【正文】 車問題。 有鑒于此，專門為汽車倒車 所 設計的 “倒車雷達 ”應運而生， 倒車雷達（ Car Reversing Aid System）全稱 “倒車防撞雷達 ”，又稱 “泊車輔助裝置 ”，它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。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，解除了駕駛員泊車、倒車和啟動車輛時前后左右探視所引起的困擾，為倒車導向，提示方向盤該如何打。駕駛者可根山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 3 據(jù)操作指示完成倒車工作。它的運用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動強度，降低倒車難度，避免駕駛員因方向感不強，判斷和操作失誤，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性，大量避免了由于倒 車鏡死角和駕駛者目測據(jù)誤差等原因說引起的交通事故。同時在它的研制基礎上，如果完善動力執(zhí)行機構和地圖導航功能，可實現(xiàn)倒車的自動控制，所以本課題的研究也將對最終實現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。 目前國內倒車雷達的發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車雷達設計以 及使用發(fā)生了質的變化。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，倒車雷達系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了 五 代技術改良，不管從結構外觀上，還是從性能價格上，這 五 代產(chǎn)品都各有特點，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車雷達這三種。 第一代：倒車時通過喇叭提醒 。 ”倒車請注意！ ”想必不少人 還記得這種聲音，這就是倒車雷達的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有少部分商用車還在使用。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車雷達，基本屬于淘汰產(chǎn)品。 第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。倒車時，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。但沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。 第三代： 數(shù)碼 波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在 開始顯示；如果是人，在 左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由 3 種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物距離有 以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有 ~；紅色代表危險距離，表示障礙物距離只有不到 ，必須停止倒車。 第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，比較實用，但安裝在車內影響美觀。 第四代：液晶屏動態(tài)顯示。這一代有一個質的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(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。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強，所以誤報也較多。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 4 第五代：魔幻鏡倒車雷達。結合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術，配以高速 電腦 控制，可全天候準確地測知 2m 以內的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒車雷達、免提 電話 、溫度顯示和車內空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設計了語音功能，是目前市面上最先進的倒車雷達系統(tǒng)。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以 不占用車內空間，直接安裝在車內后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內裝飾選配。 項目研究內容與方法 本課題的任務是設計一個基于單片機的超聲波倒車雷達系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用超聲波測距原理，包括超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器等幾個部分。駕駛者在倒車時，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，得到及時警示，從而使駕駛者倒車時做 到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。 本課題的現(xiàn)實應用的意義在于（ 1）將倒車自動化從被動防撞引向智能控制方向發(fā)展；（ 2）體現(xiàn)了 “以人為本 ”的駕駛理念，倒車時駕駛者的視線可集中在前方，不需顧及車后狀況，增加倒車的安全性和可靠性，并且它的應用可減輕司機體力和腦力勞動的強度；（ 3）它取代了傳統(tǒng)倒車對人的駕車經(jīng)驗和技術的依賴，使初學者不需要旁人指導也能根據(jù)提示完成復雜的倒車任務；（ 4）安全可靠的防碰撞預警，使駕駛者無論是白天還是夜晚都能實現(xiàn)安全倒車；（ 5）這一方案建立在安裝小組件的基礎上，避免對汽車整車的影響，為應用和普 及創(chuàng)造了條件，經(jīng)濟性較好，易于普及。 設計中采用模塊化設計方法，硬件設計包括系統(tǒng)控 制模塊、測距模塊即超聲波發(fā)射和接收模塊，顯示報警模塊 塊設計等，軟件設計包括計算模塊、測距模塊、顯示模塊設計等。 第 2章 總體設計方案及論證 系統(tǒng)的總體框圖 本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、四位數(shù)碼管顯示、 報警等子模塊。電路結構可劃分為：超聲波傳感器 、蜂鳴器、單片機控制電路 等 。山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 5 就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬 件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入 /輸出 設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。 系統(tǒng)采用 STC89C52 單片機作為核心控制單元 ， 當測得的距離小于設定距離時，主控芯片將測得的數(shù)值與設定值進行比較處理。然后控制蜂鳴器報警。系統(tǒng)總體的設計方框圖如圖 。 圖 系統(tǒng)總體的設計方框圖 各模塊的功能 電源啟動后，單片機通過發(fā)送高電平對超聲波模塊進行觸發(fā) 。利用內部的定時器判斷超聲波的收發(fā)時間。由單片機內部進行計算出波源和障礙物的距離。并通過液晶模塊和報警模塊體現(xiàn)出來，若距離小于設定的距離，單片機控制蜂鳴器進行報警。 按鍵 1：復位鍵； 按鍵 2：報警距離設定按鍵 按鍵 3：自定義報警距離增加 1cm 按鍵 4：自定義報警距離減少 1cm 超聲波模塊采用現(xiàn)成 HCSR04 超聲波集成模塊，該模塊可提供 2cm400cm 的非接觸電源 超聲波傳感器模塊 STC89C52主控制器模塊 按鍵控制 蜂鳴器報警模塊 4 位數(shù)碼管顯示模塊 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 6 式距離感測功能，測距精度可達高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控 制電路。 （ 1）采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號；（ 2）模塊自動發(fā)送 8個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；（ 3）有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。 測試距離 =（高電平時間 *聲速（ 340m/s）） /2； 采用 4 位共陽極動態(tài)顯示模式，用來顯示實時距離。 在本系統(tǒng)工作過程中，若測得的距離小于設定距離，蜂鳴器會進行報警。 第 3章 超聲波測距原理 超聲波測距分析 最常 用的超聲測距的方法是回聲探測法 ， 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時計數(shù)器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物面的距離 s，即： s=340t/2。 由于超聲波也是一種聲波，其聲速 V 與溫度有關。在使用時，如果傳播介質溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償 的方法對測量結果加以數(shù)值校正。聲速確定后， 只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的基本原理。如圖 所示。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 7 圖 超聲波的測距原理 ?cosSH ? （ 31） )(HLarctg?? （ 32） 式中 :L兩探頭之間中心距離的一半 . 又知道超聲波傳播的距離為 : vtS?2 ( 33) 式中 :v—超聲波在介質中的傳播速度 。 t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時間 . 將（ 32）、（ 33）代入（ 31）中得： ]c o s [21 HLarc tgvtH ? ( 34) 其中 ,超聲波的傳播速度 v 在一定的溫度下是一個常數(shù) ( 例如在溫度 T=30 度時 ,V=349m/s)。當需要測量的距離 H 遠遠大于 L 時 ,則 (34)變?yōu)?: vtH 21? ( 35) 而超聲波在空氣中的傳播速度是 340m/s,所以 ,只要需要測量出超聲波傳播的時間 t,就可 以得出測量的距離 H。 根據(jù)超聲波測距原理，超聲波收發(fā)設備應該完成超聲波脈沖的發(fā)射以及回波首波的精確檢測。從結構上可以將收發(fā)設備分為收發(fā)一體換能器和收發(fā)分立換能器，這兩種形式各自有優(yōu)缺點。收發(fā)一體超聲波換能器由于超聲波發(fā)射和接收在一個口，因此其不存在近距離形成所謂的三角關系，因此其近距離的測量精度高。但是也由于收發(fā)共用端口的原因，導致了在發(fā)射完成脈沖序列之前不能夠開始接收，這就導致了盲區(qū)的存在，這在原理是是不能消除的。收發(fā)分立超聲波換能器雖然在近距離上可以進行測量，近乎沒有盲區(qū)的存在，但是在近距離上一定會形成 一個三角關系，從而導致其近距離上的測量相對誤差極大。而在電路上，由于收發(fā)一體的超聲波換能器的發(fā)射驅動電路和接收極的接收檢測電路彼此相連，導致了電路的相互干擾，增加了抗干擾設計工作。雖然收發(fā)分立形式也存在串擾的缺點，但其是可以通過軟硬件設計消除的。從總體上來說，收發(fā)分立在應用上更加簡單、可靠，本次設計采用收發(fā)分立形式換能器。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 8 超聲波測距 模塊 HCSR04超聲波模塊介紹 本設計的超聲波模塊采用現(xiàn)成的 HCSR04 超聲波模塊，該模塊可提供 2cm400cm 的非接觸式距離感測功能， 測距精度可達高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測距，給至少 10us 的高電平信號 。模塊自動發(fā)送 8 個 40khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離 =(高電平時間 *聲速 (340M/S))/2。其中 VCC 供 5V電源， GND 為地線， TRIG 觸發(fā)控制信號輸入， ECHO 回響信號輸出等四支線。實物如下圖 。 圖 HCSR04 超聲波模塊 超聲波探測模塊 HCSR04 的使用方法如下： IO 口觸發(fā)，給 TRIG 口至少 10us 的高電平，啟動測量；模塊自動發(fā)送 8 個 40Khz 的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間，測試距離 =（高電平時間 *340） /2，單位為 m。程序中測試功能主要由兩個函數(shù)完成。超聲波測距模塊 HCSR04 時序圖如圖 所示。 山東科技大學 畢業(yè)設計（ 論文 ） 9 圖 超聲波時序圖 超聲波探測模塊 HCSR04 的原理圖如圖 所示。 圖 超聲波探測模塊 HCSR04 原理圖 根據(jù) HCSR04 的原理圖， HCSR04 測距模塊時一個相對獨立的系統(tǒng)。采用的電源芯片 MAX232 為超聲波換能器提供了合適的電壓，驅動換能器正常工作。它采用了單片機