超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【開(kāi)題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p>　　超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　選題的背景、意義</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展的進(jìn)程，作為交通運(yùn)輸?shù)能囕v的不

2、斷增多，由此產(chǎn)生的交</p><p>　　通問(wèn)題越來(lái)越成為人們關(guān)注的問(wèn)題。在享受汽車給我們帶來(lái)的便利同時(shí)，由于倒車而產(chǎn)生的問(wèn)題也日益突出。</p><p>　　車的數(shù)量逐年增加，公路、街道、停車場(chǎng)和車庫(kù)擁擠不堪，可轉(zhuǎn)動(dòng)的空間越來(lái)越少；另一方面，新司機(jī)及非專職司機(jī)越來(lái)越多，因倒車引起的糾紛越來(lái)越多，車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時(shí)有發(fā)生。其中倒車事故由于發(fā)生的頻率極高，已引

3、起了社會(huì)和交通部門的高度重視。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的，倒車鏡有死角，駕車者目測(cè)距離有誤差，視線模糊等原因造成倒車時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于汽車前進(jìn)時(shí)的事故率。</p><p>　　在2006年汽車事故的發(fā)生比例中，倒車引起的事故占28%，倒車已成為令人們頭痛的一項(xiàng)任務(wù)，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)也在抱怨倒車是件費(fèi)力費(fèi)神的事。據(jù)統(tǒng)計(jì)，危險(xiǎn)境況時(shí)，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時(shí)間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關(guān)事故的5

4、0%，迎面撞車事故的60%。改善倒車遇到的窘境被越來(lái)越多的人所關(guān)注，人們對(duì)汽車操縱的便捷性提出了更高的要求，希望有種裝置能夠解決汽車倒車給人們帶來(lái)的不便，消除駕駛中的不安全因素，可將車快速準(zhǔn)確地停放到指定的位置。因此，提出了基于超聲波測(cè)距的汽車用倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　汽車倒車?yán)走_(dá)全稱為“倒車防撞雷達(dá)”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情

5、況，解除駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)因前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員克服視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。倒車?yán)走_(dá)的原理與普通雷達(dá)一樣，是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會(huì)與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。通過(guò)感應(yīng)裝置發(fā)出超聲波，然后通過(guò)反射回來(lái)的超聲波來(lái)判斷前方是否有障礙物，以及障礙物的距離、大小、方向、形狀等。只不過(guò)由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的距離，并做出提示。</p>

6、<p>　　本設(shè)計(jì)的研究的汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)將為駕駛者提供一個(gè)倒車提示和距離報(bào)警，本課題的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義在于:</p><p>　　(1)將倒車自動(dòng)化從被動(dòng)防撞引向智能控制方向發(fā)展;</p><p>　　(2)體現(xiàn)了“以人為本”的駕駛理念，倒車時(shí)駕駛者的視線可集中在前方，不需顧及車后狀況，增加了倒車的安全性和可靠性，并且它的應(yīng)用可減輕司機(jī)體力和腦力勞動(dòng)的強(qiáng)度;</p>

7、<p>　　(3)安全可靠的防碰撞預(yù)警，使駕駛者無(wú)論是白天還是夜晚都能實(shí)現(xiàn)安全倒車;</p><p>　　(4)這一方案建立在安裝小組件的基礎(chǔ)上，避免對(duì)汽車整車的影響，為應(yīng)用和普及創(chuàng)造了條件，經(jīng)濟(jì)性較好，易于普及。</p><p>　　汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動(dòng)強(qiáng)度，降低倒車難度，避免駕駛員因方向感不強(qiáng)、判斷和操作失誤而引起的事故，同時(shí)它將對(duì)

8、提高汽車智能化水平和最終實(shí)現(xiàn)汽車無(wú)人駕駛產(chǎn)生積極的意義。</p><p>　　相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài) </p><p>　　經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)了數(shù)代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這3種。</p><p>　　倒車?yán)走_(dá)真正開(kāi)始于轟鳴器，也就是第一代倒車?yán)走_(dá)。我想

9、很多人都不會(huì)忘記“倒車請(qǐng)注意！”這句話，因?yàn)楝F(xiàn)在多數(shù)普通車還在使用它從某種意義上說(shuō)，它對(duì)司機(jī)并沒(méi)有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)。</p><p>　　第二代則是采用數(shù)碼波段顯示，可顯示后障礙物離車體距離的數(shù)碼波段顯示倒車?yán)走_(dá)，沒(méi)有語(yǔ)音提示，也沒(méi)有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對(duì)駕駛員幫助不大。</p><p>　　第三代的液晶熒屏顯示較以前有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。

10、第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，但比較實(shí)用，但安裝在車內(nèi)不太美觀。</p><p>　　第四代魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)，魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能。動(dòng)態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過(guò)液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。</p><p>　　第五代

11、魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)，結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測(cè)知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。 </p><p>　　第六代產(chǎn)品在第五代的基礎(chǔ)上新增了很多功能，是專門為高檔轎車生產(chǎn)的。最初的倒車?yán)走_(dá)，只有后方探測(cè)，

12、現(xiàn)在的倒車?yán)走_(dá)不僅實(shí)現(xiàn)了前后方探測(cè)，甚至連左右側(cè)都可以進(jìn)行探測(cè)。還有一些更先進(jìn)的技術(shù)，已經(jīng)使用在高檔汽車上。</p><p>　　發(fā)展趨勢(shì)：(1)由加裝向原裝發(fā)展。越來(lái)越多的汽車在出廠時(shí)配有倒車?yán)走_(dá)。</p><p>　　(2)原裝倒車?yán)走_(dá)車型呈現(xiàn)高檔→中檔→低檔的發(fā)展態(tài)勢(shì)。</p><p>　　(3)由主流探頭向更多探頭發(fā)展。</p><p&g

13、t;　　(4)功能更加強(qiáng)大，集成音響和音像播放功能。</p><p>　　(5)設(shè)備趨于小型化、人性化、智能化。</p><p>　　三、課題的研究?jī)?nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、難點(diǎn)及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p><b>　　1、主要研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　超聲波頻率一般是指在20 kHz以上的機(jī)械

14、波，穿透性強(qiáng)，衰減小，反射能力強(qiáng)。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖，給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離。超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單，成本低，制作方便，但其傳輸速度受天氣影響較大，不能精確測(cè)距；另外，超聲波能量與距離的平方成正比衰減，因此，距離越遠(yuǎn)，靈敏度越低，從而使超聲波測(cè)距方式只適用于較短距離。</p><p>　　超聲波測(cè)距的算法

15、: 超聲波在空氣中傳播速度為340m/s。X2是聲波返回的時(shí)刻，X1是聲波發(fā)聲的時(shí)刻，X2-X1得出的是一個(gè)時(shí)間差的絕對(duì)值，超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下： </p><p>　　汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成，如圖1所示，分別為測(cè)距子系統(tǒng)(超聲波發(fā)送接收系統(tǒng))、控制系統(tǒng)和顯示報(bào)警子系統(tǒng)。</p><p>　　各模塊所完成的具體功能如下:</p><p>　

16、　(1)測(cè)距系統(tǒng):由傳感器設(shè)計(jì)的發(fā)送模塊、接收模塊和控制系統(tǒng)共同完成測(cè)距功能。</p><p>　　(2)控制系統(tǒng):本系統(tǒng)以微機(jī)器為控制核心，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，對(duì)各種接口電路進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)多路選擇開(kāi)關(guān)的控制，發(fā)射脈沖，檢測(cè)到回波后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)間差采樣，測(cè)出從超聲波發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)刻差，從而測(cè)出距離。</p><p>　　(3)顯示報(bào)警系統(tǒng):顯示障礙物距離及報(bào)警以提醒駕

17、駛員。</p><p>　　圖1 倒車防撞雷達(dá)系統(tǒng)組成</p><p><b>　　2、研究方法</b></p><p>　　1、超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)主機(jī)硬件框圖，如圖2</p><p><b>　　圖2硬件框圖</b></p><p>　　AT89C2051是美國(guó)ATMEL公

18、司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。為了測(cè)量汽車尾部與障礙物之間的最小距離，在汽車尾部安裝多個(gè)超聲波傳感器，測(cè)量時(shí)巡回檢測(cè)各個(gè)探頭與障礙物之間的距離，以各距離的最小值作為最終測(cè)量。</p

19、><p>　　2、超聲波發(fā)送模塊：</p><p>　　超聲波發(fā)送器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個(gè)部分。可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。前者利用軟件產(chǎn)生40 kHz的超聲波信號(hào)，通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。</p><p>　　3、超聲波接收模塊：</p><p>　　超聲波接收器包括超聲波接收

20、探頭信號(hào)、放大電路及波形變換電路三部分超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)關(guān)鍵是頻率要一致，否則將因無(wú)法產(chǎn)生共振而影響接收效果甚至無(wú)法接收由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。</p><p>　　4、換向選通電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　換向選通電路目的: 實(shí)時(shí)選通不同方向的信號(hào)，能多方向測(cè)距。本設(shè)計(jì)中的發(fā)射和接收電路各有4路，分別連接4個(gè)收發(fā)一體的超聲波探頭

21、。若采用多收/發(fā)器同步發(fā)射/接收的工作方式，就存在收/發(fā)器間信號(hào)串?dāng)_的問(wèn)題。系統(tǒng)采用了時(shí)分復(fù)用的工作方式，即讓每一收/發(fā)器分時(shí)工作，每次單獨(dú)完成一個(gè)測(cè)距周期。本設(shè)計(jì)將采用一路PWM 信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬開(kāi)關(guān)CD4052分配到四路，輪巡發(fā)射的辦法實(shí)現(xiàn)分時(shí)復(fù)用。</p><p>　　5、超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)軟件流程框圖，如圖3</p><p><b>　　圖3軟件流程圖</b>&l

22、t;/p><p>　　在對(duì)控制模塊初始化之后，進(jìn)行40KHz的超聲波發(fā)射，延時(shí)一段時(shí)間，等待傳感器余震消失之后，開(kāi)始檢測(cè)是否收到回波，當(dāng)沒(méi)有收到回波的時(shí)候，繼續(xù)等待，如果收到回波，則根據(jù)此時(shí)與開(kāi)始發(fā)送之間時(shí)間間隔計(jì)算車尾到障礙物之間的距離，并送往液晶模塊顯示，根據(jù)具體做出預(yù)警。</p><p>　　3、難點(diǎn)及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p>　　超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)覆蓋

23、了模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)及超聲波檢測(cè)技術(shù)等。即有硬件設(shè)計(jì)還包括軟件設(shè)計(jì)，知識(shí)點(diǎn)豐富，綜合性強(qiáng)。需要較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，還必須具備很強(qiáng)的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)能力，體現(xiàn)個(gè)人動(dòng)手能力。</p><p>　　本設(shè)計(jì)集液晶顯示和語(yǔ)音提示雙結(jié)合，使用方便，安全可靠。而且在硬件上通過(guò)增加可調(diào)電阻去改善濾波電路的品質(zhì)因數(shù)，通過(guò)增加濾波電路降低噪聲干擾，通過(guò)改進(jìn)軟件算法提高系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性以及測(cè)距的精確度性能。

24、實(shí)際用的倒車?yán)走_(dá)要在車后安裝兩對(duì)超聲波傳感器，用以檢測(cè)到車后略寬于車的較大范圍的障礙物，左右距離的報(bào)警可以用不同頻率區(qū)別，仍然分別用間歇鳴叫頻率報(bào)警提示距離。系統(tǒng)采用了AT89C2051單片機(jī)，充分利用了其豐富的片上資源使得系統(tǒng)功能豐富，使用的外圍芯片減少，提高了系統(tǒng)可靠性。</p><p>　　目前市場(chǎng)上大多數(shù)倒車?yán)走_(dá)都或多或少存在誤報(bào)警或者不報(bào)警的情況，也就是倒車?yán)走_(dá)的穩(wěn)定性出現(xiàn)問(wèn)題，這是倒車?yán)走_(dá)最關(guān)鍵的性能

25、問(wèn)題，探測(cè)雷達(dá)所用的超聲波是一種模擬技術(shù)，性能不穩(wěn)定的雷達(dá)會(huì)出現(xiàn)亂跳的現(xiàn)象。除此之外，目前倒車?yán)走_(dá)報(bào)警后，是采取駕駛員制動(dòng)的方法，而非自動(dòng)剎車，也是怕誤報(bào)警后的自動(dòng)剎車帶來(lái)負(fù)面影響，因此下一步的工作會(huì)放在怎樣通過(guò)收集不同的探測(cè)信號(hào)建立信息庫(kù)，來(lái)正確判斷雷達(dá)所探測(cè)到的不同情況，作出盡可能正確穩(wěn)定的反應(yīng)，以最大限度避免誤報(bào)警的負(fù)面影響。超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)作為一種測(cè)距和預(yù)警系統(tǒng)，很好地實(shí)現(xiàn)了外圍的數(shù)據(jù)采集和處理，為以后綜合的汽車安全系統(tǒng)的

26、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了參考和依據(jù)，可移植性會(huì)非常好。</p><p>　　四、論文詳細(xì)工作進(jìn)度和安排</p><p>　　1.第1-3周 完成文獻(xiàn)檢索報(bào)告和開(kāi)題報(bào)告；</p><p>　　2.第4-5周 畢業(yè)實(shí)習(xí) 到某些具體生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)室；</p><p>　　3.第6-13周 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)；</p><p>　　4.第

27、13-15周 完成畢業(yè)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）撰寫,上交指導(dǎo)教師評(píng)閱；</p><p>　　5.第15周 畢業(yè)論文答辯；</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 胡建凱,張謙琳.超聲波檢測(cè)原理和方法[J].中國(guó)科技大學(xué)出版社,1993,10</p><p>　　[2] 陳瑩，基于單片機(jī)的超

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