【正文】 ............................................................................... 25 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 1. 緒論 課題研究背景 及目的 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ,交通運(yùn)輸業(yè)日益興旺，我國(guó)汽車的數(shù)量逐年攀升。 另外， 隨著中國(guó)城市化的加速推進(jìn)，這一數(shù)字還會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)高水平的增長(zhǎng)。 汽車的數(shù)量逐年增加，造成公路、街道、停車場(chǎng)、車庫(kù)等越來(lái)越擁擠。在享受汽車給我們帶來(lái)便利的同時(shí)，由于倒車而產(chǎn)生的問題也 日 益突出。因?yàn)轳{駛員在駕車時(shí)的視野范圍是很有限 的，通過車內(nèi)和外側(cè)的反光鏡可以大幅度提高駕駛員的視野范圍，但位于車正后方的障礙物以及高度不足以通過反光鏡看到的或者距離車身過近的障礙物都可能處于駕駛員的視野死角或者視野模糊區(qū)中。這樣，小則對(duì)駕駛員的泊車、倒車造成不便，大則也會(huì)帶來(lái)一些危險(xiǎn)。據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計(jì)， 15％的汽車事故是由汽車倒車“后視”不良造成的。因此，人們對(duì)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(lái)的不便，消除駕駛中的不安全因素，可將車輛快速準(zhǔn)確地停放到指定的位置。鑒于此 ，設(shè)計(jì)一種響應(yīng)快、可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車倒車防撞 報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)在必行。 本文介紹的倒車防撞報(bào)警器，與汽車配備的倒車?yán)走_(dá)原理和用途一致，都是利用超聲波測(cè)距原理實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)距，都是用作“泊車輔助裝置”，可稱作“簡(jiǎn)單型”的倒車?yán)走_(dá)。但相比市場(chǎng)上各種價(jià)格昂貴的倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品，本文介紹的倒車防撞報(bào)警器，價(jià)格更為經(jīng)濟(jì)，電路更為簡(jiǎn)單，精度也能滿足常用要求。防撞報(bào)警器是汽車泊車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置，由超聲波傳感器 (俗稱探頭 )、單片機(jī)控制系統(tǒng)、 LED顯示和蜂鳴器等部分組成。防撞報(bào)警器的主要作用是在倒車時(shí)，利用超聲波測(cè)距原理，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的超聲波傳感器發(fā)送超聲波，超聲波 遇到障礙物后反射至超聲波傳感器，從而計(jì)算出車體與障礙物之間的實(shí)際距離，再給駕駛員以提示，使停車和倒車更容易、更安全。該裝置能夠在駕駛員視野的死角處，通過 LED顯示、聲音等形式為駕駛員提供信息和警示來(lái)告知駕駛員周圍障礙物的情況，使駕駛員能夠更清楚的了解周圍障礙物的情況，對(duì)駕駛員的起步、泊車、倒車等環(huán)節(jié)有很大幫助，提高了駕駛的安全性。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 課題國(guó)內(nèi)外研究狀況 我國(guó)倒車?yán)走_(dá)從 2021 年開始起步，從最初只是奔馳、寶馬等高檔車的專利，發(fā)展到現(xiàn)在成為許多轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)歷了六代技術(shù)改良 ，不管從結(jié)構(gòu)外觀上還是性能價(jià)格上，這六代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)。 第一代：倒車時(shí)通過喇叭提醒?！暗管囌?qǐng)注意、倒車請(qǐng)注意 !”， 想必不少人還記得這種聲音。現(xiàn)在第一代的倒車?yán)走_(dá)只有小部分大卡車、泥頭車在使用。只要司機(jī)掛上倒車檔，喇叭就會(huì)響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說(shuō)，這對(duì)司機(jī)并沒有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)，只是在提示路人小心。該類產(chǎn)品價(jià)格便宜，但基本屬于淘汰產(chǎn)品。 第二代：采用蜂鳴器產(chǎn)生不同聲音來(lái)提示駕駛員。在倒車時(shí)，蜂鳴器發(fā) 出“ 嘀、嘀、嘀 ”的響聲，這是倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時(shí)在車后一定距離內(nèi)有障礙物，蜂鳴器就會(huì)開始工作，蜂鳴聲 音 越急，表示車輛離障礙物越近。因?yàn)闆]有語(yǔ)音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車體有多遠(yuǎn)，所以對(duì)駕駛員幫助不大。 第三代：數(shù)碼波段顯示的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。顯示車后障礙物和車體之間距離的方式有兩種：一種是數(shù)字顯示方式，通過 LED顯示車體與障礙物間的距離；另一種是用顏色來(lái)區(qū)別：綠色代表安全距離，黃色代表警告距離，紅色代表危險(xiǎn) 距離。這一代倒車?yán)走_(dá)已經(jīng)比較先進(jìn)了，缺點(diǎn)是精確度不高、安裝不美觀。 第四代：液晶熒屏動(dòng)態(tài)顯示。這一代的倒車?yán)走_(dá)有一個(gè)質(zhì)的飛躍，可以看清車體與障礙物之間的實(shí)際距離和其圖像效果。此類倒車?yán)走_(dá)不用掛倒車檔，只要發(fā)動(dòng)汽車，顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，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。但這一代的產(chǎn)品靈敏度不太高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。 第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測(cè)知 2米以內(nèi)的障礙 物，并以不同等級(jí)的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能。這一代倒車 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 雷達(dá)的功能較多，但成本也比較高。 第六代：整合影音系統(tǒng)。這一代倒車?yán)走_(dá)是專門為高檔轎車生產(chǎn)的。從外觀上來(lái)看，它比第五代倒車?yán)走_(dá)更為精致典雅；從功能上來(lái)看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看 DVD 影像，但相應(yīng)的成本也更高。 目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品主要由國(guó)外公司占據(jù)著。國(guó)內(nèi)一些公司 雖然也推出了 相應(yīng)的 倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品，但在質(zhì)量上、市場(chǎng)份額上都無(wú)法與國(guó)外廠商相比擬。一些核心元器件，國(guó)內(nèi)相同產(chǎn)品達(dá)不到國(guó)外水平或者無(wú)法生產(chǎn) 。在倒車?yán)走_(dá)等輔助倒車研究領(lǐng)域，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在前面。他們?cè)谄囆畔⒒夹g(shù)的研究上起步較早，并且自身在半導(dǎo)體、微電子領(lǐng)域也具有很大的優(yōu)勢(shì)。因此，在這些國(guó)家智能化車載電子設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，很多高科技車載電子設(shè)備已經(jīng)相當(dāng)普及。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，在輔助倒車領(lǐng)域，國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了停車入位導(dǎo)航系統(tǒng)。梅賽德斯車廠已經(jīng)在使用雷達(dá)探測(cè)技術(shù)來(lái)幫助駕駛者 更快更安全地停車。導(dǎo)航雷達(dá)探測(cè)器能夠探測(cè)出經(jīng)過路線上的停車空位，并向駕駛者發(fā)出信號(hào)。這個(gè)時(shí)候，駕駛者可以通過探測(cè)器顯示的位置找到空位。在整個(gè)停車過程中，駕駛員切換到倒 檔后，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)由始至終地監(jiān)測(cè)汽車的位置和角度。如果駕駛者中斷 倒車，導(dǎo)航系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)計(jì)算出新的最佳停車路線和角度。在日本，豐田公司研制的導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確 地全自動(dòng)停車。當(dāng)導(dǎo)航系統(tǒng)鎖定一個(gè)合適的停車空位之后，只要駕駛員換到 倒檔，儀表盤上的屏幕上就會(huì)開始顯示由安裝在汽車背部的攝像頭傳送過來(lái)的車后圖像。此時(shí)，駕駛者只需對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)選擇的提供車位置 進(jìn)行確認(rèn)。在此之后，就可以松開方向盤和腳剎，保持適當(dāng)?shù)乃俣?。從這里開始，停車過程便由配備了超聲波雷達(dá)和攝像頭的停車導(dǎo)航系統(tǒng)全權(quán)接手。如果想要中止停車程序，駕駛者只需踩下剎車就可以了。而且這款設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)開始在一些高檔轎車上配備使用。 課題研究方案比較 在現(xiàn)代測(cè)距系統(tǒng)當(dāng)中， 主要 有以下測(cè)距方法： 1）毫米雷達(dá)測(cè)距 毫米雷達(dá)測(cè)距能夠探測(cè)多目標(biāo)，多目標(biāo)分辨力好，探測(cè)精度高，受天氣影響小，但存在電磁干擾問題，必須防止因雷達(dá)裝置相互間以及其他通信設(shè)施的電磁波干擾而發(fā)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 誤動(dòng)作 ， 其多用于高速公路上的防追尾碰撞。 2） 攝相系統(tǒng)測(cè)距 目標(biāo)攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測(cè)量精度高，但目前價(jià)格較高，同時(shí)受到軟件和硬件制約，成像速度角慢。 3）激光測(cè)距 由于激光測(cè)距受惡劣的天氣，汽車的激烈震動(dòng)，反射鏡表面摩損，污染等因素的影響，使反射的激光束在一定功率上探測(cè)距離比可能探測(cè)的最大距離減少 1/2 到 1/3 損失很大，影響探測(cè)精度，所以它一般都應(yīng)用于防追尾碰撞當(dāng)中。 4）紅外測(cè)距 它主要應(yīng)用于夜間行車或在軍事上使用。 5）超聲波測(cè)距 超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。超聲技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理 過程而完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。 論文構(gòu)成及研究?jī)?nèi)容 本文以倒車防撞報(bào)警器為研究目標(biāo)，從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面對(duì)超聲波測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，并將超聲波測(cè)距技術(shù)應(yīng)用于本課題的研究。現(xiàn)將本文的主要內(nèi)容和章節(jié)安排簡(jiǎn)要介紹如下： 、國(guó)內(nèi)外研究狀況及課題研究目的和意義。 。 。 。 。 。 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 基本發(fā)展史及原理 超聲波發(fā) 展簡(jiǎn)史 意大利科學(xué)家斯帕拉捷習(xí)慣晚飯后到附近的街道上散步。他常?？吹剑芏囹痨`活的在空中飛來(lái)飛去，卻從不會(huì)撞到墻壁上。這個(gè)現(xiàn)象引起了他的好奇：蝙蝠憑什么特殊本領(lǐng)在夜空中自由自在的飛行呢？為了弄清其中原委，斯帕拉捷做了一系列試驗(yàn)。先后蒙住蝙蝠眼睛和堵住蝙蝠鼻子，蝙蝠均能準(zhǔn)確地分辨障礙物。只有當(dāng)耳朵被堵住時(shí)，蝙蝠就不能分辨障礙物。斯帕拉捷的實(shí)驗(yàn)，揭開了蝙蝠飛行的秘密。后來(lái)人們繼續(xù)研究，終于弄清了其中的奧秘。原來(lái)，蝙蝠靠喉嚨發(fā)出人聽不見的“超聲波”，這種聲音沿著直線傳播，碰到物體后就像光照到鏡子上那樣反射回來(lái)。 蝙蝠用耳朵接受到這種“超聲波”，就能迅速做出判斷，靈巧的自由飛翔，捕捉食物。 當(dāng)然，以上的故事是個(gè)美麗的楔子。真正超聲波的研究和發(fā)展，與媒質(zhì)中超聲波的產(chǎn)生和接收的研究密切相關(guān)。自 19世紀(jì)末到 20世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲波技術(shù)的歷史篇章。 1883年 Galton首次制成超聲波氣哨，其原理是將壓縮氣體經(jīng)過狹縫噴嘴形成氣流，吹動(dòng)圓形刀口振動(dòng)形成共振腔，從而產(chǎn)生超聲波。此后又出現(xiàn)了各種形式的汽笛和夜哨等機(jī)械型超聲波換能器。 20世紀(jì)初，電子學(xué)的發(fā)展使人們能利用某些材料的壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)制成各種機(jī)電換能器。 1917年，法國(guó)物理學(xué)家朗之萬(wàn) (Paul Langevin)用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器，并成功地應(yīng)用于水下探測(cè)潛艇。隨著軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中超聲應(yīng)用的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)更大超聲功率的磁致伸縮換能器，以及各種不同用途的電動(dòng)型、電磁力型、靜電型等多種超聲換能器。 人類直到第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會(huì)利用超聲波，這就是利用“聲納”的原理來(lái)探測(cè)水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。 40年代末期超聲波治療在歐美興起，直到 1949年召開的第一次國(guó)際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會(huì)議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在 1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲波技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)，以后到了 60年代醫(yī)生們開始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測(cè)。1956年第二屆國(guó)際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實(shí)用成熟階 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 段。 材料科學(xué)的發(fā)展，使得應(yīng)用最廣泛的壓電換能器也由天然壓電晶體發(fā)展到機(jī)電耦合系數(shù)高、價(jià)格低廉、性能良好的壓電陶瓷、人工壓電單晶、壓電半導(dǎo)體以及塑料壓電薄膜 (PVDF)等。產(chǎn)生和檢測(cè)超聲波的頻率，也 由幾十千赫提高到上千兆赫。產(chǎn)生和接收的波型也由單純的縱波擴(kuò)大為橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、表面波等。如頻率為幾十兆赫到上千兆赫的微型表面波都已成功地用于雷達(dá)、電子通信和成像技術(shù)等方面。 如今，超聲波已廣泛應(yīng)用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。 超聲波的應(yīng)用 由于超聲波在物理化學(xué)方面的獨(dú)特特性，所以超聲波在許多方面都有廣泛的應(yīng)用。歸結(jié)起來(lái)，超聲波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面： (1) 在檢驗(yàn)方面的應(yīng)用 超聲波的波長(zhǎng)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