基于单片机的超声波测距倒车雷达设计开题报告.docVIP

指导文件5：毕业设计（论文）开题报告题 目（中文）基于单片机的超声波测距倒车雷达设计（英文）Based on Singlechip ultrasonic ranging reverse radar design 课题类型 课题来源 学生姓名 专业班级 指导教师 职 称 填写日期： 20*年 * 月 * 日一、选题的目的及研究意义随着社会的不断发展，尤其是近几年来，汽车已逐渐成为人们不可或缺的交通工具。然而，由于汽车的普及，因汽车所萌生的一系列问题正渐渐凸显出来。倒车，是每位驾驶员都必须掌握的技能，如同前行一样需要小心谨慎，每年都有倒车引起事故的报道，轻则对自己的车和他人的财物造成损伤，重则可能危及人的性命，尤其是对儿童危害较大，他们体型较小，仅从后视镜来获取视野指导倒车仍有可能会对让们造成伤害。现如今后视镜已越来越不能满足人们安全倒车的需求了。因此，增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。安全避免障碍物的前提是快速、准确地测量障碍物与汽车之间的距离。为此，设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。本系统介绍了一种基于51单片机的超声波测距倒车系统的硬件和软件设计，该系统可以精确测得车尾与障碍物的距离，指导司机安全倒车。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 超声波是指频率在 20kHz106kHz的机械波,波速一般为 1500m/s,波长为 0.01cm10cm。超声波的波长远大于分子尺寸 ,说明超声波本身不能直接对分子起作用 ,而是通过周围环境的物理作用影响分子 ,所以超声波的作用与其作用的环境密切相关。超声波既是一种波动形式 ,又是一种能量形式 ,在传播过程中与媒介相互作用产生超声效应。超声波与媒介相互作用可分为机械作用、空化作用和热作用。随着科学技术的发展 ,相关技术领域相互渗透 ,使超声波技术广泛应用于工业、化工、医学、石油化工等许多领域。超声波作为一种特殊的能量输入方式 ,所具有的高效能在材料化学中起到光、电、热方法所无法达到的作用 。仅从超声波在液体中释放的巨大能量来说就是其他方法所望尘莫及的 ,更不用说超声波定量控制的效果了。近年来 ,随着超声波技术的日益发展与成熟 ,其在新材料合成、化学反应、传递过程的强化以及废水处理等领域都得到了广泛的应用 。在材料合成中 ,尤其是纳米材料的制备中 ,超声波技术有着极大的潜力。通过超声波方法制备纳米材料 ,达到了目前我们采用激光、紫外线照射和热电作用所无法实现的目标 ,具有很好的前景。 20年前出现的倒车雷达，严格而言，不属于雷达(无线电波)的产品。以最早出现的类似装置来讲，它是利用红外线的发射与接收的原理而做出的“倒车雷达”。最大的缺点是红外线波易受干扰，整个系统的警示音常呈现不稳定的乱鸣状态，另外对深黑色粗糙表面物体的反应也较差。但更糟糕的是，无论是红外线发射器或接受器，只要任何一方让一层薄薄的冰雪或泥尘覆盖，系统就会失效。 最近在欧美又出现了一种电磁感应倒车雷达。在一线路套上一环型的感应圈(此线圈贴在后保险杠的内侧，车外表完全看不出有此装置)，以感应车后物体的有无。此种装置价格中等，并且完全隐密，算是一种好产品，但可惜的是，安装困难(必须卸下保险杠贴在内侧)，而且只能探测动态物品，当车在后退行进时，可探测到物体，但车一旦停止后退行进，则任何物体都不被认可。换言之，如有任何物品贴在后保险杠，当车一旦停止再启动后，此装置并不会告知驾驶者后方有物品贴在保险杠，此车不能再后退等。因此，实用性也相当有限。 日本、美国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级汽车上。据海外媒体报道，戴姆勒克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车(尤指卡车)使用的电子刹车系统，它与其他刹车系统的区别在于，其在卡车车头设有雷达感应器，感应器在车前观察四周环境，并将所有收集的信息交由一控制器加工处理，形成一虚拟景象。之后再借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车。未来两三年内这种新型刹车系统即可量产上市，但价格昂贵，目前定为3745欧元，其过高的成本限制了它应用的普遍性。在底特律国际车展上，通用公司的Precept概念车装了Donnelly公司生产的以摄像机为基础的后视镜系统。该系统用一个内后视镜和两个外后视镜采集汽车周围的景象，三个景象合成一个全景图像在中控台的视屏上显示出来，还用文字说明来传达信息。摄像机也可在倒车时使用，当车后近处有障碍物时，就及时让驾驶员知晓。迄今为止，国内外许多学者均着眼于测距传感器的研究。通常的倒车雷达主要由感应器、主机、显示设备等三部分组成。感应器发出和接受超声波信号，并将接收到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角45辐射，检查目标，能探索到那些低于保险杠而司机从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛，蹲在车后玩耍的儿童等：显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车据后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示司机停车。根据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式等种。转帖式感应器后有一层胶，可直接粘在后保险杠上：钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去：悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可以分为数字式、颜色式和蜂鸣式等三种。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接用数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这几代产品都各有特点，目前使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这3种。因为，大力研究开发倒车雷达等主动式汽车辅助安全装置，将减少驾驶员的负担和判断错误，对于交通安全起到重要作用。显然，此类产品的研发具有极大的现实意义和广阔的应用前景。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或 设计（实验）方案进行说明 1.方案选择：目前常见的有超声波短距离测距，毫米波雷达长距离测距，激光测距，摄像系统测距等几种方法，按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择：方案1、采用毫米波雷达。优点：适合长距离测距。缺点：成本比较高，信号处理难度高。不适合处理短距离测距。方案2、红外测距。优点：成本低，精度高。缺点：测量距离较近且受环境影响较大。方案3、激光测距。优点：精度最高，稳定性好，适合远距离测量。缺点：成本高，技术要求太高。 方案4、摄像系统测距：优点：能比较直观观察到车辆后面的实际情况。缺点：视频信号处理复杂，涉及到数字图像处理等，成本较高，一般消费者很难接受。 方案5、超声波测距。优点：原理简单，成本低，制作方便，适合在一般短距离的测距，其最佳距离为45米。缺点：有一定局限性（这时因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样；对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降）。通过对应用场合、成本和技术原因的研究，认为采用方案5最为实际有效。2.方案实现：系统采用超声波测距原理。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器发出超声波脉冲，超声波接收器接收遇到障碍物反射回来的反射波，准确测量超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间，根据超声波的传播速度，可以计算出障碍物距离。作为一种非接触式的检测方式，和红外、激光、无线电测距相比，由于超声波具有穿透性较强、空气传播衰减小、反射能力强的特点，所以超声波测距具有在近距离范围内不受光线和雨雪雾的影响、结构简单、制作方便、成本低等优点。高速的单片机微秒级的机器周期，可实现较精确的时间测量。本电路采用12MHz的晶振，满足系统的性能要求。四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明参考文献目录 1 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M.北京航空航天大学出版社，2001（7）：298312 2 张毅刚.单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社，2001 .3974073 杨恢先，黄辉先.单片机原理及应用M.上海：复旦大学出版社, 2002.36524 徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1994.85 5 戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用设计实例精讲.北京：电子工业出版社，20076 何立明.单片机应用系统抗干扰技术M.北京:北京航空航天大学出版社，2000.991107 涂时亮等编.单片微机软件设计技术M.重庆:科学技术文献出版社重庆分社，2003.72 8 邦田. 电子电路实用抗干扰技术M.北京：人民邮电出版社，1994 .349 童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社,200110 夏路易,石宗义.电路原理图与电路板设计教程PROTELL99SE.北京：北京希望电子出版社,200211 高鹏 安涛 寇怀成.电路设计与制版一 PROTEL99入门与提高M 北京: 人民邮电出版社，2000，1-305 12 赵晶.电路设计与制版 PROTEL99高级应用M 北京:人民邮电出版社，2000，1-40513 贾兴泉.连续波雷达数据处理专著 北京:国防工业出版社，2005，1-22314 黄培康，殷红成，许小剑.雷达目标特性专著 北京:电子工业出版社，2005，1-338 15 张谦琳.超声波检测原理和方法.北京：中国科技大学出版社，1993.10 16 沈小丰等. 电子技术实践基础.清华大学出版社，2005.0