各⽅⾯问题之后，还是没能出问题的症结，后来⾃⼰进⾏第⼆次尝试采⽤模块化的设计思想后，⼀次成功，所以最终⾃⼰设计出来的产品是各种模块的组合，同时也为后⾯的软件提供了⽅便，不⽤把各个部分全部编译，只需要主驱动程序即可。下⾯⾸先介绍⾃⼰各种硬件芯⽚的选型问题，有些选型是在实际中经常⽤到的，在此不再赘述，只是介绍主要的硬件。
2.1单⽚机STC89C52选型
2.1.1 STC89C52简介
虽然STC89C52与AT89C52是兼容的，但是后者已经停产，并且前者价格便宜，适合学⽣使⽤，稳定性及可操作性都⽐后者要好，所以选择后者，⽽且后者是在市场上⽐较流⾏的⼀种再⽤的芯⽚。
STC89C52是STC公司⽣产的⼀种低功耗、⾼性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使⽤经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯⽚具有传统51单⽚机不具备的功能。在单芯⽚上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌⼊式控制应⽤系统提供⾼灵活、超有效的解决⽅案。
具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O ⼝线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，⼀个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双⼯串⾏⼝。另外 STC89C52 可降⾄0Hz 静态逻辑操作，⽀持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停⽌⼯作，允许RAM、定时
器/计数器、串⼝、中断继续⼯作。掉电保护⽅式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单⽚机⼀切⼯作停⽌，直到下⼀个中断或硬件复位为⽌。最⾼运作频率35MHz，6T/12T可选。
其PDIP封装如图2-1。
图2-1 STC89C52 PDIP封装图
2.1.2STC89C52引脚介绍
管脚说明：
VCC：供电电压。
GND：接地。
I/O⼝引脚：
①P0⼝：8位漏极开路的双向I/O⼝。
P0⼝作为地址总线（低8位）以及数据总线的分时复⽤端⼝。P0⼝也可以作为通⽤的I/O⼝使⽤，但需加上拉电阻，P0⼝可以驱动8个LS型TTL负载。这次设计中⽤P0⼝作为数码管段码的发送端。
②P1⼝是⼀个带内部上拉电阻的8位双向I/O ⼝。P1⼝的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
③P2⼝是⼀个带有内部上拉电阻的8位双向I/O ⼝，P2⼝的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。在本次设计当中利⽤P2.2-P2.5⼝四个端⼝作为四个数码管的位选信号发射端。
④P3⼝是⼀组带有内部上拉电阻的8位双向I/O⼝。P3⼝输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。P3.2⼝作为报警上下限值调整信号产⽣中断的端⼝。
P3⼝也可作为AT89C51的⼀些特殊功能⼝。
管脚备选功能如下：
P3.0 RXD（串⾏输⼊⼝）
P3.1 TXD（串⾏输出⼝）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）汽车可视倒车雷达
P3.4 T0（记时器0外部输⼊）