超声波测距倒车雷达系统的设计【开题报告】

毕业设计开题报告
电子信息工程
超声波测距倒车雷达系统的设计
一、选题的背景、意义
随着经济的飞速发展的进程，作为交通运输的车辆的不断增多，由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。

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。

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。

其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。

倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率。

在2006年汽车事故的发生比例中，倒车引起的事故占28%，倒车已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。

因此，提出了基于超声波测距的汽车用倒车雷达的设计。

汽车倒车雷达全称为“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车和起动车辆时因前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员克服视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。

倒车雷达的原理与普通雷达一样，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。

通过感应装置发出超声
波，然后通过反射回来的超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、形状等。

只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制，目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离，并做出提示。

本设计的研究的汽车倒车预警系统将为驾驶者提供一个倒车提示和距离报警，本课题的现实应用的意义在于:
(1)将倒车自动化从被动防撞引向智能控制方向发展;
(2)体现了“以人为本”的驾驶理念，倒车时驾驶者的视线可集中在前方，不需顾及车后状况，增加了倒车的安全性和可靠性，并且它的应用可减轻司机体力和脑力劳动的强度;
(3)安全可靠的防碰撞预警，使驾驶者无论是白天还是夜晚都能实现安全倒车;
(4)这一方案建立在安装小组件的基础上，避免对汽车整车的影响，为应用和普及创造了条件，经济性较好，易于普及。

汽车倒车雷达预警系统的运用可极大地减轻驾驶者的体力、脑力劳动强度，降低倒车难度，避免驾驶员因方向感不强、判断和操作失误而引起的事故，同时它将对提高汽车智能化水平和最终实现汽车无人驾驶产生积极的意义。

二、相关研究的最新成果及动态
经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这几代产品都各有特点，目前使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这3种。

倒车雷达真正开始于轰鸣器，也就是第一代倒车雷达。

我想很多人都不会忘记“倒车请注意！”这句话，因为现在多数普通车还在使用它从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。

第二代则是采用数码波段显示，可显示后障碍物离车体距离的数码波段显示倒车雷达，没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。

第三代的液晶荧屏显示较以前有了一个质的飞跃。

第三代产品把数码和波段组合在一起，但比较实用，但安装在车内不太美观。

第四代魔幻镜倒车雷达，魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。

动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。

不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。

第五代魔幻镜倒车雷达，结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。

因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。

而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。

第六代产品在第五代的基础上新增了很多功能，是专门为高档轿车生产的。

最初的倒车雷达，只有后方探测，现在的倒车雷达不仅实现了前后方探测，甚至连左右侧都可以进行探测。

还有一些更先进的技术，已经使用在高档汽车上。

发展趋势：(1)由加装向原装发展。

越来越多的汽车在出厂时配有倒车雷达。

(2)原装倒车雷达车型呈现高档→中档→低档的发展态势。

(3)由主流探头向更多探头发展。

(4)功能更加强大，集成音响和音像播放功能。

(5)设备趋于小型化、人性化、智能化。

三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标
1、主要研究内容
超声波频率一般是指在20 kHz以上的机械波，穿透性强，衰减小，反射能力强。

工作时，超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲，给测量逻辑电路提供一个短脉冲。

最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。

超声波测距原理简单，成本低，制作方便，但其传输速度受天气影响较大，
不能精确测距；另外，超声波能量与距离的平方成正比衰减，因此，距离越远，灵敏度越低，从而使超声波测距方式只适用于较短距离。

超声波测距的算法: 超声波在空气中传播速度为340m/s。

X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，超声波发出到遇到返射物返回的距离如下：
汽车倒车雷达系统由三个子系统组成，如图1所示，分别为测距子系统(超声波发送接收系统)、控制系统和显示报警子系统。

各模块所完成的具体功能如下:
(1)测距系统:由传感器设计的发送模块、接收模块和控制系统共同完成测距功能。

(2)控制系统:本系统以微机器为控制核心，控制整个系统的运行，对各种接口电路进行控制，通过对多路选择开关的控制，发射脉冲，检测到回波后，进行数据处理实现实时时间差采样，测出从超声波发射到接收回波信号的时刻差，从而测出距离。

(3)显示报警系统:显示障碍物距离及报警以提醒驾驶员。

图1 倒车防撞雷达系统组成
2、研究方法
1、超声波测距倒车雷达主机硬件框图，如图2
图2硬件框图
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

为了测量汽车尾部与障碍物之间的最小距离，在汽车尾部安装多个超声波传感器，测量时巡回检测各个探头与障碍物之间的距离，以各距离的最小值作为最终测量。

2、超声波发送模块：
超声波发送器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分。

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40 kHz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。

3、超声波接收模块：
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。

4、换向选通电路设计：
换向选通电路目的: 实时选通不同方向的信号，能多方向测距。

本设计中的发射和接收电路各有4路，分别连接4个收发一体的超声波探头。

若采用多收/发器同步发射/接收的工作方式，就存在收/发器间信号串扰的问题。

系统采用了时分复用的工作方式，即让每一收/发器分时工作，每次单独完成一个测距周期。

本设计将采用一路PWM 信号经过模拟开关CD4052分配到四路，轮巡发射的办法实现分时复用。

5、超声波测距倒车雷达软件流程框图，如图3
图3软件流程图
在对控制模块初始化之后，进行40KHz的超声波发射，延时一段时间，等待传感器余震消失之后，开始检测是否收到回波，当没有收到回波的时候，继续等待，如果收到回波，则根据此时与开始发送之间时间间隔计算车尾到障碍物之间的距离，并送往液晶模块显示，根据具体做出预警。

3、难点及预期达到的目标
超声波测距倒车雷达系统覆盖了模拟电路、数字电路、单片机技术、传感器技术及超声波检测技术等。

即有硬件设计还包括软件设计，知识点丰富，综合性强。

需要较强的理论基础知识，还必须具备很强的电子产品开发和设计能力，体现个人动手能力。

本设计集液晶显示和语音提示双结合，使用方便，安全可靠。

而且在硬件上通过增加可调电阻去改善滤波电路的品质因数，通过增加滤波电路降低噪声干扰，通过改进软件算法提高系统可靠性、稳定性以及测距的精确度性能。

实际用的倒车雷达要在车后安装两对超声波传感器，用以检测到车后略宽于车的较大范围的障碍物，左右距离的报警可以用不同频率区别，仍然分别用间歇鸣叫频率报警提示距离。

系统采用了AT89C2051单片机，充分利用了其丰富的片上资源使得系统功能丰富，使用的外围芯片减少，提高了系统可靠性。

目前市场上大多数倒车雷达都或多或少存在误报警或者不报警的情况，也就是倒车雷达的稳定性出现问题，这是倒车雷达最关键的性能问题，探测雷达所用的超声波是一种模拟技术，性能不稳定的雷达会出现乱跳的现象。

除此之外，目前倒车雷达报警后，是采取驾驶员制动的方法，而非自动刹车，也是怕误报警后的自动刹车带来负面影响，因此下一步的工作会放在怎样通过收集不同的探测信号建立信息库，来正确判断雷达所探测到的不同情况，作出尽可能正确稳定的反应，以最大限度避免误报警的负面影响。

超声波测距倒车雷达系统作为一种测距和预警系统，很好地实现了外围的数据采集和处理，为以后综合的汽车安全系统的设计开发提供了参考和依据，可移植性会非常好。

四、论文详细工作进度和安排
1.第1-3周完成文献检索报告和开题报告；
2.第4-5周毕业实习到某些具体生产现场和相关实验室；
3.第6-13周完成毕业设计；
4.第13-15周完成毕业说明书（毕业论文）撰写,上交指导教师评阅；
5.第15周毕业论文答辩；
五、参考文献
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