1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于单片机倒车雷达系统设计 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 倒车雷达是一种 将微型计算机技术与超声波的测距技术、传感器技术等相结合，可检测汽车倒车，其障碍物与汽车的距离，并根据障 碍物与车尾的距离远近实时发出报警的系统。 本文介绍了基于单片机的倒车雷达系统设计，详细讨论了硬件电路和单片机程序的设计。该设计有低成本实现较高性能的特点。 关键词 ：倒车雷达，超声波，单片机 - 2 - Abstract Reversing radar is the safety and assistant devic
2、es when parking or reversing a vehicle, it can tell drivers circs about the around barrier with voice or a more intuitive display, release the surrounded visit puzzle from drivers when parking, reversing and start vehicles. This paper presents a design of car reversing radar system based on AT89C52
3、microcontroller, which had low-cost, high-precision, LED display ,voice alarm and ultrasonic distance. The design of hardware and software are given in detail in the paper. Key Words： Reversing radar, ultrasonic, MCU - 3 - 目 录 - 4 - 1 引言 随着我国汽车产业 的高速发展，尤其是近几年来，我国开始进入私家车时代，汽车的数量逐渐增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来
4、越拥挤。汽车驾驶员越来越担心车的安全了，其中倒车就是一个典型。本文所设计的倒车雷达预警系统主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物的距离而设计开发的。该系统将微型计算机技术与超声波的测距技术、传感器技术等相结合，可检测汽车倒车，其障碍物与汽车的距离，并根据障碍物与车尾的距离远近实时发出报警。 1.1 课题研究的背景和意义 当今，汽车已经成为人们生活中不可缺少的一部分，它给人们带来方便快捷的同时也出现 了许多问题。如越来越多的汽车使道路上有效的使用空间越来越小，新手也越来越多，由此引发的剐蹭事件也越来超多，因剐蹭引起的纠纷也在不断地增加。原来不是问题的倒车也逐渐变成了问题。尽管每辆车都有后视
5、镜，但不可避免地都存在一个后视盲区，倒车雷达则可以一定程度上帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性减少倒车车祸事件。 1.2 国内外倒车雷达的发展现状 经过多年的发展，倒车雷达设计以及使用发生了质的改变。经过五年的发展，倒车雷达系统已经过了六代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能 价格 上，这六代产品都各有特点，使用较多的是 数码 显示、荧屏显示和魔幻 镜 倒车雷达这三种。 第一代倒车喇叭提醒：“倒车请注意”！想必不 少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。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
6、达。此产品在倒车状态时，语音提示路人小心，但 价格 便宜。 - 5 - 第二代轰鸣器提示：这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后 1.8米 1.5 米处有障碍物，轰鸣器就会开始工作。轰鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。此产品没有语音提示，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。 价格 在 200400 元之间。 第三代 数码 波段显示 ：比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在 1.8 米开始显示；如果是人，在 0.9 米左右的距 离开始显示。这一代产品有两种显示方式， 数码 显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜
7、色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有 0.8 米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有 0.60.8 米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到 0.6 米的距离，你必须停止倒车。 此点评：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， 价格 在 4001000 元左右。 第四代液晶荧屏显示：这一代产品有一个质的飞跃，特别是荧屏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障碍物的距离。此产品实现动态显示，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， 价格 在 8001500 元之间。不
8、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。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，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。由于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，不过 价格 稍高，在 10002000
9、 元之间。 第六代新品即将推出，是专门为高档车配置的。从外观上来看，这套系统比第五代产品更为精致典雅；从功能上来看，它除了具备第五代产品的所有功能之- 6 - 外，还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。相信价格 超过 2000 元，不过对于享受尊贵的消费者来说，这套系统值得一试。 可以说倒车雷达在人们的生活中已经有着举足轻重的地位。在经济上，人们也是可以接受的。倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，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，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾
10、驶的安全性。倒车雷达的发明是迫在眉睫的，是必不可少的设备。 - 7 - 2 超声波介绍 2.1 什么是超声波 人们能听到声音是由于物体振动产生的 ，它的频率在 20Hz-20KHz 范围内，而超声波是指频率高于 20KHz 的机械波。 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十 KHz，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。
11、 为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装 置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。 常用的超声波 传感 器可以分为二大类 ,一是用电气方式产生超声波 ,如压电式、磁致伸缩式超声波发生器 ； 二是用机械方式产生超声波 ,有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。下面我们主要介绍压电式超声波传感器 5。 2.1.1 压电式超声波传感器简介 压电式 超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转
12、换 成电信号 8。 超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。 反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声- 8 - 波接收器了 。 2.2 超声波传感器的应用 超声在许多领域内比可听声的用途更加广泛，是基于以下凡个原因 7: 1.具有方向性，超声波的频率越高，则方向性越强。 2.在无损探伤、水下声纳系统、超声测距系统中方向性是 一个重要的考虑因素。 3.超声波的频率越高，则波长越越短，波长可以小到与超声
13、传播媒介材料尺寸相比更小的程度。在高分辨率探伤、微小厚度测量、高精度测距中，这一点相当重要。 4.超声是不可听声，这样就避免产生噪声，因而超声具有绿色特性。当超声发射器与接收器分别置于被测物两侧时，这种类型称为透射型。 适用于在空气中传播，工作频率一般为 23-25KHz 及 40-45KHz。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。 透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等。超声发射器与接收器置于同侧的属于反射型， 分离式 反射型可用于接近开 关、测距、测液位或物位、金属探伤以及测厚等。 - 9 - 3 倒车雷达的原理与总体设计 3.1 超声波测距原理 图 3-1 测距原理图 测量距离的方
14、法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45 米 /秒，由单片机负责计时，单片机使用 12M 晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法 TOF（ time of flight），也可以称为回波探测法，如图 3.1 所示。超声波发射器向 某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据传声介质的不同，可分为液介式、气介式和固介式三种。根据所用探头的工作方式，又可分为自发自收单探头方式和一发一收双探头方式。而倒车雷达一般是装在车尾，超声波在空气中传播，超声波在空气中 (20 )的传播速度为 340m/s(实际速度为 344m/s 这里取整数 )，根据计时器记录的时间 (t)，就可以计算出发射点距障碍物的距离 (s)。公式如 3-1： s=340t/2 （ 3-1） 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，
