基于STM32可视化倒车雷达的设计

基于STM32可视化倒车雷达的设计摘要为有效地解决驾驶员停车及泊车所面临视野盲区的困扰，提高驾驶安全系数。本文设计了一种基于STM32可视化倒车雷达的预警系统，该系统成本低、经济实用，是一种很人性化的设计。倒车雷达又叫超声波倒车防撞系统。该系统核心是利用超声波技术测距，驾驶员倒车时系统能自动检测与障碍物的距离，并在LCD上实时显示出来，当车辆与障碍物距离超出预先设定的范围，系统就会语音提示驾驶员作出正确的判断。实验结果表明：该系统能够及时预警，可降低交通事故的发生。关键词STM32/超声波测距/LCD显示/语音提示DesignOfVisualReversingRadarBasedOnSTM32ABSTRACTInordertoeffectivelysolvethedriverparkingandparkingtofacethevisionoftheblindarea,andimprovedrivingsafety.ThispaperdesignsavisualreversingradarwarningsystembasedonSTM32,thesystemislowcost,economicalandpractical,isaveryuser-friendlydesign.Thereversingradarisalsocalledultrasonicreversinganti-collsionsystem.Thecoreofthesystemistheuseofultrasonicrangingtechnology,whenthedriverbacksup,thesystemcanautomaticallydetectthedistancewithobstacles,anddisplayitonLCDinrealtime,Whenthedistancebetweenthevehicleandtheobstacleexceedsthepresetrange,thesystemwillvoicepromptthedrivertomakeacorrectjudgment.Experimentalresultsshowthatthesystemcangiveearlywarning,andreducetheoccurrenceoftrafficaccidents.KEYWORDSSTM32,ultrasonicdistancemeasurement,LCDdisplay,voiceprompt目录摘要………………………IABSTRACT………………………II1绪论………………………31.1课题的背景及意义………………………31.2论文研究内容………………………32可视化倒车雷达系统………………………42.1倒车雷达系统构成及原理………………………42.2倒车雷达的发展历程………………………43基于STM32倒车雷达硬件电路设计………………………63.1基于STM32倒车雷达硬件总体结构………………………63.2STM32F103ZET6单片机………………………63.2.1STM32F103ZET6单片机结构………………………63.2.2引脚定义及功能………………………73.3超声波测距电路模块………………………83.3.1超声波测距功能及原理………………………83.3.2超声波发射电路………………………83.3.3超声波接收电路………………………93.4LCD显示电路………………………103.4.1LCD显示模块引脚及功能………………………103.4.2STM32与LCD显示电路的接口电路………………………113.5报警电路………………………113.5.1蜂鸣器………………………113.5.2STM32与蜂鸣器的接口电路………………………123.6OV7670图像传感器………………………123.6.1OV7670模块引脚及功能………………………123.6.2STM32与OV7670模块的接口电路………………………144基于STM32倒车雷达的软件设计………………………144.1软件开发环境………………………144.2软件设计流程………………………155.安装与调试………………………185.1硬件调试………………………185.2软件调试………………………185.3实验误差分析………………………19总结………………………21致谢………………………22参考文献………………………23附录………………………241绪论1.1课题的背景及意义在这个高速发展的时代，各式各样的交通工具已经成为人们出行不可缺少的一部分。汽车，生活中随处可见，川流不息的马路上各式各样的车辆竞相涌流，它给我们带来便利的同时，也引发了一些严重的交通事故，尽管驾驶员具有高超的驾驶技术，但是在泊车或者停车时都会存在视觉盲区，就是因为视野受到限制的原因，常常会发生一些小磕小碰、没有必要发生的意外事故，人们也越来越担心驾驶汽车的安全问题。为了避免和解决这些不必要的意外事故以及麻烦，汽车倒车提示预警显得尤为重要，于是汽车倒车雷达装置孕育而生。目前，在大多数中高档次的私家车中都配备有可视化倒车雷达装置，但存在一些低档次的车辆中出于对价格的考虑，目前还不具备配备可视化倒车雷达装置的能力。所以他们就很适合本文设计的价格低廉的可视化倒车雷达。据调查统计，2018年年末全国汽车保有量已高到24028万辆，相比于去年来说增加了10个百分点，伴随着汽车数量的不断增加，安全隐患已经成为我们不可忽视的一部分。在全国道路交通事故中，安装可视化倒车雷达的车辆交通事故比去年同比减少44.4%，这一数据的显示更为强调可视化倒车雷达的重要性。即保全了自己的安全，又给他人带来了便利。1.2论文研究内容研究可视化倒车雷达组成部分、各个部分的结构以及工作原理、各个部分之间的电路连接。以STM32F103ZET6最小系统为核心运算部分、HC-SR04为信号接收部分、LCD显示屏为数据显示部分、OV7670为图像处理部分进行电路规划。首先从可视化倒车雷达系统的构成以及原理来介绍，其次介绍发展历程，并构建明确的电路结构，分层介绍各个部分的结构以及工作原理和运行规则，实行各部分之间的可联系性，写入代码程序，使各个部分之间的电路有效的连接，最终实现所需要的功能。最后完成整体调试、分析测量结果，完成实物的设计，并检验实物的可用性。此次设计，用KeiluVision5软件来完成所需功能的代码程序编译测试，用ST-LINK连接开发板烧录程序，使整个系统达到距离显示、语音提示、图像显示的效果。2可视化倒车雷达系统2.1倒车雷达系统构成及原理倒车雷达名为“倒车防撞雷达装置”，又有“泊车辅助装置”之称。它是由超声波传感器（发射和接收超声波信号），控制器（交换、检测及提供信号）以及显示器（或蜂鸣器）三部分组成，采用超声波测距技术发射超声波信号，当信号发现前方“道路”不通时，利用反射原理会产生回波信号，传感器接收到回拨信号后经控制器进行数据分析以及处理，然后判断障碍物的位置，并命令显示器将距离呈现在LCD上，报警装置发出警告信号，以便驾驶员在倒车时可以心知肚明，使倒车更加安全方便，减少不必要的交通事故。2.2倒车雷达的发展历程随着对驾驶安全要求的不断提高，倒车雷达也历经了种种发展变革，目前已达到六代之多。第一代倒车雷达是被动性的，至今在街上的三轮车上还能听到那熟悉的声音“倒车，请注意”，这段语音堪称倒车雷达的鼻祖，但它并不算是真正意义上的倒车雷达，它只能通过喇叭来提醒周边该车辆正在进行倒车，引起周边人们的注意，主动去避让。与现在的倒车雷达不同，它在倒车时不能测量到车辆后面障碍物的距离，也不能提醒驾驶员做出正确的判断。采用蜂鸣器提示是第二代倒车雷达惯用的方法，当驾驶员倒车时，突然听到报警声，就说明车辆后方存在障碍物。报警声越大，意在提醒驾驶员其车辆离障碍物越来越近。尽管很直观的告诫驾驶员后方存在障碍物，但并不能让驾驶员清楚它们之间的距离。数码、波段显示版出现于第三代，如果是静止物体的话，在距离物体1.8米的位置显示屏就会开始显示；如果是运动物体的话，会在0.9米左右的位置开始显示。数码显示、波段显示模式是该产品的两种自选模式，两者侧重点不同，数码显示侧重于在数字凸显方面，而波段显示则是异色警示方面（红指示危险，黄指示警告，绿指示安全）。已初步具备现代倒车雷达功能，但不美观，甚至会造成驾驶员观察路况的新盲点。倒车雷达发展到第四代，人们用液晶荧幕显示代替第三代的数码显示，这时有了质的飞越。在不将汽车置于倒车档，驾驶员也可以通过显示器观察汽车与周边障碍物之间的距离。并且这一代外观美观，使用方便，但由于抗干扰能力不强，会引起误报。第五代倒车雷达是提升用户体验更上一层的产品，其中集成了语音提示、倒车雷达、车内温度显示和后视镜等多项功能。采用不同级别的语音提示和视觉显示以及当时最新的仿生超声雷达技术，准确地检测距汽车2米范围内的障碍物反馈给驾驶员。无线液晶倒车雷达和彩色液晶显示的加入，以及影音系统、无线连接等功能的有机结合是第六代倒车雷达的又一大特色。无线连接完美地解决安装时布线难的问题，方便快捷。3基于STM32倒车雷达硬件电路设计3.1基于STM32倒车雷达硬件总体结构MCU执行数据处理，超声波模块执行信号的发射与接收，LCD显示模块执行屏显，报警电路模块执行报警提醒，摄像头模块执行投影显示。根据方案的设计，硬件系统采用STM32F103ZET6单片机、TFT_LCD屏显、S8050蜂鸣报警、HC-SR04超声波测距模块、OV7670图像传感、电源电路、复位电路等。系统结构如图3-1所示。图3-1系统结构框图3.2STM32F103ZET6单片机3.2.1STM32F103ZET6单片机结构此次系统选用STM32F103ZET6型号的单片机，内核32位高性能ARMCortex-M3处理器，时钟高达72M并且可以实际超频一点点，支持单周期乘法和硬件除法。64KBSRAM、512KBFLASH和112个通用IO口以及各种基本定时器等多种零件使其拼接而成。而且还可以用外部总线（FSMC）扩展SRAM并连接LCD等，通过FSMC驱动LCD，可以有效提高LCD刷屏的速度。其中芯片144个引脚，其中有112个可以作为IO口来使用，大部分IO口都耐5V。该系列支持三种低功耗模式：睡眠，停止和待机，用电池可以为RTC和备份寄存器提供供电环境。其性价比高，价格便宜。内部结构如图3-2所示。图3-2芯片内部结构图3.2.2引脚定义及功能下图3-3为STM32F103ZET6的引脚图图3-3STM32F103ZET6引脚图图中，P1、P2一共有106个IO端口，原本该单片机有112个IO口，这时刨除RTC晶振用的2个，余下110个，再除去P1和P2总共引出的106个IO口，剩余的4个IO口由其它2组排针引出。3.3超声波测距电路模块3.3.1超声波测距功能及原理HC-SR04超声波测距模块具有信号发射和接收两大功能，它的工作电压维持在4.5V-5.5V之间，可提供的探测距离为2cm-400cm，测量精度误差不超过4%。它的四个引脚连接到MCU的VCC，并使用5V电源，让TRIGIO端口触发控制信号输入，ECHOIO端口用于回响信号输出，GND端口用于接地，使用2个IO口，然后就可以模拟时序来使超声波模块工作了。通过超声脉冲回波渡越时间法来达到超声波测距的目的。假定从信号发射到接收消耗的时间为t，传播速度（空气中）为c，到标记物体的间距为D时，它们的关系如下3-4式所示：D=ct/2（3-4）基本原理：发射器发射长度约6毫米，频率为40千赫兹的超声波信号，该信号被障碍物反射回来并被接收头接收。不仅可以产生mV电平的弱电压信号，而且接收头还能被看成压电效应传感器。原理图如下图3-5所示图3-5超声波测距原理框图3.3.2超声波发射电路超声波发射电路如下图3-6所示，MCU产生的40KHz方波，74LS04则对40KHz频率信号进行解调，使超声波传感器产生谐振。通