1、畢業設計開題報告電子信息工程超聲波測距倒車雷達系統的設計一、前言自從人類發明第一輛汽車以來，至今世界汽車工業經過了一百多年的發展，當代汽車已經非常成熟和普遍了。汽車已經滲透于國民經濟國防建設以及人類生活的各個領域之中，成為人類生存必不可少的交通工具，為人類生存和社會的發展與進步起到了至關重要的作用。當今，汽車已經成為人們生活中不可缺少的一部分，它給人們帶來方便快捷的同時，也出現了許多問題。在享受汽車給我們帶來的便利同時，由于倒車而產生的問題也日益突出。車的數量逐年增加，公路、街道、停車場和車庫擁擠不堪，可轉動的空間越來越少；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

2、間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時有發生。在2006 年汽車事故的發生比例中，倒車引起的事故占28%，倒車已成為令人們頭痛的一項任務，即使是經驗豐富的司機也在抱怨倒車是件費力費神的事。據統計，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%， 路面相關事故的50%， 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計。經過幾年的發展，倒車雷達系統已經過了數

3、代的技術改良，不管從結構外觀上，還是從性能價格上，這幾代產品都各有特點，目前使用較多的是數碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車雷達這3 種。倒車雷達真正開始于轟鳴器，也就是第一代倒車雷達。我想很多人都不會忘記“倒車請注意！”這句話，因為現在多數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。第二代則是采用數碼波段顯示，可顯示后障礙物離車體距離的數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。第三代的液晶熒屏顯示較以前有了一個質的飛躍。第三代產品把數碼和波段組合在一起，但比較實用，但安裝在車內不太美觀。

4、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、溫度顯示和車內空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設計了語音功能。動態顯示，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。第五代魔幻鏡倒車雷達，結合了前幾代產品的優點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2 米以內的障礙物，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空間，直接安裝在車內倒視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內裝飾選配。第六代產品在第五代的基

5、礎上新增了很多功能，是專門為高檔轎車生產的。最初的倒車雷達，只有后方探測，現在的倒車雷達不僅實現了前后方探測，甚至連左右側都可以進行探測。還有一些更先進的技術，已經使用在高檔汽車上。發展趨勢：(1) 由加裝向原裝發展。越來越多的汽車在出廠時配有倒車雷達。(2)原裝倒車雷達車型呈現高檔-中檔-低檔的發展態勢。(3) 由主流 4 探頭向更多探頭發展。(4) 功能更加強大，集成音響和音像播放功能。(5) 設備趨于小型化、人性化、智能化。二、主題距離是在不同的場合和控制中需要檢測的一個參數。所以，測距就成為數據采集中要解決的一個問題。盡管測距有多種方式，比如激光測距、微波測距、紅外測距和聲波測距等。人

6、能聽到的聲音頻率為20Hz20kHz， 即為可聽聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為低頻聲波，20kHz以上的聲音稱為超聲波。它是一種只 有少數生物才能感覺的機械波，它的波長短、繞射小、能定向傳播。它的頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力就越強。超聲波測距是一種利用聲波特性、電子計數、光電開關相結合來實現非接觸式距離測量的方法。超聲波在空氣中的傳播速度為340米 /秒。因此，如果能測出超聲波在空氣中的傳播時間，就能算出其傳播的距離。它在很多距離探測應用中有很重要的用途，包括非損害測量、過程測量、機器人檢測和定位、以及流體液面高度測量等。所謂的時間測距法，即通過測定超聲波傳播的時間

7、間隔來測出聲波傳送的距離就是超聲波測距的一種。超聲波傳感器從封裝的類型上可以分為兩種，分別是開放型和密封型。其中，開放型的傳播面積更廣，探測距離更遠，適合在開放環境中應用。密封型傳感器傳播面積較小，探測距離一般，適合在液體中應用，并需緊貼固體材料。超聲波傳感器的使用類似于雷達，它主要完成兩項任務：發送超聲聲波和接收超聲聲波。 發送超聲波相對簡單，只要對超聲波傳感器發送的超聲波進行脈沖寬度調制，同時開啟計時器。而接收部分較為復雜，需要對信號進行調配，以便控制器能正確低識別反射回的超聲波、確定接收時間并停止計時器技術，然后根據“距離 =時間X音速”計算距離。超聲波傳感器有多種應用，常見的用途包括：

8、流量計、工具零件的清洗、倒車雷達等。超聲傳感器將處于超聲頻率的電信號經過超聲波傳感器中的超聲波換能器轉換成超聲聲波，超聲波傳感器按照一定的方向發射該超聲聲波，當超聲聲波遇到障礙物以后被反彈回來，再被超聲波傳感器所接受，由超聲波換能傳感器轉換為電信號。由于音速是一個已知的常數，因此通過回彈的時間，就可以計算出距離。倒車雷達(Car Reversing System )全稱“倒車防撞雷達”，又稱“泊車輔助裝置”，它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置。它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況，解除駕駛員泊車、倒車和啟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角死角和視線

9、模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。汽車倒車中存在的困難，其一是來自于駕駛者坐在駕駛座位上無法完全了解汽車四周特別是后方的環境。駕駛者只能依賴后視鏡觀察后方障礙物，后視鏡受其位置的 限制，視野狹窄、清晰度差，根本無法達到倒車中后視的目的。其二是倒車時駕駛者同時要兼顧車輛前方、兩側的情況，必須扭身回頭觀察車輛后面的情況，體力和腦力 消耗過大，易產生不安全因素。其三，倒車是一個復雜的工程，它依賴于駕駛者的駕 駛經驗、駕駛技巧及反應靈敏程度、任一環節出問題都導致駕駛員無法快速準確地完成倒車任務。解決汽車的倒車難問題目前有兩種思路，一是寄希望于汽車自動駕駛技術及其配套設施的日益成熟，目前這項技術仍處于研制開

10、發階段，短期內尚未能推廣應用: 第二是采用簡單的汽車倒車預警系統，但是傳統的汽車倒車預警系統的功能簡單，駕駛員仍然需要通過后視鏡去判斷車后的物體，以及通過估計汽車和車后障礙物的距離完成倒車任務。在常見的汽車倒車預警裝置的基礎上進行改進，能很大程度地解決倒車 難題，同時為汽車自動駕駛的研究應用奠定基礎。汽車倒車雷達預警系統由三個子系統組成，如圖所示，分別為測距子系統( 超聲波發送接收系統) 、控制系統和顯示報警子系統。測距系統控制系統A 蜂鳴器A數據顯示顯示報警系統控制系筑.一;倒車防撞雷達系統組成各模塊所完成的具體功能如下：(1)測距系統：由傳感器設計的發送模塊、接收模塊和控制系統共同完成測距

11、功能。(2)控制系統：本系統以微機器為控制核心，控制整個系統的運行，對各種接口電路 進行控制，通過對多路選擇開關的控制，發射脈沖，檢測到回波后，進行數據處 理實現實時時間差采樣，測出從超聲波發射到接收回波信號的時刻差，從而測出 距離。(3)顯示報警系統：顯示障礙物距離及報警以提醒駕駛員。設計應該采用超聲波測距的方式來測量汽車與障礙物的距離。該超聲波測距系統 由超聲波發射、回波信號接收、計時測量、數據處理與顯示等構成。整個系統由微處 理器(即單片機)控制，超聲波信號在空氣中傳播至障礙物后發生反射，反射的回波 經空氣傳播給超聲波接收換能器并轉換成電信號，經濾波、放大、整形后，輸入到微 處理器的外部

12、中斷口產生中斷，計數器停止計數，此時計數器記得的脈沖數就是對應 的需要測量的時間，通過相應的公式就可求出距離。三、總結“超聲波測距倒車雷達系統的設計”主要是通過超聲波系統與單片機來實現距離的測量，從而實現預先提示，減少倒車時的碰撞及事故。汽車用倒車雷達的設計， 主要是使用單片機語言編程實現超聲波測距系統與單片機之間的串行通信及顯示汽車與障礙物之間的距離。在整個設計過程中要熟悉單片機芯片和超聲波測距系統的工作原理以及所使用單片機的各個管腳及其功能。倒車雷達系統是保障汽車倒車安全的輔助系統，通過超聲波探頭發出超聲波，使用高速單片機計算距離，并可以加入了溫度補償電路，提高了距離計算的精度。系統安裝的

13、液晶顯示器可以直觀的顯示溫度和距離，給駕駛員提供了方便。倒車時當汽車 與障礙物的距離小于我們所設定的安全距離時，系統便通過語音集成電路發出報警，提醒駕駛員，防止汽車的碰撞或擦傷。汽車市場的快速發展將帶動倒車雷達市場的繁榮。國內倒車雷達主流市場已經開始由進口高檔汽車向中低檔汽車發展；技術上向著單芯片功能集成、靈敏度更高、 可視化等方向發展；后裝市場競爭激烈，前裝市場將是倒車雷達生產廠商的低風險高回報所在。四、參考文獻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,1993,102 陳瑩，基于單片機的超聲測距系統D. 中國知網：華中科技大學碩士學位論文，20043 丁鎮生

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