超声波检测的倒车雷达开题报告

《基于超声波检测的倒车雷达设计》开题报告
一、课题的目的和意义
1.研究目的
（1）研究了一种汽车倒车雷达预警系统。

该系统在常见的汽车倒车预警装置的基础上采用计算机控制技术和超声波测距技术，通过显示障碍物与汽车的距离并根据其距离远近实时发出报警，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，提高了驾驶安全性。

（2）在研究汽车倒车雷达预警系统过程中，运用理论分析、电路设计和计算机仿真等研究手段，完成了倒车雷达预警系统硬件和软件的设计，采用了模糊控制算法，进行了系统的计算机仿真。

2.研究意义
随着中国经济的持续增长和汽车价格的持续下降，越来越多的家庭拥有自己的汽车。

在享受汽车给我们带来的便利同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。

一方面汽车的数量逐年增加，公路、街道、停车场和车库拥挤不堪，可转动的空间越来越少;另一方面，新司机及非专职司机越来越多，因倒车引起的纠纷越来越多，车辆之间、车辆与人、车辆与墙壁等障碍物之间的碰撞时有发生。

在2006年汽车事故的发生比例中，倒车引起的事故占28%，倒车己成为令人们头痛的一项任务，即使是经验丰富的司机也在抱怨倒车是件费力费神的事。

据统计危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30%，路面相关事故的50%，迎面撞车事故的60%。

改善倒车遇到的窘境被越来越多的人所关注，人们对汽车操纵的便捷性提出了更高的要求，希望有种装置能够解决汽车倒车给人们带来的不便，消除驾驶中的不安全因素，可将车快速准确地停放到指定的位置。

二、文献综述
国外汽车倒车雷达预警系统早期大多采用红外线的发射与接收原理，不属于雷达(无线电波)的产品，最大的缺点是红外线波易受干扰，整个系统的警示音常呈现不稳定的乱鸣状态，另外对深黑色粗糙表面物体的反应也较差。

但更糟糕的是，无论是红外线发射器或接收器，只要任何一方让一层薄薄的冰雪或泥尘覆盖，系统就会失效。

最近在欧美出现的一种电磁感应倒车雷达。

在一线路套上一环型的感应(此线圈贴在后保险杠的内侧，车外表完全看不出有此装置)，以感应车后物体的有无。

此种装置价格中等，并且完全隐密，但可惜的是，安装困难(必须卸下保险杠贴在内侧)，而且只能探测
动态物品，当车在后退行进时，可探测到物体，但车一旦停止后退行进，则任何物体都不被认可。

换言之，如有任何物品贴在后保险杠，当车一旦停下再启动后，此装置并不会告知驾驶者后方有物品贴在保险杠，此车不能再后退等。

德国大众公司已经将超声波测距技术应用在倒车雷达上，并且具有前视和后视功能，采用自举升压的方式驱动8路超声波传感器，目前国内引进车型对这一技术尚不能国产化，仍需要引进德国原厂成品安装。

因此，实用性也相当有限。

随着我国汽车产业的高速发展，近两三年我国开始进入私家车时代，交通事故发生的频率也在增加，为提高汽车运行的安全性，倒车雷达预警系统不仅深受驾驶员的青睐，也逐渐成为汽车电子产业中新的增长点。

尤其是近两年来，倒车雷达成了商家的电子新爱，众多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车雷达，处在我国汽车电子行业环境的繁荣背景下倒车雷达已渐渐形成一个较大的行业，而且已呈现出一派激烈竞争的态势。

倒车雷达系统经历了三个阶段，六代的技术改良，从早期的倒车防撞仪，只能测试车后有限范围的障碍物，并发出警报，发展到根据距离远近程度分段报警，前两个阶段的倒车雷达一般采用专用集成电路，功能较简单。

随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提高，以及单片机价格不断下降和汽车电子系统网络化发展的要求，新型的倒车雷达都是以单片机为核心的智能测距传感系统。

要求倒车雷达连续测距并显示障碍物距离，并采用不同间歇鸣叫频率的声音报警提示距离，让驾驶员全神贯注地注视场景。

汽车电子系统网络化发展还要求作为驾驶辅助系统子系统的倒车雷达具有通信功能，能够把数据发送到汽车总线上。

如最为先进的倒车雷达系统为“智能可视倒车雷达系统”，它在车尾部撞上针孔摄像头，倒车时可以在DVD显示屏上显示车后的广角真实图像。

三、研究（设计）内容和拟解决的关键问题
1.研究内容
设计一个带语音提示功能，用三个超声波测距模组组成的超声波检测倒车雷达控制系统，能够语音提示报警0.35m-1.5m范围内的障碍物。

具体功能为：
(1)可以语音提示探测0.35m-1.5m范围内的障碍物；
(2)语音提示可指明哪一个方向（或区域）有障碍物在探测范围内；
(3)利用三个LED发光二极管来表示三个传感器探测范围内是否有障碍物，当探测范围内有障碍物时，发光管以一定频率闪烁，闪烁的频率根据距离定，距离越近闪烁越频率越高。

2.研究途径
收集资料和文献，系统学习模糊控制技术和神经网络控制技术，按照超声波测距理论所建立的数学模型制定控制策略及选用适当控制算法，建立完整仿真模型并仿真。

设计以SPCE061A单片机为主芯片、以超声波发送器为输入信号、专用接收电路，制作硬件并在线调试程序。

3.拟解决的关键问题
本课题的主要问题是：超声波的发送、接收与处理。

如果条件允许，需解决的问题还有：购买专用于超声波系统的集成芯片及开发软件，同时考虑如何降低温度、湿度给系统造成的误差。

四、研究（设计）方案与进度计划安排
1.设计方案
本方案以SPCE061A为核心，使用凌阳科技公司生产的61板，三个超声波测距模组依次排布，组成线阵的传感器阵列；另外，接有转接板、发光二极管显示模块。

本方案要求所有的语音资源，程序代码都存放在一颗SPCE061A片内Flash当中；当语音播报时，如检测到左后方有障碍物，则用语音播放：“左后方”；如右后方有障碍物，则语音播放：“右后方”；当检查到中间的传感器探测范围内有障碍物时，语音播放：“后方”。

而连续播放提示的间隔，要大于或等于3秒，以免过于频繁的播报语音。

其系统的工作原理框图如图1所示。

图1 系统工作原理图
（1）超声波发送模块设计
超声波发送器可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。

前者利用软件产生40kHz 的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。

这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流在100mA以上的驱动电路。

第二种方法是利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。

这种方法的优点是无须驱动电路，但缺乏灵活性。

本设计采用第二种方法产生超声波。

由SPCE061A产生40kHz方波，通过超声波谐振频率调理电路后面的CD4049则对40KHz频率信号进行调理；以使超声波传感器产生谐振，由超声波探头发射出去，超声波谐振频率调理电路如图2所示。

图2 超声波谐振频率调理电路
（2）超声波接收模块设计
超声波接收器包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。

超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，否则将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。

由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路放大。

正弦波信号不能直接被单片机接收，必须进行波形变换。

如图3所示。

图3 超声波接受及处理电路
超声波在空气中传播时，其能量的衰减与距离成正比，即距离越近信号越强，距离越远信号越弱，通常在1mV～1V之间。

超声波接收处理部分电路前级采用NE5532构成10000倍放大器，对接收信号进行放大；后级采用LM311比较器对接收信号进行调整，比较电压为LM311的COM-line管脚处，可由J1跳线选择不同的比较电压以选择不同的测距模式。

其中NE5532是高性能低噪声运放，与很多标准运放相似，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力以及相当高的小信号与电源带宽。

NE5532主要应用再放大电路中，对信号进行放大。

(3)语音电路设计
语音报警是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时，发出声音提醒驾驶员，语音电路设计如图4所示。

语音提示模块主要是利用SPCE061A内部的DAC电路实现。

图中的SPY0030 是凌阳公司的产品。

和LM386 相比，SPY0030 还是比较有优势的，比如LM386 工作电压需在4V以上，而SPY0030 仅需2.4V (两颗电池)即可工作；LM386 输出功率100mW以下，SPY0030约700mW。

其他特性请参考SPY0030的数据手册。

图4 语音电路原理图
（4）软件设计
SPE061A单片机及其开发应用系统具有语言简洁、可移植性好、表达能力强、可进行结构化设计、可以直接控制计算机硬件、生成代码质量高、使用方便等诸多优点。

该系统的主程序处于键控循环工作方式，当手柄转入倒车档，主程序开始调用测量子程序、显示子程序和语音提示子程序，完成整个检测提示过程。

2．进度计划安排
五、预期结果和创新成果
1．预期成果
基本做到对汽车倒车时状态的时时监控，能以声音和LED二极管告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，帮助驾驶员扫除视野死角和视线模糊的缺陷，提高安全性，避免不必要的麻烦。

2．创新成果
市场上很多的倒车雷达都是使用单片机SPCE061A为核心来做的，其中的缺点很多。

AT89C2051其扩展性和执行能力都不能够满足未来发展的需求，很大程度上限制了倒车雷达的功能扩展，而凌阳公司的SPCE061A单片机确很好的弥补了这一点，SPCE061A有很低的价格，更强大的功能，而且它的语音功能更是一大特点。

使用SPCE061A来设计倒车雷达，在功能上超过很多市场上的产品，精确度更高，价格更低廉，未来扩展性更好。

六、成文时间和提交成果形式
1．成文时间
2009年6月22日－2009年6月25日。

2．提交成果形式
开题报告、毕业设计论文、外文翻译资料、原程序清单或运行仿真结果、原理图、毕业设计手册、所有毕业设计内容的电子文档。

七、参考文献:
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