【正文】 ........................35 圖 51 汽車?yán)走_(dá)實(shí)物 ....................................................................35 167。 汽車?yán)走_(dá)的調(diào)試 .......................................................................35 167。 軟件調(diào)試 ............................................................................35 167。 整機(jī)調(diào)試 ............................................................................36 167。 記錄并分析實(shí) 驗(yàn)結(jié)果 ...............................................................36 結(jié) 論 ......................................................................................................38 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................39 致 謝 ......................................................................................................41 附 錄 ......................................................................................................42 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 本 設(shè)計(jì)的名稱 是 超聲波自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng) 。主要是通過超聲波系統(tǒng)與單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)先提示，減少倒車時(shí)的碰撞及事故。我做的是汽車用倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)，主要是使用單片機(jī)語言編程實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距系統(tǒng)與單片機(jī)之間的串行通信及顯示汽車與障礙物之間的距離。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中要熟悉單片機(jī)芯片和超聲波測(cè)距系統(tǒng)的工作原理以及所使用單片機(jī)的各個(gè)管腳及其功能。以上的這些都是在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間所學(xué)的知識(shí)的利用。這不僅是對(duì)于本課題的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)更是對(duì)于自己學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力的一次考驗(yàn)。 倒車?yán)走_(dá)（ Car Reversing System）全稱“倒車防撞雷達(dá)”，又稱“泊車輔助裝置”，它是汽車泊車或者倒車時(shí)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(dòng)車輛時(shí)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模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。 經(jīng)過幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過了數(shù)代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這 3 種。倒車?yán)走_(dá)真正開始于轟鳴器，也就是第一代倒車?yán)走_(dá)。我想很多人都不會(huì)忘記 “倒車請(qǐng)注意！”這句話，因?yàn)楝F(xiàn)在多數(shù)普通車還在使用它。第二代則是采用數(shù)碼波段顯示，可顯示后障礙物離車體距離的數(shù)碼波段顯示倒車?yán)走_(dá)。第三代的液晶熒屏顯示較以前有了一個(gè)質(zhì)的飛躍。緊接著的四代魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)和五代整合影音系統(tǒng)更是結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，在原有倒車?yán)走_(dá)的基礎(chǔ)上增加了很多功能。 目前超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要是采用微處理器為核心，使用微處理器內(nèi)部的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，并結(jié)合溫度補(bǔ)償聲速等處理手段提高測(cè)距精度。但由于超聲波傳播時(shí)間難于精確捕捉，溫度對(duì)聲速的影響等原因，使得超聲波測(cè)距的精度受到了很大的影響，限制了超聲測(cè)距 系統(tǒng)在測(cè)量精度要求更高的場(chǎng)合下的應(yīng)用。由于微處理計(jì)時(shí)精度有限和硬件設(shè)計(jì)的束縛，現(xiàn)有超聲波測(cè)距系統(tǒng)的范圍比較低。現(xiàn)有超聲波測(cè)距系統(tǒng)不僅測(cè)量范圍有限制，且測(cè)量精度有限。超聲波測(cè)距儀雖然原理簡單，但是由于超聲波測(cè)距受到許多外界因素制約，包河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 括所測(cè)的超聲波傳播時(shí)間和超聲波在介質(zhì)中的傳播速度及環(huán)境溫度等等，如何選擇合適的方法提高精度是技術(shù)開發(fā)的重要瓶頸，國內(nèi)外的學(xué)者在提高超聲波測(cè)距精度方面做了大量的研究。面對(duì)廣闊的市場(chǎng)空間以及日益苛刻的測(cè)量要求。 超聲波是頻率高于 20200 赫茲 的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的 聲能 。超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于 超聲波探傷 、測(cè)厚、測(cè)距、遙控和 超聲成像 技術(shù)。本系統(tǒng)采用 時(shí)間差 測(cè)距法。利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。 測(cè)距的公式 可以 表示為： L=C? T 式中 L 為測(cè)量的距離長度； C 為超聲波在空氣中的傳播速度； T 為測(cè)量距離傳播的時(shí)間 差 (T 為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半 )。 利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且還有較高的測(cè)量精度。因此，將超聲波自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)應(yīng)用于 實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng) 具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 本設(shè)計(jì)要達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)： （ 1） 設(shè)計(jì)出超聲波測(cè)距儀的結(jié)構(gòu)電路。 （ 2） 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析能夠產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)送與接收，從而實(shí)現(xiàn)利用超聲波方法測(cè)量物體間的距離。 （ 3） 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行分析。 （ 4） 以數(shù)字的形式顯示測(cè)量距離。 在本次設(shè)計(jì)中，最關(guān)鍵的部份是硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，所以本文對(duì)這兩個(gè) 部分 做了比較詳盡的介紹。其中 硬件電路包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)、超聲波的發(fā)射與接受、報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示。超聲波的發(fā)射與接收電路的功能是為了檢測(cè)到障礙物的距離；報(bào)警電路和數(shù)碼管顯示電路是為了更好的提示駕駛員注意，進(jìn)而減少交通事故的產(chǎn)生。軟件部份本文采用 C 語言編程，使用單片機(jī)的中斷和計(jì)時(shí)功能，可以方便的實(shí)所設(shè)想的功能。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1章 課題研究背景與意義 167。 課題研究 的 背景 自從 1886 年 2 月 9 日卡爾?本茨發(fā)明了人類第一輛汽車，至今世界汽車工業(yè)經(jīng)過了近 122 年的發(fā)展，當(dāng)代汽車已經(jīng)非常成熟和普遍了。汽車已經(jīng)滲透于國防建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)以及人類生活的各個(gè)領(lǐng)域之 中，成為人類生存必不可少的、最主要的交通工具，為人類生存和社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步起到了至關(guān)重要的作用。當(dāng)今，汽車已經(jīng)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(shí)，也出現(xiàn)了許多問題。如越來越多的汽車使道路上有效的使用空間越來越小，新手也越來越多，由此引起的刮傷事件也越來越多，由此引起的糾紛也在不斷地增加。原來不是問題的倒車也逐漸變成了問題。盡管每輛車都有后視鏡，但不可避免地都存在一個(gè)后視盲區(qū)，倒車?yán)走_(dá)則可以在一定程度上幫助駕駛員掃除視角死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性，減少刮、擦事件。因此，提出 了基于超聲波測(cè)距的汽車用倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)。 近年來，隨著電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用超聲波作出精確測(cè)量已成可能。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，而超聲波測(cè)量精確高，成本低，性能穩(wěn)定則備受青睞。超聲波是指頻率在 20kHz 以上的聲波，它屬于機(jī)械波的范疇。超聲波也遵循一般機(jī)械波在彈性介質(zhì)中的傳播規(guī)律，如在介質(zhì)的分界面處發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，在進(jìn)入介質(zhì)后被介質(zhì)吸收而發(fā)生衰減等。正是因?yàn)榫哂羞@些性質(zhì)，使得超聲波可以用于距離的測(cè)量中。隨著科技水平的不斷提高，超聲波測(cè)距技術(shù)被廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪?。一般的超?波測(cè)距儀可用于固定物位或液位的測(cè)量，適用于建筑物內(nèi)部、液位高度的測(cè)量等。 利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的指標(biāo)要求。由于超聲波測(cè)距系統(tǒng)具有以上的這些優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車倒車?yán)走_(dá)的研制方面也得到了廣泛的應(yīng)用。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 167。 國內(nèi)外超聲波測(cè)距系統(tǒng)的概況 目前超聲波測(cè)距系統(tǒng)主要是采用微處理器為核心，使用微處理器內(nèi)部的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，并結(jié)合溫度補(bǔ)償聲速等處理手段提高測(cè)距精度。但由于超聲波傳播時(shí)間難于精確捕捉，溫度對(duì)聲速的影響等原因，使得超聲波測(cè)距的精度受到了很大的影響，限制 了超聲測(cè)距系統(tǒng)在測(cè)量精度要求更高的場(chǎng)合下的應(yīng)用。由于微處理計(jì)時(shí)精度有限和硬件設(shè)計(jì)的束縛，現(xiàn)有超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量范圍比較低。現(xiàn)有超聲波測(cè)距系統(tǒng)不僅測(cè)量范圍有限制，且測(cè)量精度有限。 超聲波測(cè)距儀雖然原理簡單，但是由于超聲波測(cè)距受到許多外界因素制約。因此，如何選擇合適的方法提高精度是技術(shù)開發(fā)的重要瓶頸，國內(nèi)外學(xué)者在提高超聲波測(cè)距精度方面做了大量的研究。 167。 汽車倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著科技的日新月異，人們對(duì)于車輛的功能及行車安全的期望日益增多。因此，近年來許多先進(jìn)安全系統(tǒng)及駕駛輔助系統(tǒng)相繼被開發(fā)出來。其中倒車輔助 系統(tǒng)是駕駛輔助系統(tǒng)中最先受到囑目的技術(shù)發(fā)展，目前己成為高階新車的標(biāo)準(zhǔn)駕駛輔助配備之一。倒車輔助的發(fā)展從倒車警示喇叭開始，經(jīng)倒車?yán)走_(dá)蜂鳴器碰撞警示、數(shù)字波段顯示技術(shù)（利用雷達(dá)感測(cè)液晶顯示距離）等階段的發(fā)展，目前己成功研發(fā)液晶顯示屏幕技術(shù)（即顯示距離激活引擎時(shí)，顯示器會(huì)顯示輪廓外型并以動(dòng)態(tài)方式顯示車輛與障礙物距離）。 超聲波測(cè)距系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用可能還會(huì)更全面，例如將來可以在汽車的四個(gè)角上分別安裝上該系統(tǒng)，這樣可以降低司機(jī)師傅在拐彎的時(shí)候擦傷車子，而且可以在汽車前面也安裝該系統(tǒng)，可以減少因霧天或是能見度較低的時(shí) 候汽車撞車事故。無庸置疑，未來的超聲波測(cè)距儀將與自動(dòng)化智能化接軌，與其他的測(cè)距儀集成和融合，形成多測(cè)距儀。隨著測(cè)距儀的技術(shù)進(jìn)步，測(cè)距儀將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。 車用雷達(dá)首先要解決的技術(shù)難題就是減少雷達(dá)的誤報(bào)。由于車輛在道路中行駛狀況十分復(fù)雜，并線、移線、轉(zhuǎn)彎、上下坡及道路兩旁的靜態(tài)護(hù)欄、標(biāo)志牌和各種惡劣天氣的影響等，使得雷達(dá)對(duì)主目標(biāo)的識(shí)別產(chǎn)生較高的誤報(bào)率。盡管某些雷達(dá)具有二維，甚至三維的目標(biāo)探測(cè)能力，但迄今為止，沒有河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 任何一個(gè)傳感器能保證在任何時(shí)刻提供完全可靠的信息。要想 完全解決這種誤報(bào)問題，還需采取多傳感器之間的信息融合技術(shù)。如美國 Dephi 公司的汽車防撞系統(tǒng)就采用了激光雷達(dá)、微波雷達(dá)和機(jī)器視覺等多種傳感器的信息融合，實(shí)現(xiàn)了信息分析、綜合和平衡，利用數(shù)據(jù)間的冗余性和互補(bǔ)特性進(jìn)行容錯(cuò)處理，克服了單一傳感器可靠性低、有效探測(cè)范圍小等缺點(diǎn)，有效降低了雷達(dá)的誤報(bào)率。 167。 課題研究 的意義 近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國的汽車數(shù)量正逐年增加。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加。在公路、街道、停車場(chǎng)、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時(shí)，駕駛 員既要前瞻，又要后顧，稍微不小心就會(huì)發(fā)生追尾事故。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)， 15％的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。因此 ， 增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波 ，提醒駕駛員在倒車時(shí)有效的避開可能對(duì)倒車造成危害的障礙物和行人，從而有效避免由于倒車造成的汽車碰撞或擦傷的經(jīng)濟(jì)損失和人身安全問題，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2章 超聲波測(cè)距原理與方法 167。 超聲波的簡介 科學(xué)家們將 每秒鐘 振動(dòng) 的次數(shù)稱為聲音的 頻率 ，它的單位是 赫茲 (Hz)。我們?nèi)祟?耳朵 能聽到的聲波頻率為 20Hz～ 20200Hz。當(dāng) 聲波 的振動(dòng)頻率小于20Hz 或大于 20KHz 時(shí)，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于 20200 赫茲的聲波稱為 “超聲波 ”。超聲波在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，能量易于集中。超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離。 167。 超聲波的物理性質(zhì) 當(dāng)超聲波傳播到兩種特性阻抗不同介質(zhì)的平面分界面上時(shí)，一部分超聲波被反射；另一部分透射過界面，在相鄰介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播。這樣的兩種情況稱之為超聲波的反射和折射。 超聲波在一種介質(zhì)中傳播，其聲壓和聲強(qiáng)按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減。 如果在一種介質(zhì)中傳播幾個(gè)聲波，于是產(chǎn)生波的干涉現(xiàn)象。由于超聲波的干涉，在輻射器的周圍形成一個(gè)包括最大最小的揚(yáng)聲場(chǎng)。 167。 超聲波對(duì)聲場(chǎng)產(chǎn)生的作用 當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的變化，從而產(chǎn)生一系列 力學(xué) 的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的超聲效應(yīng) 。 超聲 波傳播過程中，會(huì)引起介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)交替的壓縮與伸張，構(gòu)成了壓力的變化，這種壓力的變化將引起機(jī)械效應(yīng)。超聲波引起質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，雖然位移和速度不大，但是與超聲波振動(dòng)的頻率的平方成正比的質(zhì)點(diǎn)的加速度卻很大，有時(shí)足以達(dá)到破壞介質(zhì)的程度。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 在流體動(dòng)力學(xué)指出，存在于液體中的微氣泡在聲場(chǎng)的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定的值時(shí)，氣泡將迅速膨脹，然后突然閉合，在氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生沖擊波，這種膨脹、閉合、振動(dòng)等一系列動(dòng)力學(xué)過程稱為空化。 如果超聲波