基于超声波的汽车倒车防撞报警系统硬件设计【开题报告】

毕业设计开题报告

测控技术与仪器

基于超声波的汽车倒车防撞报警系统硬件设计

1选题的背景、意义

随着我国汽车产业的发展和人民生活水平的不断提高，越来越多的家庭拥有自己的汽车，在享受汽车给我带来便利的同时，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，新司机非专职司机越来越多，由于倒车而产生的问题也日益突出，倒车引起的纠纷也越来越多。倒车时，车辆之间，车辆与人之间，车辆与墙壁等障碍物之间的碰撞时有发生，在2002年的车辆事故发生的比例中，倒车引起的事故占21%，到2006年，倒车引起的事故比例占28%，到2008年甚至达到了30%。倒车已成为一项令人头痛的任务，即使是经验丰富的老司机也在抱怨倒车是一件费力费神的事。

汽车倒车时，由于驾驶员看不见后面的物体和人，往往会引发事故。由于在视觉盲区，无法看清楚身后的障碍物，司机倒车时很容易刮伤汽车，甚至发生事故，当倒车进入停车场指定泊位时，如果撞到石块或桩基，常常会将车后的消音器，后车灯和后车箱撞坏。倒车是一个复杂的任务。他依赖于驾驶员的驾驶经验，驾驶技巧以及反应灵敏程度。任一环节出现错误都会导致驾驶员无法快速准确的完成倒车任务。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能提出了更高的要求，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，解决汽车倒车中存在的困难。解决汽车的倒车难题目前有两种思路，一是寄希望于汽车自动驾驶技术及其配套设施的日益成熟，目前这项技术仍处于研制开发阶段，短期内尚未能开发应用，第二，据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可减少倒车事故的30%。所以用简单的汽车倒车预警系统，亦能很大程度地解决倒车难题，但是传统的汽车倒车预警系统的功能简单，驾驶员仍然需要通过后视镜去判断车后的物体，以及通过估计汽车和车后障碍物的距离来完成倒车任务。为了减少因此带来的损失，需要有一种专门的辅助装置帮助司机可以安全的完成倒车任务。即倒车雷达。

2相关研究的最新成果及动态

通常的倒车雷达主要由感应器，主机，显示设备等三部分组成，感应器发出和接收超声波信号，并将接受到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来，感应器装在后保险杠上，以角45度辐射，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛，蹲在车后玩耍的儿童等；显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器开始鸣叫，提示驾驶员停车，根据感应器种类不同，倒车雷达可以分为黏贴式，钻孔式和悬挂式，黏贴式感应器后有一层胶，可直接黏贴在后保险杠上：钻孔式感应器是在保险杠是钻一个洞，然后吧感应器嵌进去：悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备的不同，倒车雷达又可分为数字式，颜色式和蜂鸣式，数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接由数字式表示汽车与后面物体的距离并可精确到一厘米，让驾驶员一目了然，倒车防撞雷达发展到现在已经经历了五代。

第一代的倒车雷达系统是轰鸣器，倒车时，如果车后1.5-1.8米处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，轰鸣越急，表示障碍物越近。没有语音提示，也没有距离提示，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。

第二代倒车雷达可以显示车后障碍物离车的距离，这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物距离有0.8米以上；黄色代表警告距离，表示障碍物距离只有0.6-0.8米；红色代表危险距离，表示障碍物只有不到0.6米的距离，必须停止倒车。

第三代用液晶荧幕显示，特别是荧幕显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围的障碍物距离。该雷达动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接黏贴在仪表盘上，安装很方便，不过液晶显示器外观虽精巧，灵敏度较高，但是抗干扰能力不强，所以误报也较多。

第四代魔幻倒车雷达，采用了最新仿生超声雷达技术，配以告诉电脑控制，可全天候准确的测知两米内的障碍物并用不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。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功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市场上最先进的倒车雷达系统，其外形就是一块倒车镜，所以可以不占车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。

第五代倒车雷达系统是专门为高档轿车生产的，它整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像，因为是新产品，售价也较高。

倒车雷达的发展已经融入了整车的设计随着技术的成熟，价格的降低，倒车雷达将会逐渐普及称谓标准配置。倒车防撞系统的发展应该会朝着智能化和多功能化的方向。

3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标

随着国民经济的高速发展 ,我国汽车的拥有量在大幅增加,造成道路拥堵 ,交通事故频发 ,给人们的生命和财产安全带来了巨大的损失。安全驾驶成为大家关注的焦点 ,其中汽车防撞系统的设计和需求显得非常重要和迫切。针对这种情况 ,设计一种响应快、可靠性高且较为经济的汽车防撞报警系统势在必行。超声波作为一种频率超过 20kHz 的机械,其指向性强,能量消耗缓慢 ,在介质中传播距离远 ,因此超声波测距法是最常见的一种距离测量方法。利用超声波检测距离 ,设计比较方便 ,计算处理也较简单 ,而且精度也较高。

报警器由控制系统、超声波发射电路、接收电路、测速电路、报警电路、ＬＥＤ显示电路组成。倒车防撞预警系统由四路收发一体封闭(防水)型超声波传感器及其超声波发射与回波接收电路、超声波电信号放大电路、单片机控制电路、LED数码管显示电路和蜂鸣器声音报警电路组成。系统组成框图如图

图1 倒车雷达系统组成框图

超声波发射与回波接收电路的主要作用是提高驱动超声波传感器的脉冲电压幅值，有效地进行电／声转换，增大超声波的发射距离，并通过收发一体的超声波传感器将返回的超声波转变成微弱的电信号。超声波发射与回波接收电路

图2超声波发射与回波接收电路

超声波测距原理：超声波测距的原理是，通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差Ｔ，然后求出距离S=C*T/2，其中，C 为超声波波速，常温下取为344m/s。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。

测速原理：汽车车速的测量是通过霍尔集成传感器来实现的。即，将装有永久磁铁的转盘的输入轴与车轮的转轴相连，当车轮转动时，转盘随之转动，此时，转盘上的永久磁铁会经过霍尔集成传感器，从而在霍尔集成传感器的输入