1、 存档编号： 毕业论文（设计）题目：基于 STM32 的可视化倒车雷达的设计专 业： 电子信息工程 （嵌入式系统及应用方向）院 系： 信息工程学院 年 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 职 称： 湖北经济学院教务处 制湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入目录摘 要 2ABSTRACT3一、前言 4（一）课题简介 4（二）设计任务及要求 6二、系统设计方案 7（一）系统结构设计 7（二）系统设计原理 8三、硬件设计 .10（一）主控芯片 STM32F103C8T6 .10（二）传感器模块 .11（三）硬件电路连接 .14四、软件设计 .15（一）开发平台介绍 .15（二）程序设计 .1
2、7五、系统功能测试 .18（一）系统功能测试 .19（二）测试结果分析 .20总结与展望 .21致谢 .22参考文献 .23附录 .24湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入摘 要随着汽车的数量持续增多，停车困难已经是毫无争议的事实，拥挤的停车场里常常让有车族无所适从，稍不慎则会发生撞车事件。虽然每辆车里面都有后视镜，但不可避免的都存在一个后视盲区。倒车雷达是汽车泊车或倒车时的倒车安全辅助装置，能用声音或更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，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使用死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全系数。本文设计了一个
3、基于 STM32 的倒车雷达防撞系统。该系统利用超声波技术组建，包含温湿度监测模块。在设置范围内，可对与障碍物之间的距离进行测量，以及对所处环境进行温湿度信息采集，由系统控制中心显示采集到的数据，当数据异常时将发出警报，且阈值可手动调节。控制中心包括上位机 PC 机，采用串口通信传输数据。文中首先介绍了倒车雷达的产生背景和国内外研究现状，根据当前的研究状况和技术水平，进行了系统总体方案的设计。总体方案介绍系统采用的整体架构以及采用的技术方案。随后，按照总体设计方案描述，分别进行硬件和软件方案的设计。硬件设计主要介绍系统各个硬件组成模块，并对模块工作原理和模块功能进行分析。软件设计主要包括上位机
4、控制程序，并对每个部分都进行了详细的设计流程分析和设计原理分析。完成硬件和软件设计之后，对各个模块进行了功能性测试，测试结果表明本系统基本达到设计要求。关键词：超声波测距；倒车雷达；STM32；传感器湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入AbstractAs the number of cars continues to increase, parking difficulties are already uncontested facts, crowded parking lot often let the car family at a loss, a little accident
5、will happen crash. Although each car has a rearview mirror, but inevitably there is a rear view blind spot. The reversing radar is a reversing safety assisting device for car parking or reversing, which can be used to inform the driver of the obstacle around the vehicle by voice or more intuitive di
6、splay, and to remove the drivers parking, reverse and start the vehicle.This paper designs a STM32-based reversing radar collision avoidance system. The system is formed using ultrasonic technology, including temperature and humidity monitoring module. In this paper, the background of the reversing
7、radar and the research status at home and abroad are introduced. According to the current research situation and technical level, the design of the overall system is carried out. The overall scenario describes the overall architecture adopted by the system and the technical solutions adopted. Subseq
8、uently, according to the overall design described, respectively, hardware and software design. The hardware design mainly introduces the hardware component module of the system, and analyzes the working principle and module function of the module. The software design mainly includes the host compute
9、r control procedure, and carries on the detailed design process analysis and the design principle analysis to each part. After the hardware and software design are completed, the functional tests of each module are carried out. The test results show that the system basically meets the design require
10、ments.KEY WORDS: Ultrasonic Ranging; Reversing Radar; STM32; Sensor湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入一、前言在信息技术日渐成熟的今日，人们的生活习惯和方式已经越来越受到科学技术的影响。新的技术、新的服务的快速兴起刺激着人们的消费需求，汽车工业正是如此。随着人们生活水平的提高，汽车的使用也越来越普及，而由此引发的安全问题也随之而来，由倒车引发的事故，也越来越多。因此，为汽车提高倒车安全性就变得很有必要了。目前大多数家用中高档消费类汽车都配有倒车安全系统，但是还存在很多经济、实用的汽车、货车等，处于成本考虑未加装倒车雷达，
11、这就为这类汽车的使用安全增加了隐患。因此，本文设计了一种成本低廉、操作便捷、运行稳定的超声波可视化倒车雷达系统，为解决该类汽车的倒车安全问题提供经济适用的参考方案。（一）课题简介1. 选题意义我国目前汽车工业发展繁荣，拥有汽车的人群也越来越多，而随之而来的各种交通事故也层出不穷，如车辆行驶过程中的追尾、倒车过程中车尾碰撞甚至人员伤亡等。大多数中高档汽车会加装专门的倒车安全系统，但对一些经济适用性和传统货车等车型，在考虑成本的情况下未配备完备的倒车安全装置，这些车辆在公路、停车场、街道等处倒车时既要前瞻又要后顾，很容易发生安全事故。本课题就是在考虑成本的情况下，设计了一种价格低廉测距防撞的倒车雷
12、达系统，增强汽车的后视能力，改善目前仍以后视镜和人工观察为主要工具的倒车安全问题，提高车辆的行驶安全，具有广泛的经济和社会效应。2. 研究现状倒车雷达，即倒车防撞雷达，又叫泊车辅助装置。近年来，倒车雷达系统已成为各种中高级轿车的标准配置，如德国的奔驰、宝马，美国的别克、通用，日本的本田、丰田等车型均配有倒车雷达系统。倒车雷达系统其中一个主要功能测距，湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入目前主要有三种技术实现方式：微波雷达测距、激光测距和超声波测距。与激光测距和微波相比，超声波波速较小，适用于较近目标的测量，使用的技术要求低，对强光、烟雾、电磁干扰等恶劣环境有较强的抵抗能力，同时超声波测距
13、成本低廉，超声波指向性强，能量消耗慢，可以在空气、水等介质中远距离传播，此外，超声波传感器结构简单、体积小、信息处理过程简单，已被广泛用于各类测距和探测器材，如水下探测器、B 超等。其中，使用超声波测距技术的倒车雷达至今已历经五代发展。第一代倒车雷达，是一种提示性的倒车提示装置，是司机在切换倒挡后设备自动发出提示音：“请注意，倒车！” 。这就是第一款出现的倒车雷达。严格意义上来说，这不能算是雷达，因为无法主动避险，只能提醒周围人躲避。但款最原始的倒车提示装置，开启了倒车雷达的发展历程。第二代倒车雷达，它是一种蜂鸣器提示的倒车雷达，司机在挂倒挡后，通过轰鸣器的提示判断障碍物的远近，蜂鸣提示越急，
14、表示车辆离障碍物越近。它无法让司机获取准确距离，且必须距离较近才有提示。第三代倒车雷达，是用数码管来显示提示车主倒车距离，相比之前的产品，在挂倒挡后，第三代倒车雷达能很清楚的告诉车主障碍物的距离，有两种颜色显示，绿色表示安全，红色即危险，已初步具备倒车雷达的功能，但可操作性和美观性上仍有欠缺。第四代倒车雷达，使用液晶荧屏显示。从这一代开始倒车雷达进入动态显示阶段，从发动汽车开始变实时显示汽车周围障碍物距离，使用更方便，外观设计十分美观，但在前三代的基础上更加完善了许多。第五代倒车雷达，采用仿生超声波雷达技术，配备屏幕显示、语音等多种提示方式，同时集成温度显示、空气指数等信息显示，并可嵌入安装到
15、后视镜。3. 发展趋势目前超声波倒车雷达的应用场景还十分有限，测量精度相对较低、信息集成度低、信息传递方式不够多样化等问题还有待改善。在未来的发展中，倒车雷达的精湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入度和响应实时性将得到改善，可嵌入性将更加完备、功能集成也更加丰富，发展前景十分广阔。（二）设计任务及要求1. 设计任务本设计要求设计一个基于 STM32 的可视化的超声波雷达测距系统，通过STM32 微处理器采集超声波传感器和温湿度传感器的信号，通过液晶屏显示出来，当距离低于设定阈值时进行声光报警，上位机通过串口通讯实时显示下位机采集的信息。2设计要求基本功能：（1） STM32 做主控芯片，
16、实现系统功能；（2） 测量并显示距离、温湿度；（3） 当距离低于阈值时声光报警，高于阈值后恢复；拓展功能：（1） 通过串口通讯与上位机（电脑）连接，同步显示传感器信息和报警；（2） 距离越近报警信号越急促；（3） 上下位机阈值可调。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入二、系统设计方案（一）系统结构设计根据设计要求，本系统将由三大模块构成：信息采集模块、信息处理模块、同步显示模块。信息采集模块负责采集所需的距离、温湿度信息，由超声波传感器、温湿度传感器完成。信息处理模块包括 STM32 微处理器、显示模块、键盘输入模块、声光报警模块、串口通讯模块，实现对传感器采集的信息进行显示，同时按键调
17、整报警阈值，距离低于阈值时声光报警模块发出报警信号，串口通讯模块负责将处理之后的信息发送到上位机。同步显示模块主要是 PC 端的应用程序，具备图形用户界面（ Graphical User Interface，GUI ） ，用于显示下位机传来的距离、温湿度信息，并可设定阈值进行报警提示。图 2- 1 系统结构图湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入（二）系统设计原理1. 超声波测距原理超声波是频率超过 20KHz 的机械波，作为一种特殊的声波，具备声波基本物理特性反射。同时，超声波方向性集中、能量损耗低、可在多种介质间传播，当声波在不同的介质间传播时，大部分能量会在介质面反射。通过发射与接收
18、的时间差与声波在介质中固定的传播速度，可以计算出发射点到反射点的距离。产生超声波需要用到超声波发生器，常用的超声波发生器一般有两种，一种是机械式发生器，另一种是电气式发生器。机械式包括加尔统笛、气旋笛和液哨等，电气式包括压电型、电动型和磁致伸缩型等。其中较常用的是压电式超声波发生器。压电式超声波发生器，是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。对它的两极外加脉冲信号，频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，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器了。
19、超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离，即时间差算法。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为 v，根据计时器记录的时间 T，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=vT/2。在压电式超声波传感器中，时间的测量通常用对脉冲计数得到，发射端发射脉宽为 t 的脉冲，往返的时间间隔以脉冲个数 n 反映出来，即 T=nt，则压电超声传感器测距公式为 s=v
20、nt/2。虽然在超声波的传播速度 v 受温度和空气密度等因素影响，近似公式为：C=C0+0.607T（C0 为 0时的声波速度 332m/s，T 为实际温度） 。在倒车雷达的湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入使用中，由于是对精准度要求不是很高的较短距离的检测，精准度要求达到 1cm 即可，温度和空气密度影响可以忽略不计，因此本系统取传播速度 v=340m/s。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入三、硬件设计 系统的硬件设计主要是信息采集模块、信息处理模块，包括主控芯片、超声波传感器模块、温湿度传感器模块、串口通讯模块、声光报警模块、按键输入模块。这里主要介绍主控芯片和两个传感器模
21、块，及整体硬件电路的搭建。（一）主控芯片 STM32F103C8T6由于本系统是实时采集传输系统，需要对传感器采集的数据进行实时处理，并能与上位机进行串口通讯，主控器必须有较强的抗干扰能力及内置看门狗以防程序跑飞，同时要保证系统的体积、成本、功耗，因此选用 STM32F103C8T6 作为本系统的主控器。STM32F103C8T6 是 ST（意法半导体）公司设计的一款基于 ARM Cortex-M3 内核的 32 位微控制器，采用 23.6V 供电，工作频率可达 72MHz，有 37 个可编程 I/O口可用于连接各个传感器设备，具备 2 个 12 位 ADC，3 个 16 位定时器，1 个 P
22、WM计时器，支持 IIC、SPI 和 USART，可实现串口通讯功能，还带有 SWD（串行单线调试）和 JTAG 接口用于程序调试，自带的 20KB SRAM 存储器和 64KB Flash 存储器，可以烧录和运行较大代码量的系统，实现丰富的功能。芯片原理图如下：图 3- 1 STM32F103C8T6 原理图湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入最小系统实物图如下：图 3- 2 STM32F103C8T6 最小系统实物图（二）传感器模块1.温湿度传感器设计采用 DHT11 数字温湿度传感器采集温湿度信息。DHT11 是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，应用专用的数字模块采集技
23、术个温湿度传感技术，确保产品的高可靠性和持久的稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件，通过单线制串行接口传输数据。电路原理原理图如图 3- 3 所示，实物如图 3- 4 所示。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入图 3- 3图 3- 42.超声波传感器系统的超声波传感器采用 HC-SR04 超声波测距模块，该模块可提供2cm400cm 的非接触式距离感测，测距精度可达 3mm，模块由超声波发射器、接收器、控制电路三部分组成。单片机通过 PB2 口给一个高电平信号 TRIG 触发测距功能，模块自动发送 8 个 40KHz 的方波信号，自动检测是否有信号返回，若有信号返
24、回，则通过 PB4 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入回的时间。由此可以算出，测量距离=高电平时间*340/2。传感器电气参数和时序图如下。图 3- 5图 3- 6湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入图 3- 7（三）硬件电路连接系统采用 USB 接口供电，而 USB 通常输出电压为 5V，因此需要一个独立的电源模块进行电压转换，将 5V 转为主控芯片可用的 3.3V 电压。DHT11 的 DATA 连接到 PB0 端口，传入温湿度数据，主控通过 PB2 触发超声波模块，通过 PB4 采集时间间隔计算距离，LCD160
25、2 的数据位通过上拉电阻与 PA0PA7 相连，获取显示数据，声光报警包括一个 LED 连接到 PB9 和无源蜂鸣器通过三极管连接到PB11， 4 个开关按键直接通过 PB8、PB10、PB12 、PB14 与主控芯片相连。整体实物连接如图所示。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入图 3- 8 硬件实物连接图湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入四、软件设计（一）开发平台介绍1固件开发平台（1）Keil uVision 集成开发环境。本系统的下位机固件开发采用 Keil uVision 5 ARM-MDK，用于开发基于STM32F10x 系列固件库的固件程序。（2）硬件驱动模块将目前
26、已有的模块化的 HC-SR04、LCD1602、DHT-11 驱动添加到工程中，对其进行改写以适配当前的硬件平台。图 4- 1 Keil-MDK2软件开发平台（1）Qt5.8 集成开发套件湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入Qt 是一个跨平台的集成开发环境，可以实现在几乎不修改源码的情况下在Windows/Linux/Mac OS 等系统环境中编译运行。编译器采用 Visual Studio Community 2015，用于编译可在 Windows 上运行的应用程序。应用程序的 GUI 使用 Qt Creator 4.2 开发。Qt Creator 支持控件拖拽和样式表修改，可以大大提
27、高开发效率，制作交互性良好的用户界面。（2）串口通信模块串口驱动采用 PL2303_Prolific_DriverInstaller 驱动程序，使用 Virtual Serial Port Driver6.9 搭建虚拟串口，使用 sscom4.2 串口助手进行串口通信，方便在不连接设备的情况下测试串口传输是否正常，有利于提高应用程序的开发效率。图 4- 2 Qt 5.8湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入（二）程序设计1固件程序设计图 4- 3系统启动后，进行初始化设置，LCD 实时显示，键盘循环扫描是否有按键按下，若有按键按下，则进入阈值设定界面，设定阈值后返回主程序继续扫描按键，若无
28、按键按下，则 LCD 显示由传感器传来的温湿度和距离信息。温湿度传感器每 200ms传回一次数据后自动执行初始化后再次测量，超声波传感器触发后，循环发送 8 个40KHz 脉冲并打开计数器，接收器检验回波，一旦检测到回波，打开外部中断并关闭计数器，计算并显示距离后返回主程序。超声波测距程序流程：湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入图 4- 4当启动测距时，系统进入定时器中断服务程序，即通过 STM32 输出 40KHz 的脉冲方波信号，同时打开定时器计数。一旦端口接收回波信号，即触发外部中断信号，同时关闭定时器。定时器中断服务及外部中断服务流程如图所示。图 4- 5图 4- 62软件程序
29、设计图 4- 7上位机采用 Qt 的信号-槽机制，在启动应用程序的 UI 窗口后，通过将用户不同的操作的触发信号，与对应的方法执行的槽关联，产生交互效果。打开应用程序，配置串口的相关参数，打开串口，即可开始读取串口数据。读取到数据后，对数据进行校验和处理，转化成温湿度、距离信息显示出来，并将相关数据关联到相应控件上实现动态显示效果。全局变量阈值在每次执行数据处理时都会与当前数据比较，当数据低于阈值则触发报警操作。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入五、系统功能测试（一）系统功能测试1. 信息采集与信息处理模块首先对下位机的信息采集模块和信息处理模块进行测试。USB 供电线插入电脑，系统启
30、动，LCD 点亮，显示距离、温度、湿度信息。温湿度每隔 200ms 刷新一次，距离检测默认阈值为 80cm，用手靠近超声波传感器，声光报警模块工作，蜂鸣器长鸣，LED 闪烁，闪烁频率分三段，0 到阈值，阈值到中间值，中间值到最大值，对应的闪烁频率分别为 50ms、300ms、500ms。通过按键改变阈值重新测试，功能正常。图 5- 1 图 5- 22. 同步显示模块测试同步显示模块的应用程序时，先通过 sscom 串口助手与应用程序通讯，即用串口助手循环发送协议命令码，应用程序显示接收的命令码，接收数据正常，进行数据处理后的数值显示和相应的功能显示也可以正常实现。图 5- 3湖北经济学院本科毕
31、业（设计）论文在此处键入图 5- 4（二）测试结果分析在测试过程中，串口通讯因接收码的处理问题，刚开始的时候无法正常通讯。后来查看代码才反应过来，在下位机的串口部分没有对待发送的命令码做数据处理，直接发送出去了，这就导致在接收不同位数的数值的时候，有些位数无法显示。为了减小改动，在上位机部分对不同位数的数值进行分别处理，这样既避免了对下位机的改动，也保证了数据能按位数完成接收处理。从总体情况来看，设计要求基本全部实现。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入总结与展望本次基于 stm32 倒车雷达的设计，应用基于 stm32 采集温湿度信息和与障碍物之间的距离信息，通过串口方式上传到上位机，
32、即电脑中。这个系统模拟了车辆倒车时遇到障碍物情况时的数据，一旦数据异常便立即经进行报警信息，同时，可在电脑端进行数据的查看，整个系统操作简便，运行稳定性良好，为未来倒车雷达防撞系统的改进提供了可行的方案。虽说在本设计中存在一定的缺陷，比如环境监测部分还不够完善、功能还不够齐全，正是由于当前设计的不完美，才能加入更多的改进措施，例如：（1）功能更多样化。在当前温湿度检测的基础上，还可以再加入气体检测、摄像头模组、时间监控系统等。（2）更智能化。系统通过综合分析多种传感器数据作出判断，在不需要用户干预的情况下自动和执行任务操作，如：综合分析温度传感器。判断是否有恶劣天气及渍水情况，执行报警等操作。
33、总而言之，从技术角度而言，基于 STM32 的倒车雷达防撞系统解决方案还不够成熟，各个产品采用的技术标准还不够统一，设备价格和设备性能还有待通过技术提升加以改进，但希望本设计能为致力于改善国内倒车雷达防撞系统的发展现状提供一份参考和建议。从市场的角度来看，车载倒车雷达领域有着庞大的市场份额。其技术的发展能在全国甚至全球范围内快速增长。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入致谢本论文是在我的指导老师老师的亲切关怀与细心指导下完成的。从课题的选择到论文的最终完成，王老师始终都给予了细心的指导和不懈的支持，并且在耐心指导论文之余，王老师仍不忘拓展我们的视野。值得一提的是，王老师宅心仁厚，不慕荣利
34、，对学生认真负责，在他的身上，我们可以感受到一个学者的严谨和务实，这些都让我们获益菲浅，并且将终生受用无穷。毕竟 “经师易得，人师难求” ，希望借此机会向王老师表示最衷心的感谢!此外，本文最终得以顺利完成，也是与学院其他老师的帮助分不开的，虽然他们没有直接参与我的论文指导，但在开题时也给我提供了不少的意见，提出了一系列可行性的建议，在此向他们表示深深的感谢!然后，要感谢的是我的父母，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望!我一定会好好孝敬和报答他们!其次，还要感谢我的
35、朋友们，在身边支持我，给我打气，在遇到困难的时候我们坚持不放弃。最后，感谢各位老师对我论文的耐心审阅。湖北经济学院本科毕业（设计）论文在此处键入参考文献1 韩立明. 基于单目视觉的车前障碍物预警系统中关键技术的研究D. 北京工业大学, 2011.2 奠石镁. 超声波测距在汽车倒车防撞系统中的应用J. 电脑知识与技术:学术交流, 2007, 1(2):1083-1085.3 黄世高, 彭森. 基于单片机的超声波测距设计J. 卷宗, 2016(5).4 马凤娇. 基于 I2C 接口的超声波测距系统设计与实现J. 科技信息, 2012(32):647.5 周正干, 魏东, 向上. 空气耦合超声检测中
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39、H0=80;int16_t H1=150;int16_t H2=300;/int16_t H3=300;void key_set(void) key_scan();if(key_value=0) key_value=255;lcd1602_init();counter=1;LCD1602_Show_Str(0, 0, “Set clarm JL:“);while(1) Lcd1602_Write_LongPoint(0,1,3,2,H0);Lcd1602_Write_LongPoint(6,1,3,2,H1);Lcd1602_Write_LongPoint(12,1,3,2,H2);key_scan();if(key_value=3) key_value=255;lcd1602_init();break;if(key_value=0) key_value=255;counter+;if(counter3) counter=1;if(counter=1) LCD1602_Show_Str(4, 1, “990) H0=990;
