1、北京大学本科毕业论文论文题目 汽车倒车防撞报警器的设计与研究专 业 班 级姓 名 学 号 指导教师 广州大学华软软件学院电子系2014 年 1 月摘要 倒车后视不良一直都是困惑驾驭员，特别是菜鸟的难题。倒车雷达能以声响或许更为直观的方式奉告驾驭员周围障碍物的状况，协助驾驭员打扫视界死角和消除视野含糊的缺点，进步驾驭的安全性。这篇文章具体介绍了一种根据 AT89C51 单片机的超声波脉冲测距的倒车防撞报警器的规划。该规划以超声波在空气中传播速度为断定条件,使用超声波的反射，测出间隔。论文概述了超声测距的基本原理及超声传感器的特性，并在超声测距原理的基础上,提出了体系的整体构成，以蜂鸣器报警作为正
2、告提示，具有较强的实用性。关键词 超声波；防撞；传感器；报警器；控制系统ABSTRACT The back-draft back sight is not good always puzzles the pilot, specially novices difficult problem.The back-draft radar can or a more direct-viewing form informs around the pilot by the sound the obstacle situation, helps the pilot to clean the field of
3、vision dead angle and the elimination line of sight fuzzy flaw, enhances driving the security.This article introduced one kind in detail based on AT89C51 monolithic integrated circuit ultrasonic wave pulse range finder back-draft proximity warner design. This design take the ultrasonic wave in the a
4、ir the propagation velocity as the determination condition, the use ultrasonic wave reflection, the survey distance.The paper has outlined the supersonic range finder basic principle and the supersonic sensor characteristic, and in the supersonic range finder principle foundation, proposed the syste
5、m overall constitution, reports to the police by the buzzer took the warning reminder, has the strong usability.KEY WORDS Ultrasonic; anti-collision; sensor; alarm; control system目 录1、前 言 .51.1 国内外发展的概况以及存在的问题 .51.2 倒车雷达的发展 .61.3 本设计的目的 .81.4 研究意义 .82、系统计划选择 .92.1 测量计划的比照 .92.2 超声波测距的工作原理 .92.3 超声波测
6、距的工作方式 .103、系统硬件设计 .113.1 超声波发送模块规划 .113.2 超声波接收模块规划 .133.3 语音电路规划 .143.4 LED 显示电路设计 .144、系统软件设计 .165、系统误差分析及改进 .195.1 发射器探头对接收器探头的影响 .195.2 回波检测对时间测量的影响 .195.3 超声传感器所加脉冲电压对测量范围和精度的影响 .205.4 针对误差产生原因的系统改进方案 .20结 论 .22参考文献 .23附 录 .24致 谢 .361、前 言1.1 国内外发展的概况以及存在的问题随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也
7、日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，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预警系统势在必行，超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离，低速状况，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用。 汽车倒车防撞测距报警器一般有四种：1 嘀嘀声加闪光，2 音乐声加闪光，3 语音声加
8、闪光，4 倒车到危险距离时发出警报声的超声波倒车报警器，由于很多研究都采用的是特殊难购的专用元件，使其难以推广，本设计采用国内生产的通用元件，成本较低廉，本设计使其在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，在倒车到极限距离时会发出急促的警告声，提醒驾驶员注意刹车，如果和制动系统联系在一起也可以形成自动刹车。(1) 预警时间不足最大有效探测距离的问题，大多数倒车雷达的最大有效探测距离：墙面小于 2.5m,行人 0.6-1.2 m。实验知道一些驾驶员的习惯初始倒车速度 3-12km/月 ，即 0.83-3.3 m/s,。现以平均 1.5 m/s 计算，倒车雷达发现目标仅有 1.67 s，对行
9、人只有 0.4-0.8 s。如此以来，等报警器报警后汽车再减速就很紧张，明显感到预警时间不足。(2) 反映速度迟钝多数成品倒车雷达的显示速度因为考虑到抗干扰等因素，显示更新的速度约 0.2-0.4s，即在 0.2-0.4s 显示一次距离，根据以上的推断，从倒车雷达发现目标到发出警报如果需要 3s 秒，这时车已经行使了 0.45s，这显然感到反应迟钝。(3) 探测盲区问题 多数倒车雷达的超声波传感器为 2-3 个，单个传感器的水平探测角度约60-70，这样势必造成 2-3 个盲区，如图 1-1，而增加传感器的个数不但增加成本，而且提高报警器的故障率。另外，由于等同与水平探测角度的垂直探测角度显得
10、过大，往往对粗糙地面发生误报，如果改为探测角度为 30的传感器不会误报，但是不能有效的探测约 30cm 高的路堤，造成倒车时碰到后保险杠的问题。图 1-1 传感器盲区图解 1.2 倒车雷达的发展随着我国汽车产业的高速发展，尤其是近两三年我国开始进入私家车时代，汽车电子产业成了新的增长点，汽车电子产品的高利润和市场广阔性倍受商家关注，音响和防盗器就是明证，近两年来，倒车防撞报警器成了商家的电子新爱，众多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车防撞报警器，可以这么说，几乎生产防盗器的厂家都在生产倒车防撞报警器。市场上经销的倒车防撞报警器品牌多达几十种，在全国零售市场上销售的主要有固地、铁将军、伊莱、豪迪、奇贞
11、、铭品、全安、佐敦、永泰和、俊邦视宝等品牌，基本上国产品牌占 90%，而进口产品在终端市场上零售的较少。处在我国汽车用品大行业环境的繁荣背景下倒车防撞报警器已渐渐形成一个较大的行业，而且已呈现出一派激烈竞争的态势。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。第 1 代倒车雷达。 “倒车请注意”!想必不少人还记得这种声音,它只能算作最早的有关于倒车的一个产品,不能称为雷达,现在只有小部分商用车还在使用。只要驾驶员挂上倒档,它就会响起,提醒周围的人注意。从某种意义上说,它
12、对驾驶员并没有直接的帮助,基本属于淘汰产品。最初的倒车雷达是蜂鸣器,它标志着倒车雷达系统的真正开始。倒车时,如果距车 1.51.8 m 处有障碍物,蜂鸣器就会开始工作,蜂鸣声越急,表示车距障碍物越近。该装置既没有语音提示,也没有距离显示,虽然驾驶员知道车后有障碍物,但不能确定障碍物距离车究竟有多远。第 2 代倒车雷达。第 2 代产品采用数码波段显示,可以显示车后障碍物离车体的距离。如果车后是物,在 1.8 m 开始显示;如果是人,在 0.9 m 左右的距离开始显示。这一代产品有 2 种显示方式,数码显示产品直接显示距离数字,而波段显示产品由 3 种颜色来区别:绿色代表安全距离,表示障碍物离车体
13、距离有 0.8 m 以上;黄色代表警告距离,表示离障碍物的距离只有 0.60.8 m;红色代表危险距离,表示离障碍物只有不到 0.6 m 的距离,必须停止倒车。第 2 代产品把数码和波段组合在一起,比较实用,但安装在车内不太美观。第 3 代倒车雷达。第 3 代产品是液晶荧屏显示,这一代产品较以前有一个质的飞跃,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。其外表美观,可以直接粘贴在仪表盘上,安装很方便,给人以舒适的感觉,显示的距离也更准确些。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 4 代倒车雷
14、达。第 4 代产品是魔幻镜倒车雷达,它结合了前几代产品的优点,采用了最新仿生超声雷达技术,配以高速微机控制,可全天候准确地测知 2 m以内的障碍物,并以不同等级的声音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,其外形就是一块倒车镜,所以可以不占用车内空间,直接安装在车内后视镜的位置。可以按照个人需求和车内装饰选配,不过价格稍高。第 5 代倒车雷达。第 5 代产品是整合影音系统,它是专为高档轿车生产的,在上一代产品的基础上新增了很多功能,它整合了高档轿车的影音系统,可以在显示器上观看 DVD 影像。当然其价
15、格也相当的不菲。1.3 本设计的目的本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的如冷藏车、集装箱车、垃圾车、食品车、载货车、公共汽车等倒车交通事故，另外还特别适用于夜间辅助倒车、倒车入库以及进入停车场停车到位，甚至还能防止盗贼扒车，本设计成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的时间意义。1.4 研究意义超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离，低速状况，以及在汽车倒车防撞报警系统中，超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性折射，反射，干涉，衍射，散射。
16、超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用。2、系统计划选择汽车的倒车防撞报警系统是以测距为基础的。在各种环境条件下,准确测量汽车与障碍物的距离是系统设计的关键。目前用于汽车工业的测距方法主要有超声波法、激光法和微波雷达法。2.1 测量计划的比照激光测量主要有脉冲和扫描两种工作方式,激光测量系统具有反应快、有效测量距离大、分辨率高、误差小等优点,近年来在汽车防撞领域越来越受到重视。由于激光镜头易受灰尘、雨雪、风沙的污蚀而影响其工作性能, 所以激光法不适宜在恶劣气候条件
17、下工作。微波雷达因为其工作频率高、波长短,可有效地缩小波束角度、减小天线尺寸,尤其适合在恶劣气候条件下工作。但是微波雷达测距时易受到雷达之间以及与其他通信系统之间的电磁干扰,抗干扰能力弱。超声波法与其他两种方式相比具有显著的优点,超声波测速测距的基本原理是利用其反射特性。超声波发生器发射 40 kHz 超声波遇到障碍物后产生反射波,超声波接收器接收到反射波信号,并将其转换成电信号,测量发射波与回波之间的时间间隔 T,并根据公式 R=(Tv)/2 计算距离(v 为超声波传播速度)。超声波的特点是对雨、雾、雪的穿透能力强,可以在恶劣气候条件下工作,系统制作简便,成本低。2.2 超声波测距的工作原理
18、人能听到的声音频率为:20Hz20kHz,即为可听声波,超出此频率范围的声音,即20Hz 以下的声音称为低频声波,20kHz 以上的声音称为超声波。超声波是一种只有少数生物(如蝙蝠、海豚)才能感觉的机械波,其频率在 20kHz 以上,波长短,绕射小、能定向传播。超声波为直线传播方式,频率越高,绕射能力越弱,但反射能力越强。为此,利用超声波的这种性能就可制成超声波传感器。超声波测距的原理就是利用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 v(随温度的变化而变化)，根据
19、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),即:s=v*t/2。2.3 超声波测距的工作方式利用超声波测距的工作,就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔,从而达到测量距离的作用。其主要有三种测距方法:(1)相位检测法,相位检测法虽然精度高,但检测范围有限;(2)声波幅值检测法,声波幅值检测法易受反射波的影响;(3)渡越时间检测法,渡越时间检测法的工作方式简单,直观,在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。其原理为:检测从发射传感器发射超声波,经气体介质传播到接收传感器的时间,这个时间就是渡越时间。本设计的超声波测距就是使用了渡越时间检测法。在移动车辆中应用的超声波传感器,是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性(纵波),通过接收自身发射的超声波反射信号,根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度,计算传播距离,从而得到障碍物到车辆的距离。
