【正文】 聲波汽車倒車 雷達(dá) 硬件部分進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。 (4)較為詳細(xì)的說明了系統(tǒng)軟件流程，關(guān)鍵部分還給出了流程圖和相關(guān)程序。 2 第 1 章 緒 論 選題的意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展 交通運(yùn)輸車輛的不斷增多 而 由此產(chǎn)生的交通問題越來越成為人們關(guān)注 的問題。倒車事故發(fā)生的原因是多方面的倒車鏡有死角，駕車者目測距離有誤差視線模糊等原因造成倒車時(shí)的事故率遠(yuǎn)大于汽車前進(jìn)時(shí)的事故率 。而倒車事故給車主帶來的許多麻煩，由此汽車高科技產(chǎn)品家族中專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車?yán)走_(dá)”應(yīng)運(yùn)而生 。倒車?yán)走_(dá)全稱叫“ 倒車防撞雷達(dá)” 也叫“泊車輔助裝置”是汽車泊車安全輔助裝置。倒車?yán)走_(dá)的原理與普通雷達(dá)一樣 是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計(jì)開發(fā)的。只不過由于倒車?yán)走_(dá)體積大小及實(shí)用性的限制，目前其主要功能僅為判斷障礙物與車的 距離并做出提示。 第一代倒車?yán)忍嵝? “倒車請注意”！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)在只有小部分商用車還在使用。從某種意義上說，它對司機(jī)并沒有直接的幫助，不是真正的倒車?yán)走_(dá)。倒車時(shí)，如果車后 ~， 轟鳴器 就會開始工作。 第三代數(shù)碼波段顯示 比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。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)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物離車體距離有 ；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有 ~米；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示離障礙物只有不到 ，你必須停止倒車。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。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)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)了語音功能，是目前市面上最先進(jìn)的 倒車 雷達(dá)系統(tǒng)。由于普通倒車?yán)走_(dá)安裝時(shí)，從車后雷達(dá)主機(jī)到車前儀表臺上顯示器要布一條線，這樣要拆裝車內(nèi)的裝飾板、膠條等，非常不方便。更可在大巴、卡車等車身長的車上使用，使安裝更容易。倒車?yán)走_(dá)與車載 MP3完美結(jié)合 ,在倒車?yán)走_(dá)的基礎(chǔ)上增加了 MP3調(diào)頻發(fā)射功能；具備了倒車?yán)走_(dá)功能同時(shí)融合了車載 MP3的功能。 泊車輔助系統(tǒng)的發(fā)展方向與趨勢 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的收入穩(wěn)步提高，對中高檔汽車的需求量將快速上升，并將成為主流，而中高檔汽車在電子產(chǎn)品的配置方面不僅全面，而且越來越向智能化、系統(tǒng)化、多功能方向發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)將成為整個(gè)系統(tǒng)中的 一部分功能，而不再是一個(gè)單個(gè)的產(chǎn)品或零配件，倒車?yán)走_(dá)與多媒體、 GPS、各種傳感器的、電腦等電子產(chǎn)品、軟件系統(tǒng)的結(jié)合或集成已成為中高端市場的趨勢，而這些高端汽車電子產(chǎn)品正是國內(nèi)企業(yè)的弱勢。目前，國內(nèi)市場 70%以上的汽車電子市場份額被國外企業(yè)占領(lǐng)，而算上合資企業(yè)，國內(nèi)企業(yè)在汽車電子領(lǐng)域的市場份額也不過 30%。因此未來幾年內(nèi)，包括乘用車倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品的后裝市場會逐漸萎縮，市場將逐漸朝 4 向前方向發(fā)展。倒車?yán)走_(dá)企業(yè)只有企業(yè)憑借著成本等優(yōu)勢走出國門，將業(yè)務(wù)拓展到了海外市場，才有望打開局面。探頭裝在后 保險(xiǎn)杠 上，根據(jù)不同價(jià)格和品牌，探頭有二、三、四、六、八、十、十二只不等，主要安裝于前后保險(xiǎn)杠上。它最大的好處是能探索到那些低于 保險(xiǎn)杠 而司機(jī)從后窗難以看見的障礙物，并報(bào)警，如花壇、路肩、蹲在車后玩耍的小孩等。 擋位桿掛入倒擋時(shí)，倒車?yán)走_(dá)自動開始工作，測距范圍達(dá) ，故在停車時(shí)，對司機(jī)很實(shí)用。為了更好地研究超聲波和利用起來，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制造出很多超聲波發(fā)聲器，超聲波探頭加以運(yùn)用在使用汽車倒車?yán)走_(dá)上。倒車?yán)走_(dá)用于測距上，在某一時(shí)刻發(fā)出超聲波 信號，在遇到被測物體后的射回信號波，被倒車?yán)走_(dá)接收到，得用在超聲波信號從發(fā)射到接收回波信號這一個(gè)時(shí)間而計(jì)算出在介質(zhì)中的傳播速度，這就可以計(jì)算出探頭與被探測到的物體的距離。 過細(xì)的障礙物 由于雷達(dá)探頭發(fā)射的聲波信號較窄，因此在探測較細(xì)的障礙物是存在著較大的盲 5 區(qū)，一些道路上用來阻隔車輛的隔離樁，電線桿上的斜拉鋼纜都是危險(xiǎn)物品。 6 第 2 章 泊車輔助系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 方案 測距方式和提示方式比較 測距方式 測距方式對系統(tǒng)測量精度及穩(wěn)定性都有較大影響。目前汽車倒車探測器使用的距離測量方式多種多樣，主要有激光測距、紅外線測距、 CCD 攝象機(jī)和超聲波測距這幾種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，下面對它們各自的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析和比較。目前在汽車上應(yīng)用 較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達(dá)和成像式激光雷達(dá)。它的工作原理是 :從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標(biāo)上，其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導(dǎo)入到信號處理裝置內(nèi)的光電二極管，利用計(jì)數(shù)器計(jì)算激光二極管啟動脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時(shí)間差，即可求得目標(biāo)距離。成像式激光雷達(dá)又可分為掃描成像激光雷達(dá)和非掃描 成像激光雷達(dá)。非掃描成像式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出，照射待測區(qū)域。在汽車測距系統(tǒng)中，非成像式激光雷達(dá)更具有實(shí)用價(jià)值。但由于激光雷達(dá)測距儀器工作環(huán)境是處于高速運(yùn)動的車體中，振動大，對其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時(shí)還要考慮省電、低價(jià)、對人眼安全等因素。 二、 紅外線測距 紅外線的波長比可見光線長，是肉眼看不見的光，波長為 ～ 1000μ m。同時(shí)，任何物體在任何時(shí)候都會發(fā)出紅外線。但其由于波長及大小很難準(zhǔn)確分辯，因此 紅外傳感器角度分辨率高，而距離分辨率低。但是 ,它比較容易受到光源和熱源影響。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。只使用一個(gè) CCD攝像機(jī)的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件性能的提高，最終將得到廣泛應(yīng)用。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖，并給測量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動計(jì)算出車與障礙物之間的距離。研究表明，聲速v與熱力學(xué)溫度θ的平方根成正比， 溫度越高聲速越大，溫度越低聲速越小。這就是所謂的時(shí)間差測距法。但其在高速行駛的汽車上的應(yīng)用有一定局限性，這是因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣仁芴鞖庥绊戄^大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對于遠(yuǎn)距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降。 通過對以上幾種測距方式的分析比較，可以看出超聲波測距方式在短距和低速測量方面比上述其它幾種技術(shù)更具優(yōu)越性。 8 預(yù)警提示方式 預(yù)警提示方式好壞是設(shè)計(jì)的汽車倒 車探測器是否實(shí)用的重要標(biāo)志。 一、 轟鳴器提示 車體與障礙物距離的改變使電路中電壓或電流變化不同給蜂鳴器不同信號，轟鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。 二、 數(shù)碼波段顯示 數(shù)碼和波段組合在一起，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，一般表 示障礙物與車體的距離有 以上；黃色代表警告距離，一般表示與障礙物的距離只有 － ；紅色代表危險(xiǎn)距離，一般表示與障礙物之間只有不到 的距離。 三、 液晶熒屏顯示 動態(tài)顯示，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。 四、 魔幻鏡顯示，音響提示 其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置，顏色款式多樣。但需要專業(yè)集成芯片，技術(shù)上較為復(fù)雜。 五、 聲音＋數(shù)碼距離顯示＋指示燈 數(shù)碼管顯示距離，聲音、指示燈提示，比較實(shí)用，直觀，方便。 方案確定 本次設(shè)計(jì)方案采用超聲測距方式， DS1820芯片測溫， AT89C2051單片機(jī)做處理器，處理數(shù)據(jù)并計(jì)算聲速及距離，用 LED數(shù)碼管顯示距離，用報(bào)警器、示意指示燈報(bào)警。控制由 555定時(shí)器及超聲波換能器 CSB40T組成的發(fā)射電路發(fā)射超聲波，同時(shí)啟動內(nèi)部定時(shí)器 T0開始計(jì)時(shí)。如果 INT0接收的信號由高電平變 9 AT89C2051單片機(jī)系統(tǒng) 超聲波換能器驅(qū)動電路 超聲波換能 器 CSB40T 超聲波換能 器 CSB40R 隔直濾波 三級放大 電壓比較器 ， 閥值電壓可調(diào) 擴(kuò) 音 器 報(bào)警電路 溫 度 測 量 D S 1 8 2 0 數(shù)碼管 距 離 顯 示 發(fā)光二極管 為低電平，此時(shí)表明信號已經(jīng)返回，微處理器進(jìn)入中斷，關(guān)閉定時(shí)器。根據(jù)計(jì)算的車體與障礙物之間的距離值及其與 設(shè)定距離值的比較結(jié)果給顯示電路及提醒電路不同提醒信號，產(chǎn)生不同的聲光效果，引起駕 駛?cè)藛T注意，以便采取相應(yīng)行動。 考慮到所設(shè)計(jì)產(chǎn)品是主要服務(wù)于普通用戶，而且要求結(jié)構(gòu)簡單、制作方 便、成本低廉實(shí)用性強(qiáng)。 由發(fā)射波束特性知，由于擴(kuò)散角的原因，超聲波的角度分辨率較低，但距離分辨率較高 (1cm左右 )，目前最大探測距 15m，最小盲區(qū) 。 傳感器的工作頻率是測距系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)，它直接影響超聲波的擴(kuò)散和吸收損 10 失，障礙物反射損失、背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。 (2)工作頻率越高，對相同尺寸的換能器來說，傳感器的方向性越尖銳，測量障礙物復(fù)雜表面越準(zhǔn)，而且波長短，尺寸分辨率高， “細(xì)節(jié) ”容易辯識清楚，因此從測量復(fù)雜障礙物表面和測量精度來看，工作頻率要求提高。 綜上所述，由于本測距儀最大測量量程不大 因而選擇測距儀工作頻率在 40KHz，發(fā)射角與接收角均為 60 度的錐角。所以本方案選用的探頭是收發(fā)分體式 40KHz 的超聲傳感器。在調(diào)諧式電路中有調(diào)諧線圈 (有時(shí)裝在探頭內(nèi) )，調(diào)諧頻率由調(diào)諧電路的電感、電容決定。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件。本文采用非調(diào)諧式。這樣才能使其工作在諧振頻率，達(dá)到最優(yōu)的特性。但是，每一個(gè)實(shí)際的發(fā)射傳感器有其工作電壓的極限值，即當(dāng)工作電壓超過了這個(gè)極限值以后，會對傳感器的內(nèi)部造成不可回復(fù)的損害。發(fā)射部分的點(diǎn)脈沖電壓很高，但是由障礙物回波引起的壓電晶片產(chǎn)生的射頻電壓只達(dá)毫伏級，甚至微伏。本文采用由 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器驅(qū)動超聲波傳感器，驅(qū)動頻率為 40KHz。 超聲波回波經(jīng)過超聲波接收傳感器，電容隔直濾波，一、二級放大，三級增益放大 11 后進(jìn)入比較器 LM324，這樣在比較器的輸出端將得到 40KHz的方波輸入到單片機(jī) INT0引腳以產(chǎn)生中斷。 溫度測量及補(bǔ)償方案 溫度對超聲波波速影響非常大，極大的影響測距精度，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。由單片機(jī)處理后進(jìn)行補(bǔ)償。 顯示及報(bào)警方案 倒車探測器在其偵測區(qū)內(nèi)檢測到障礙物時(shí)， LED指示燈及擴(kuò)音器會根據(jù)車與障礙物的距離發(fā)出警告聲。這樣用戶不僅可以很快的判斷出障礙物的大概距離，還可以清楚的知道詳細(xì)距離。 B段： 100—50cm指示燈快閃亮、擴(kuò)音器以相應(yīng)頻率的叫聲提示。 擴(kuò)音器由 555定時(shí)器組成電路驅(qū)動，指示燈由單片機(jī)直接驅(qū)動。 12 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件框圖 單片機(jī) AT89C2051作為主控器，復(fù)位端接上電 +按鈕復(fù)位電路 。 DS1820芯片并接收所測得的溫度數(shù)據(jù)。超聲波信號碰到障礙物時(shí)信號立刻返回，經(jīng)傳感器，濾波電容，放大器，電壓比較器傳給單片機(jī)的 INT0口一個(gè)低電平。 MC14499控制的數(shù)碼管顯示電路。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。本文中時(shí)鐘頻率為12MHz，每個(gè)機(jī)器周期為 1181。s以上時(shí)間的高電平，在 RST引腳出現(xiàn)高電平后的 RESET INT0 XTAL1 XTAL2 超聲波接收電路 超聲波發(fā)送電路 測溫電路 聲音報(bào)警電路 復(fù)位電路 晶振 電路 顯示電路 LED 報(bào)警電路 13 第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位。適當(dāng)組合 RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位。 時(shí)鐘電路主要任務(wù)是提供一個(gè)工作頻率。有內(nèi)部和外部兩種時(shí)鐘產(chǎn)生方式。電路接法如圖 ，在 XTAL1和 XTAL2兩端跨接晶體諧振器（振蕩頻率為 12MHZ），與內(nèi)部反相器構(gòu)成自激震蕩器。此外，電容對頻率有微調(diào)作用，因?yàn)橥饨泳д瘢娙葸x擇 20pF，實(shí)際應(yīng)用時(shí)諧振器和電容盡可能安裝在單片機(jī)附近，減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。 40KHz 的超聲波是利用 555時(shí)基電路振蕩驅(qū)動超聲波探頭產(chǎn)生的。 接通電源后，電源 CCV 通過 1R 和 2R 對電容 1C 充電，當(dāng) CU 1/3 CCV 時(shí)，振蕩器輸出 OV =1，放電管截止。當(dāng) CU 下降到 ≤1/3 CCV 后，振蕩器輸出 OV 又翻轉(zhuǎn)成 1，此時(shí)放電管 又截止，使放電端 (DIS)不接地，電源 CCV 通過 1R 和 2R 又對電容 1C 充電，又使 CU 從 圖 555構(gòu)成的多諧振蕩器電路圖 1/3 CCV 上升到 2/3 CCV ，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，從而在輸出端 OV 得到連續(xù)變化的振蕩脈沖波形。 其振蕩頻率計(jì)算式