文献综述-基于STM32的可视化倒车雷达的设计.docx

2017届普通本科毕业论文（设计） 存档编号： 毕业论文（设计）文献综述题目：基于STM32的可视化倒车雷达的设计专 业： 电子信息工程 （嵌入式系统及应用方向）院 系： 信息工程学院 年 级： 2013 级 学 号： 0 姓 名： 指导教师： 职 称： 湖北经济学院教务处 制一、前言在信息技术日渐成熟的今日，人们的生活习惯和方式已经越来越受到科学技术的影响。新的技术、新的服务的快速兴起刺激着人们的消费需求，汽车工业正是如此。随着人们生活水平的提高，汽车的使用也越来越普及，而由此引发的安全问题也随之而来，由倒车引发的事故，也越来越多。因此，为汽车提高倒车安全性就变得很有必要了。目前大多数家用中高档消费类汽车都配有倒车安全系统，但是还存在很多经济、实用的汽车、货车等，处于成本考虑未加装倒车雷达，这就为这类汽车的使用安全增加了隐患。因此，本文设计了一种成本低廉、操作便捷、运行稳定的超声波可视化倒车雷达系统，为解决该类汽车的倒车安全问题提供经济适用的参考方案。一、国内外研究现状及发展趋势（一）研究现状测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。目前测量距离一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种1。红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。激光测距的优点是精确，缺点是需要注意人体安全，且制做的难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。激光测距主要运用于军事方面。声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点2。与激光测距、红外线测距相比，超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感，更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作，例如：液位、厚度、管道长度等场合。在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势。由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统3。相比于其它定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合短距离测量定位。因而超声波测距器电路易实现、结构简单和造价低，而且以声速传播，便于检测和计算。4（二）发展趋势目前超声波倒车雷达的应用场景还十分有限，测量精度相对较低、信息集成度低、信息传递方式不够多样化等问题还有待改善。超声波在空气中衰减极大5，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差；另外，超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用在未来的发展中。随着未来科学技术的发展，倒车雷达的精度和响应实时性将得到改善，可嵌入性将更加完备、功能集成也更加丰富，发展前景十分广阔。二、超声波测距的原理超声波是指频率高于20 kHz的声波。为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型6和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。(一)压电式超声波发生器原理7压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波8。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。在超声探测电路中，在发射端得到输出脉冲为一系列方波，这一系列方波的宽度为发射超声与接收超声的时间间隔，显然被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲的个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：(1) 超声波幅值检测法9。取输出脉冲的平均值电压，该电压(电压的幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离。(2) 超声波相位检测法10。相位检测法是通过测量返回波与发射波之间相差多少相位，判断距离。(3) 渡越时间检测法11。超声波渡越时间检测法工作原理是：从单片机发出一串脉冲方波信号开始计数，经过超声波发射器发出超声波，超声波传播到障碍物表面后反射回到超声波接收端，回波信号被单片机检测到时停止计数，可以得到超声波在空气中传播的往返时间扯。若单片机的机器周期为T0。那么汽车距离障碍物的距离D表示为式中T0为单片机的机器周期，N为单片机计数的脉冲数量，V为超声波的传播速度。温度（C）-30-20-100102030100声速（米/秒）313319325323338344349386本系统采用第三种方案。由于超声波也是一种声波，其声速V与温度有关，附表列出了几种不同温度下的声速。如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。由于用作倒车雷达是时，测距精度要求并不高，因此可以不考虑温度对测量的影响。但如果测量精度要求很高，则应通过温度补偿的方法12加以校正。三、总结以上内容介绍了超声波测距系统，通过发射并接收超声波，再利用单片机计算出超声波测距仪与被测物体间的距离。该系统能够满足大多数场合所需的要求。由于温度、空气密度等因素影响，测得的距离有误差。在汽车雷达中此误差可忽略不计；但在精度要求较高的工业领域如机器人自动测距等方面，此误差不能忽略，可以通过改进硬件的应用或优化软件补偿算法对测量值进行调校。参考文献1 韩立明. 基于单目视觉的车前障碍物预警系统中关键技术的研究D. 北京工业大学, 2011.2 奠石镁. 超声波测距在汽车倒车防撞系统中的应用J. 电脑知识与技术:学术交流, 2007, 1(2):1083-1085. 3 黄世高, 彭森. 基于单片机的超声波测距设计J. 卷宗, 2016(5). 4 马凤娇. 基于I2C接口的超声波测距系统设计与实现J. 科技信息, 2012(32):647. 5 周正干, 魏东, 向上. 空气耦合超声检测中衰减因素的研究J. 中国机械工程, 2010(19):2350-2354. 6 李翠红, 叶子申, 孟永钢,等. 超磁致伸缩-压电直线式蠕动机构的设计J. 清华大学学报自然科学版, 2005, 45(8):1055-1057. 7 鲍善惠, 王敏慧. 超声波发生器的频率跟踪电路J. 洗净技术, 2003(10):3-6. 8 罗来安. Safety auxiliary device for visually impaired people walking: CN, CN 201055497 YP. 2008.9 傅新, 方泽华, 毛凯,等. 应用于低功耗超声波流量计的超声波信号幅值检测方法:, CN104165663AP. 2014.10 张向珂, 张世庆, 闻凤连,等. 高精度相位法超声测距系统研究J. 传感器与微系统, 2010, 29(2):45-47.11 张剑, 王维, 何俊峰,等. 基于双超声波模块的新型定位方法J. 传感器与微系统, 2012, 31(9):22-24.12 韩韧, 金永威, 王强. 基于STM32和超声波测距的倒车雷达预警系统设计J. 传感器与微系统, 2016, 35(4):63-66.13 仲