【正文】 車問題。 有鑒于此，專門為汽車倒車 所 設(shè)計(jì)的 “倒車?yán)走_(dá) ”應(yīng)運(yùn)而生， 倒車?yán)走_(dá)（ Car Reversing Aid 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，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(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，為倒車導(dǎo)向，提示方向盤該如何打。駕駛者可根山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 3 據(jù)操作指示完成倒車工作。它的運(yùn)用可極大地減輕駕駛者的體力、腦力勞動(dòng)強(qiáng)度，降低倒車難度，避免駕駛員因方向感不強(qiáng)，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(cè)據(jù)誤差等原因說引起的交通事故。同時(shí)在它的研制基礎(chǔ)上，如果完善動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)和地圖導(dǎo)航功能，可實(shí)現(xiàn)倒車的自動(dòng)控制，所以本課題的研究也將對(duì)最終實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛產(chǎn)生積極的意義。 目前國(guó)內(nèi)倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀 經(jīng)過多年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)以 及使用發(fā)生了質(zhì)的變化。經(jīng)過這幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過了 五 代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這 五 代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。 第一代：倒車時(shí)通過喇叭提醒 。 ”倒車請(qǐng)注意！ ”想必不少人 還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)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(jī)掛上倒檔，它就會(huì)響起，提醒周圍的人注意，從某種意義上來說，它對(duì)駕駛員并沒有直接的幫助，不能算真正的倒車?yán)走_(dá)，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?yán)走_(dá)系統(tǒng)的真正開始。倒車時(shí)，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會(huì)開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。但沒有語(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有多遠(yuǎn)，對(duì)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(jìn)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(xiǎn)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(shí)用，但安裝在車內(nèi)影響美觀。 第四代：液晶屏動(dòng)態(tài)顯示。這一代有一個(gè)質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，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。不過 LCD 顯示外觀雖精巧，靈敏度較高，但抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報(bào)也較多。 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 4 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 2m 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，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。因?yàn)槠渫庑尉褪且粔K倒車鏡，所以可以 不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容與方法 本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用超聲波測(cè)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(gè)部分。駕駛者在倒車時(shí)，啟動(dòng)倒車?yán)走_(dá)，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號(hào)，傳感器接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)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(hào)，得到及時(shí)警示，從而使駕駛者倒車時(shí)做 到心中有數(shù)，使倒車變得更輕松。 本課題的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義在于（ 1）將倒車自動(dòng)化從被動(dòng)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(shí)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(yīng)用可減輕司機(jī)體力和腦力勞動(dòng)的強(qiáng)度；（ 3）它取代了傳統(tǒng)倒車對(duì)人的駕車經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的依賴，使初學(xué)者不需要旁人指導(dǎo)也能根據(jù)提示完成復(fù)雜的倒車任務(wù)；（ 4）安全可靠的防碰撞預(yù)警，使駕駛者無論是白天還是夜晚都能實(shí)現(xiàn)安全倒車；（ 5）這一方案建立在安裝小組件的基礎(chǔ)上，避免對(duì)汽車整車的影響，為應(yīng)用和普 及創(chuàng)造了條件，經(jīng)濟(jì)性較好，易于普及。 設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)方法，硬件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)控 制模塊、測(cè)距模塊即超聲波發(fā)射和接收模塊，顯示報(bào)警模塊 塊設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì)包括計(jì)算模塊、測(cè)距模塊、顯示模塊設(shè)計(jì)等。 第 2章 總體設(shè)計(jì)方案及論證 系統(tǒng)的總體框圖 本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)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(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：超聲波傳感器 、蜂鳴器、單片機(jī)控制電路 等 。山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 5 就此設(shè)計(jì)的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬 件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入 /輸出 設(shè)備、以及外圍應(yīng)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(jī)作為核心控制單元 ， 當(dāng)測(cè)得的距離小于設(shè)定距離時(shí)，主控芯片將測(cè)得的數(shù)值與設(shè)定值進(jìn)行比較處理。然后控制蜂鳴器報(bào)警。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖如圖 。 圖 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方框圖 各模塊的功能 電源啟動(dòng)后，單片機(jī)通過發(fā)送高電平對(duì)超聲波模塊進(jìn)行觸發(fā) 。利用內(nèi)部的定時(shí)器判斷超聲波的收發(fā)時(shí)間。由單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行計(jì)算出波源和障礙物的距離。并通過液晶模塊和報(bào)警模塊體現(xiàn)出來，若距離小于設(shè)定的距離，單片機(jī)控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。 按鍵 1：復(fù)位鍵； 按鍵 2：報(bào)警距離設(shè)定按鍵 按鍵 3：自定義報(bào)警距離增加 1cm 按鍵 4：自定義報(bào)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(bào)警模塊 4 位數(shù)碼管顯示模塊 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 6 式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)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(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào)；（ 2）模塊自動(dòng)發(fā)送 8個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；（ 3）有信號(hào)返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。 測(cè)試距離 =（高電平時(shí)間 *聲速（ 340m/s）） /2； 采用 4 位共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示模式，用來顯示實(shí)時(shí)距離。 在本系統(tǒng)工作過程中，若測(cè)得的距離小于設(shè)定距離，蜂鳴器會(huì)進(jìn)行報(bào)警。 第 3章 超聲波測(cè)距原理 超聲波測(cè)距分析 最常 用的超聲測(cè)距的方法是回聲探測(cè)法 ， 超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間 t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)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(guān)。在使用時(shí)，如果傳播介質(zhì)溫度變化不大，則可近似認(rèn)為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對(duì)測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償 的方法對(duì)測(cè)量結(jié)果加以數(shù)值校正。聲速確定后， 只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。這就是超聲波測(cè)距儀的基本原理。如圖 所示。 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 7 圖 超聲波的測(cè)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(zhì)中的傳播速度 。 t—超聲波從發(fā)射到接收所需要的時(shí)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(gè)常數(shù) ( 例如在溫度 T=30 度時(shí) ,V=349m/s)。當(dāng)需要測(cè)量的距離 H 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 L 時(shí) ,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(cè)量出超聲波傳播的時(shí)間 t,就可 以得出測(cè)量的距離 H。 根據(jù)超聲波測(cè)距原理，超聲波收發(fā)設(shè)備應(yīng)該完成超聲波脈沖的發(fā)射以及回波首波的精確檢測(cè)。從結(jié)構(gòu)上可以將收發(fā)設(shè)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(diǎn)。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(gè)口，因此其不存在近距離形成所謂的三角關(guān)系，因此其近距離的測(cè)量精度高。但是也由于收發(fā)共用端口的原因，導(dǎo)致了在發(fā)射完成脈沖序列之前不能夠開始接收，這就導(dǎo)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(jìn)行測(cè)量，近乎沒有盲區(qū)的存在，但是在近距離上一定會(huì)形成 一個(gè)三角關(guān)系，從而導(dǎo)致其近距離上的測(cè)量相對(duì)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(qū)動(dòng)電路和接收極的接收檢測(cè)電路彼此相連，導(dǎo)致了電路的相互干擾，增加了抗干擾設(shè)計(jì)工作。雖然收發(fā)分立形式也存在串?dāng)_的缺點(diǎn)，但其是可以通過軟硬件設(shè)計(jì)消除的。從總體上來說，收發(fā)分立在應(yīng)用上更加簡(jiǎn)單、可靠，本次設(shè)計(jì)采用收發(fā)分立形式換能器。 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 8 超聲波測(cè)距 模塊 HCSR04超聲波模塊介紹 本設(shè)計(jì)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(cè)功能， 測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚翰捎?IO 口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào) 。模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離 =(高電平時(shí)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(hào)輸入， ECHO 回響信號(hào)輸出等四支線。實(shí)物如下圖 。 圖 HCSR04 超聲波模塊 超聲波探測(cè)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(dòng)測(cè)量；模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40Khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，測(cè)試距離 =（高電平時(shí)間 *340） /2，單位為 m。程序中測(cè)試功能主要由兩個(gè)函數(shù)完成。超聲波測(cè)距模塊 HCSR04 時(shí)序圖如圖 所示。 山東科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文 ） 9 圖 超聲波時(shí)序圖 超聲波探測(cè)模塊 HCSR04 的原理圖如圖 所示。 圖 超聲波探測(cè)模塊 HCSR04 原理圖 根據(jù) HCSR04 的原理圖， HCSR04 測(cè)距模塊時(shí)一個(gè)相對(duì)獨(dú)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(qū)動(dòng)換能器正常工作。它采用了單片機(jī)