超聲波測距倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計【開題報告】_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p><b>  電子信息工程</b></p><p>  超聲波測距倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>  選題的背景、意義</b></p><p>  隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展的進程,作為交通運輸?shù)能囕v的不

2、斷增多,由此產(chǎn)生的交</p><p>  通問題越來越成為人們關(guān)注的問題。在享受汽車給我們帶來的便利同時,由于倒車而產(chǎn)生的問題也日益突出。</p><p>  車的數(shù)量逐年增加,公路、街道、停車場和車庫擁擠不堪,可轉(zhuǎn)動的空間越來越少;另一方面,新司機及非專職司機越來越多,因倒車引起的糾紛越來越多,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,駕車者目測距離有誤差,視線模糊等原因造成倒車時的事故率遠大于汽車前進時的事故率。</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任務,即使是經(jīng)驗豐富的司機也在抱怨倒車是件費力費神的事。據(jù)統(tǒng)計,危險境況時,如果能給駕駛員半秒鐘的預處理時間,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越多的人所關(guān)注,人們對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的不便,消除駕駛中的不安全因素,可將車快速準確地停放到指定的位置。因此,提出了基于超聲波測距的汽車用倒車雷達的設(shè)計。</p><p>  汽車倒車雷達全稱為“倒車防撞雷達”,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車輛時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。倒車雷達的原理與普通雷達一樣,是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計開發(fā)的。通過感應裝置發(fā)出超聲波,然后通過反射回來的超聲波來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。只不過由于倒車雷達體積大小及實用性的限制,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)計的研究的汽車倒車預警系統(tǒng)將為駕駛者提供一個倒車提示和距離報警,本課題的現(xiàn)實應用的意義在于:</p><p>  (1)將倒車自動化從被動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,并且它的應用可減輕司機體力和腦力勞動的強度;</p>

7、<p>  (3)安全可靠的防碰撞預警,使駕駛者無論是白天還是夜晚都能實現(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,避免對汽車整車的影響,為應用和普及創(chuàng)造了條件,經(jīng)濟性較好,易于普及。</p><p>  汽車倒車雷達預警系統(tǒng)的運用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動強度,降低倒車難度,避免駕駛員因方向感不強、判斷和操作失誤而引起的事故,同時它將對

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

9、很多人都不會忘記“倒車請注意!”這句話,因為現(xiàn)在多數(shù)普通車還在使用它從某種意義上說,它對司機并沒有直接的幫助,不是真正的倒車雷達。</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)碼波段顯示倒車雷達,沒有語音提示,也沒有距離顯示,雖然司機知道有障礙物,但不能確定障礙物離車有多遠,對駕駛員幫助不大。</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,但比較實用,但安裝在車內(nèi)不太美觀。</p><p>  第四代魔幻鏡倒車雷達,魔幻鏡倒車雷達把后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起,并設(shè)計了語音功能。動態(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。不過液晶顯示器外觀雖精巧,但靈敏度較高,抗干擾能力不強,所以誤報也較多。</p><p>  第五代

11、魔幻鏡倒車雷達,結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點,采用了最新仿生超聲雷達技術(shù),配以高速電腦控制,可全天候準確地測知2米以內(nèi)的障礙物,并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。因為其外形就是一塊倒車鏡,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。最初的倒車雷達,只有后方探測,

12、現(xiàn)在的倒車雷達不僅實現(xiàn)了前后方探測,甚至連左右側(cè)都可以進行探測。還有一些更先進的技術(shù),已經(jīng)使用在高檔汽車上。</p><p>  發(fā)展趨勢:(1)由加裝向原裝發(fā)展。越來越多的汽車在出廠時配有倒車雷達。</p><p>  (2)原裝倒車雷達車型呈現(xiàn)高檔→中檔→低檔的發(fā)展態(tài)勢。</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、課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法(技術(shù)路線)、難點及預期達到的目標</p><p><b>  1、主要研究內(nèi)容</b></p><p>  超聲波頻率一般是指在20 kHz以上的機械

14、波,穿透性強,衰減小,反射能力強。工作時,超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖,給測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進行處理,自動計算出車與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單,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,靈敏度越低,從而使超聲波測距方式只適用于較短距離。</p><p>  超聲波測距的算法

15、: 超聲波在空氣中傳播速度為340m/s。X2是聲波返回的時刻,X1是聲波發(fā)聲的時刻,X2-X1得出的是一個時間差的絕對值,超聲波發(fā)出到遇到返射物返回的距離如下: </p><p>  汽車倒車雷達系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成,如圖1所示,分別為測距子系統(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)測距系統(tǒng):由傳感器設(shè)計的發(fā)送模塊、接收模塊和控制系統(tǒng)共同完成測距功能。</p><p>  (2)控制系統(tǒng):本系統(tǒng)以微機器為控制核心,控制整個系統(tǒng)的運行,對各種接口電路進行控制,通過對多路選擇開關(guān)的控制,發(fā)射脈沖,檢測到回波后,進行數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)實時時間差采樣,測出從超聲波發(fā)射到接收回波信號的時刻差,從而測出距離。</p><p>  (3)顯示報警系統(tǒng):顯示障礙物距離及報警以提醒駕

17、駛員。</p><p>  圖1 倒車防撞雷達系統(tǒng)組成</p><p><b>  2、研究方法</b></p><p>  1、超聲波測距倒車雷達主機硬件框圖,如圖2</p><p><b>  圖2硬件框圖</b></p><p>  AT89C2051是美國ATMEL公

18、司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機,片內(nèi)含2k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。為了測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超聲波傳感器,測量時巡回檢測各個探頭與障礙物之間的距離,以各距離的最小值作為最終測量。</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)射控制電路兩個部分??刹捎密浖l(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,通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器,經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(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、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)射探頭對應的型號關(guān)鍵是頻率要一致,否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果甚至無法接收由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號非常弱,因此必須經(jīng)放大電路放大。</p><p>  4、換向選通電路設(shè)計:</p><p>  換向選通電路目的: 實時選通不同方向的信號,能多方向測距。本設(shè)計中的發(fā)射和接收電路各有4路,分別連接4個收發(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)器間信號串擾的問題。系統(tǒng)采用了時分復用的工作方式,即讓每一收/發(fā)器分時工作,每次單獨完成一個測距周期。本設(shè)計將采用一路PWM 信號經(jīng)過模擬開關(guān)CD4052分配到四路,輪巡發(fā)射的辦法實現(xiàn)分時復用。</p><p>  5、超聲波測距倒車雷達軟件流程框圖,如圖3</p><p><b>  圖3軟件流程圖</b>&l

22、t;/p><p>  在對控制模塊初始化之后,進行40KHz的超聲波發(fā)射,延時一段時間,等待傳感器余震消失之后,開始檢測是否收到回波,當沒有收到回波的時候,繼續(xù)等待,如果收到回波,則根據(jù)此時與開始發(fā)送之間時間間隔計算車尾到障礙物之間的距離,并送往液晶模塊顯示,根據(jù)具體做出預警。</p><p>  3、難點及預期達到的目標</p><p>  超聲波測距倒車雷達系統(tǒng)覆蓋

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

24、實際用的倒車雷達要在車后安裝兩對超聲波傳感器,用以檢測到車后略寬于車的較大范圍的障礙物,左右距離的報警可以用不同頻率區(qū)別,仍然分別用間歇鳴叫頻率報警提示距離。系統(tǒng)采用了AT89C2051單片機,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>  目前市場上大多數(shù)倒車雷達都或多或少存在誤報警或者不報警的情況,也就是倒車雷達的穩(wěn)定性出現(xiàn)問題,這是倒車雷達最關(guān)鍵的性能

25、問題,探測雷達所用的超聲波是一種模擬技術(shù),性能不穩(wěn)定的雷達會出現(xiàn)亂跳的現(xiàn)象。除此之外,目前倒車雷達報警后,是采取駕駛員制動的方法,而非自動剎車,也是怕誤報警后的自動剎車帶來負面影響,因此下一步的工作會放在怎樣通過收集不同的探測信號建立信息庫,來正確判斷雷達所探測到的不同情況,作出盡可能正確穩(wěn)定的反應,以最大限度避免誤報警的負面影響。超聲波測距倒車雷達系統(tǒng)作為一種測距和預警系統(tǒng),很好地實現(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)計開發(fā)提供了參考和依據(jù),可移植性會非常好。</p><p>  四、論文詳細工作進度和安排</p><p>  1.第1-3周 完成文獻檢索報告和開題報告;</p><p>  2.第4-5周 畢業(yè)實習 到某些具體生產(chǎn)現(xiàn)場和相關(guān)實驗室;</p><p>  3.第6-13周 完成畢業(yè)設(shè)計;</p><p>  4.第

27、13-15周 完成畢業(yè)說明書(畢業(yè)論文)撰寫,上交指導教師評閱;</p><p>  5.第15周 畢業(yè)論文答辯;</p><p><b>  五、參考文獻</b></p><p>  [1] 胡建凱,張謙琳.超聲波檢測原理和方法[J].中國科技大學出版社,1993,10</p><p>  [2] 陳瑩,基于單片機的超

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