超声波倒车雷达开题报告

浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告

倒车雷达预警

严团

(09自动化2班 B09330224）

1选题的背景与意义

随着科技的发展，人们对汽车安全与舒适性的要求越来越高。为了提高汽车的安全性，汽车生产过程中常给汽车装上倒车雷达，使得汽车的安全性大为提高。目前，国内外的高档汽车几乎都装有倒车雷达，并且倒车雷达的应用也正逐渐在汽车行业普及[1]。

1.1超声波倒车雷达定义

超声波倒车雷达也叫“倒车防撞雷达”，是汽车在停车或者倒车时的辅助设备，由超声波传感器（俗称探头）、电脑微处理器和显示设备等部分组成。能显示距离障碍物的距离或发出报警声，告知驾驶员周围障碍物的情况，提高驾驶的安全[4]。

1.2 国内外的研究现状

近十年内，国内外研究人员主要研究超声波回波信号的处理方法，新型超声波换能器、超声波发射脉冲选取等方面做了大量的研究，并针对超声波的干扰提出了各种解决方法，这些方法使得超声波的测量距离精度大大提高，对应的应用领域汽车倒车雷达也进行了各项改进，使得汽车的安全性能大幅提高。

目前汽车的倒车雷达的高端应用领域是自动泊车系统，倒车雷达结合倒车摄像系统，倒车时车后的视野直观的显示在汽车的仪表盘上，让倒车变得更容易[10]。

2 研究的基本内容与拟解决的主要问题

2.1 基本内容

本次毕业设计中主要完成的内容包括

1)超声波倒车雷达的原理分析与设计

超声波发射与接收的原理，超声波发射与接收的外围电路以及外围电路与单片机的接口处理。

2)超声波的发射与接收电路调试与装配

在确定正式电路之前必须对超声波的发射与接收系统进行调试，并不断的改进，找出误差的所在，确定最优方案，最后进行硬件装配。

3)距离测量与报警

单片机对超声波接收端的接收的数据进行处理，并转换成距离进行显示。并可以设定安全距离，当测量得的距离低于安全距离时进行报警。 2.2 拟解决的主要问题 1.超声波传播的速度不恒定

超声波在介质中的传播速度随周围环境的变化而变化，其中温度的影响最为明显。常温下，超声波的传播速度为340m/s ，温度每升高1℃，声速增加约为0.6m/s [8]。 2. 回波信号幅值随传播距离增大呈指数规律衰减[5]

回波信号幅值随传播距离增大呈指数规律衰减，使得接收传感器接收到的回波信号随着测量距离的增大而大幅减小，给回波前沿的准确定位带来困难，造成测量精度降低[6]。 3. 盲区

发射超声波时，超声波换能器在驱动脉冲结束后，会由于惯性继续振动，产生余振[9]。余振期间，由于无法区分回波信号与余振信号，因此必须等余振停止或衰减到足够小后，才能允许接收传感器接受信号。这段时间由于无法检测超声波传播距离，从而出现盲区[7]。

3 研究思路方案、可行性分析及预期成果

3.1 研究思路方案 3.1.1 系统结构：

图1 系统框图

本系统主要由倒车雷达信号发射器、倒车雷达信号接收器、单片机、数码管显示、电源蜂鸣器报警这六个部分组成。其工作原理是单片机发出短暂的

40kHz

信号，经放大后通过超

声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，产生锁定信号启动单片机中断程序，读出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LED数码管进行显示。

3.1.2 硬件方案：

3.1.2.1主控芯片选择

主控芯片选择STC89C52RC，STC89C52RC是51单片机内核，共32个I/O口，可以满足我们对I/O口的要求，它可以采用电脑的串口烧写程序，无须另外购买程序烧写器，节约成本。

3.1.2.2发射电路设计

单片机I\O的驱动能力有限，发出40KHz信号若不进行功率放大，则传输的距离不远，所以我们选用集成芯片74HC04,该芯片内部包含6个非门，每个非门的输出电流（负载能力）是一定的。两个并联，输出电流加倍，驱动能力翻倍，最大功率输出为60mW，满足我们对功率放大部分的要求。

3.1.2.3接收电路设计

由于接收到的信号比较弱，必须加一个放大电路，对进号进行放大，我们选择CX20106A对信号进行放大，CX 20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db，满足我们的设计要求。

3.1.2.4 显示电路

用4位共阳数码管显示汽车距离障碍物是多少米。

3.1.2.5 报警电路

当测量的值超出设定的范围时，蜂鸣器发出报警声。

3.2 可行性分析

超声波倒车雷达是一个综合系统，单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波, 从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离。

本课题涉及单片机软硬件以及传感器应用等方面的知识，在设计此系统时，必须要有扎实的单片机理论与传感器知识。我们在前面的课程学习中，已经学习了51单片机，传感器应用等方面的课程，还学习了模拟电子线路，数字电子线路等课程，通过上网查询相关的资料，已经对超声波倒车雷达原理有了初步的了解。

本次设计中要用到的单片机和各种芯片都是我们非常熟悉的，而对于倒车雷达的设计，有历年的各种设计可以参考。本设计的研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业设计的顺利完成并取得预期的研究成果。

3.3 预期研究成果

设计出硬件系统，可以发出40KHz的超声波信号，接收电路可以接收到发出的超声波信号，并可以转化为数字量，送到单片机进行处理，单片机对收到的数据处理，在数码管上显示出来，通过按键可以修改设定的安全距离。

4 研究工作计划

参考文献

[1] 彭翠云，赵广耀，戎海龙.汽车倒车系统中超声波测距模块的设计[M].压电与声光，2008; 30

[2]刘升平，王剑，葛红．超声波测距系统的开发与研究[M]．计算机工程与应用，2009,45(25);

78-81

[3]高飞燕．基于单片机的超声波测距系统的设计[M]．信息技术，2005,29(7) 128-129.

[4]仇成群，胡天云.基于超声波的汽车防撞报警系统的设计［N］.传感技术学报，2009，31-32

[5] Yang Yichun, MaChizhou. Algorithm study of fast and accurate time-delay estimation

with fine interpolation of correlation peak[J] Acta Acustica 2003,28

[6] 汪恩军，等.车辙检测中超声测距数据采集方法［N］.武汉理工大学学报，2008，30（1）

[7] QangLi Zhang, Y, P, Zheng, G.Gain.Flatness Consideration on the Ultra-Wideband

Low-Noise Amplifier Design [S] IEEE Trans,2005,6