1、浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告 班 级 09 自动化 2 班 姓 名 课题名称 基于单片机的倒车预警系统的设计 文献综述报告（包括国内外本课题及相关研究的现状、分析及参考文献目录，理工类要求不少于 2000 字） 目 录 1 前言 2 倒车预警系统的研究现状 2.1 倒车预警系统中的测距技术 2.1.1 测距原理 2.2.2 测距方法 2.2 倒车预警系统的核心处理器 2.3 倒车预警系统的构成 2.3.1 超声波发射器 2.3.2 单片机最小系统 2.3.3 超声波接收器 2.3.4 显示电路 3 总结 参考文献 基于单片机的倒车预警系统的设计 严团 09 自动化 2 班 B0
2、9330224 1 前言 我们把频率高于 20000 赫兹的声波称为“超声波”。超声波具有方向性好，穿 透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。可用于测距，测速， 清洗，焊接，碎石等。在医学,军事,工业,农业上有很多的应用，本次设计主要是利 用超声波做汽车的倒车预警系统。 倒车预警系统主要是由超声波测距。超声波测距是一种非接触式的检测方式。 与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对 于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应 能力。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播 方向上的结构信息很
3、容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方 法为高。超声波测距器，可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的 位置监控和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。例如： 液位、厚度、管道长度等场合，汽车在行驶的过程中，各种恶劣的环境都会遇到， 如何保证在汽车倒车时不受到周围环境的干扰呢？我们可以利用超声波超强的搞干 扰特性，保证汽车在各种情况下都能准确的做出倒车预警。 2 倒车预警系统的研究现状 倒车预警系统目前有很多种，但目前应用得最多的还是基于单片机的超声波倒 车预警系统，超声波倒车预警系统的主要原理是测量汽车到障碍物的距离，一般都 采用波在介质中的传播
4、速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微 波雷达测距和超声波测距三种。红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度 低，距离近，方向性差。激光测距的优点是精确，缺点是需要注意人体安全，且制 做的难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。激光测 距主要运用于军事方面，而在汽车领域，要求设备成本低，安全可靠，所以基本单 片机的超声波倒车预警系统将成为首选。 相信将来随着科学技术的不断进步，超声波倒车预警系统也会越来越完善。 2.1 倒车预警系统中的测距技术 声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制， 建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷
5、达，海洋测量，物体识别等方面得到 广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优 点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适 于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,可在潮湿高温，多尘等恶劣环 境下工作，例如：液位、厚度、管道长度等场合。在识别透明及漫反射性差的物体 上也更有优势 7。由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度， 对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统。相比于其它定位技术 而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短 距离测量定位。因而超声波测距器电路易实现
6、、结构简单和造价低，而且以声速传 播，便于检测和计算。 然而基于超声波倒车预警系统在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波 预警的精度。一是超声波在空气中衰减极大,由于测量距离的不同,造成回波信号的 起伏,使回波到达时间的测量产生较大的误差; 8二是超声波脉冲回波在接收过程中 被极大地展宽,影响了测距的分辨率,尤其是对近距离的测量造成较大的影响。这两 个是主要影响倒车预警系统的精度因素，当然还有一些其他的因素,诸如环境温度、 风速等也会对测量造成一定的影响,这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度 要求较高的场合的应用,由于汽车倒车预警系统对精度要求并不是那么，这些误差都 是在允许接受的范
7、围内的 9。 2.1.1 测距原理 超声波倒车预警的原理一般采用渡越时间法 TOF（time off light）。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，超声波在空气中传播，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。超声波在 空气中的传播速度为 c，这样只要计算出从发出超声波信号到接受到返回信号所以 的时间，就可以计算出汽车距障碍物的距离（s），即：s=c*t/2 5。 2.2.2 测距方法 声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制， 建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到 广泛的应用
8、。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优 点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适 于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,可在潮湿高温，多尘等恶劣环 境下工作，例如：液位、厚度、管道长度等场合。在识别透明及漫反射性差的物体 上也更有优势 7。由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度， 对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统。相比于其它定位技术 而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短 距离测量定位。因而超声波测距器电路易实现、结构简单和造价低，而且以声速传 播，便于检
9、测和计算。 然而基于超声波倒车预警系统在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波 预警的精度。一是超声波在空气中衰减极大,由于测量距离的不同,造成回波信号的 起伏,使回波到达时间的测量产生较大的误差; 8二是超声波脉冲回波在接收过程中 被极大地展宽,影响了测距的分辨率,尤其是对近距离的测量造成较大的影响。这两 个是主要影响倒车预警系统的精度因素，当然还有一些其他的因素,诸如环境温度、 风速等也会对测量造成一定的影响,这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度 要求较高的场合的应用,由于汽车倒车预警系统对精度要求并不是那么，这些误差都 是在允许接受的范围内的 9。 2.2 倒车预警系统的核心处理
10、器 近年来，随着单片机在我国的推广，以其简单实用、功能强、体积小而日益广 泛的被广大设计师采用，尤其在控制领域中的应用更为突出，单片机在汽车领域的 应用尤其突出，现在汽车的电路系统大多都是由单片机控制的，而本设计的倒车预 警系统，是单片机在汽车领域的典型应用。单片机出现的历史并不长，但发展十分 迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。目前 单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通 能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域，随着单片机性能的不断提高， 它的应用将会更加广泛。单片机技术发展非常快，所以目前的产品都致力于在功能 全面、技
11、术先进、操作简便、安全可靠、价格合理等方面进行仔细研究，精心设计； 及时掌握最新的单片机技术，在条件允许的情况下，尽可能地利用最新的单片机技 术来研制其应用系统，再利用单片机体积小、价格低、功能强等特点，以保证所设 计的产品在未来的一段时间内仍具生命力。在生活和生产的各个领域中，凡是有自 动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下， 凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需求。它的应用必定导致传统的控制技 术从根本上发生变革。单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题 1-3。未来单片机将在汽车领域的应用更加广泛。 单片机 STC89C52RC STC8
12、9C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰,高速,低功耗 的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器 周期可任意选择，最新的 D 版本内部集成 MAX810 专用复位电路 6。 特点： 1.增强型 6 时钟/机器周期，12 时钟/机器周期 8051CPU 2.工作电压：5.5V-3.4V（5V 单片机）/3.8V-2.0V （3V 单片机） 3.工作频率范围：0-40MHz，相当于普通 8051 的 080MHz 。实际工作频率可 达 48MHz 4.用户应用程序空间 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字节 5
13、.片上集成 1280 字节/512 字节 RAM 6.通用 I/O 口（ 32/36 个），复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口）P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻， 7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序 3 秒即可完成一片 8.EEPROM 功能 9.看门狗 10.内部集成 MAX810 专用复位电路（D 版本才有） 因此，本次基于单片机的超声倒车预警系统的设计具有一定的实用和参考价值。 2.3 倒车预警系统的构成 倒车预警
14、系统主要是由单片机，超声波发射器，超声波接收器，显示设备组成。 单片机控制超声波发射器发出超声波，当发出的超声波遇到障碍物时，会反弹回来， 超声波接收器收到信号，然后再送给我单片机进行处理，单片机最终把汽车离障碍 物的距离显示出来。以下将介绍倒车预警系统中各部分的作用。 2.3.1 超声波发射器 超声波发射器的功能是将单片机产生的 40KHz 信号经过放大换能输出，然后送 到超声波发射传感器发出超声波信号。目前常用 74HC04 作为驱动放大电路或高频 三极管组成的放大电路来作为超声波的发射器。 2.3.2 单片机最小系统 单片机最小系统主要是处理超声波接收器接收的超声波信号，再经过程序处理，
15、 转换成实际的距离，在数码管上显示。目前常用的单片机有 STC 公司的 89C52RC， 和 ATMEL 公司 89S52。 2.3.3 超声波接收器 超声波接收器主要是接收反弹回来的超声波信号，然后把这些模拟信号转换为 数字信号，再送入单片机。常用的超声波接收器有 CX20106A 以及 TL852。 2.3.4 显示电路 显示电路是显示当前障碍物与车之前的距离是多少米。常用的显示元件有数码 管，液晶显示屏。 3 总结 基于超声波的倒车预警系统因其具有精度高，抗干扰能力强，成本低，安全， 操作简单、工作稳定可靠等优点目前已经成功的应用在汽车领域。在目前的倒车预 警系统中，主要朝着高精度，高可
16、靠性，低成本方面发展，其在汽车领域内的应用 也越来越广泛。 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
17、 time-delay estimation with fine interpolation of correlation peakJ 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 8 童峰，许肖梅，许天增.基于遗传算法的超声 LMS 自适应时延估计 S.应用声学，2000，69. 9 马志敏，等.一种自动抑制超声测量盲区的方法M.声学技术，2005，24（1）126-127 10金元郁，张海鹰.超声波自主探路车探测方法的改进M.传感器与仪器仪表，2009， （1） 209-211 指导教师 审批意见 签名： 年 月 日
