基于STM32的智能倒车雷达系统设计

news2025/1/4 14:42:03

引言
系统设计
1. 硬件设计
2. 软件设计
系统功能模块
1. 距离检测模块
2. 数据处理与报警模块
3. 显示与反馈模块
系统实现
1. 硬件实现
2. 软件实现
系统调试与优化
结论与展望

1. 引言

智能倒车雷达系统是现代汽车中不可或缺的辅助设备，用于帮助驾驶员在倒车过程中感知周围障碍物的距离，从而避免碰撞事故。该系统主要通过超声波传感器实时检测障碍物的距离，并结合警报和显示功能，提供直观的反馈信息。本文设计了一款基于STM32单片机的智能倒车雷达系统，具有高精度距离检测、实时显示和多级报警功能。

2. 系统设计

2.1 硬件设计

主控芯片：STM32F103，负责超声波信号的采集、处理和报警控制。
超声波传感器：HC-SR04，用于检测障碍物与车体之间的距离。
蜂鸣器模块：用于多级声光报警，提醒驾驶员注意障碍物。
LCD显示模块：实时显示障碍物的距离信息。
LED灯模块：辅助显示当前距离的警报等级（绿色、安全；黄色、警示；红色、危险）。
电源模块：提供系统运行所需的稳定电源。

2.2 软件设计

软件部分主要包括数据采集、距离计算、多级报警和显示功能。

数据采集模块：通过超声波传感器获取障碍物距离。
距离计算模块：测量超声波发射与接收的时间差，计算障碍物与传感器之间的距离。
报警模块：根据测量到的距离，触发不同级别的报警，包括声音提示和LED灯显示。
显示模块：将测量结果实时显示在LCD屏幕上。

3. 系统功能模块

3.1 距离检测模块

测距原理：通过超声波传感器发射超声波并接收其反射信号，计算传播时间以得出距离。
实现方式：
1. 向超声波传感器的Trig引脚发送一个10微秒的高电平信号。
2. 传感器发射超声波并等待接收。
3. 通过定时器测量Echo引脚的高电平持续时间，计算距离。

3.2 数据处理与报警模块

多级报警：
- 距离 > 100cm：绿色LED灯亮，蜂鸣器静音。
- 50cm ≤ 距离 ≤ 100cm：黄色LED灯亮，蜂鸣器间歇响。
- 距离 < 50cm：红色LED灯亮，蜂鸣器持续响。

3.3 显示与反馈模块

实时显示：LCD显示障碍物距离，单位为厘米。
警示反馈：LED灯和蜂鸣器提供多级报警反馈，帮助驾驶员快速判断危险程度。

4. 系统实现

4.1 硬件实现

超声波模块连接：
- Trig引脚连接到STM32的GPIO（如PA0）。
- Echo引脚连接到STM32的GPIO（如PA1）。
蜂鸣器与LED灯连接：
- 蜂鸣器与PA2引脚相连。
- LED灯分别连接到PA3（绿色）、PA4（黄色）、PA5（红色）。
LCD模块连接：
- 使用I2C接口或并行接口连接LCD模块。

4.2 软件实现

代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "lcd.h"
#include "delay.h"

#define TRIG_PIN   GPIO_PIN_0
#define ECHO_PIN   GPIO_PIN_1
#define BUZZER_PIN GPIO_PIN_2
#define GREEN_LED  GPIO_PIN_3
#define YELLOW_LED GPIO_PIN_4
#define RED_LED    GPIO_PIN_5
#define GPIO_PORT  GPIOA

void GPIO_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    // 初始化Trig和Echo引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = TRIG_PIN | ECHO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
    // 初始化蜂鸣器和LED引脚
    GPIO_InitStruct.Pin = BUZZER_PIN | GREEN_LED | YELLOW_LED | RED_LED;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    HAL_GPIO_Init(GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

uint32_t Measure_Distance(void) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);  // 发送Trig信号
    delay_us(10);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
    while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
    uint32_t start_time = HAL_GetTick();
    
    while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PORT, ECHO_PIN) == GPIO_PIN_SET);
    uint32_t end_time = HAL_GetTick();
    
    uint32_t pulse_width = end_time - start_time;
    uint32_t distance = (pulse_width * 340) / (2 * 10000);  // 计算距离，单位：厘米
    return distance;
}

void Set_Alarm(uint32_t distance) {
    if (distance > 100) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, GREEN_LED, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, YELLOW_LED | RED_LED, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, BUZZER_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    } else if (distance > 50) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, YELLOW_LED, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, GREEN_LED | RED_LED, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_PORT, BUZZER_PIN);  // 间歇报警
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, RED_LED, GPIO_PIN_SET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, GREEN_LED | YELLOW_LED, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PORT, BUZZER_PIN, GPIO_PIN_SET);  // 持续报警
    }
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    GPIO_Init();
    LCD_Init();

    while (1) {
        uint32_t distance = Measure_Distance();
        LCD_Clear();
        LCD_Print("Distance: %d cm", distance);
        Set_Alarm(distance);
        HAL_Delay(500);  // 每500ms测量一次
    }
}