倒车雷达设计.doc

课课 程（设程（设 计）计） 题 目： 汽 车 倒 车 雷 达 的 设 计 系 别： 机 电 工 程 系 专 业： 车辆工程（电子技术） 姓 名： 刘 卓 学 号： 2009030443121 指导教师： 安明华 胡春平 日 期： 2011-12-22 汽车倒车雷达的设计汽车倒车雷达的设计 摘要摘要 随着技术的不断发展与创新，现代汽车与电子技术产品越来越紧密的联系在 一起，电子技术在汽车上的运用不但改进汽车原先机械的不足，而且给汽车带来 了诸多好处。就好比汽车导航的运用，仪表盘的改进，电子点火系统，传感器的 运用等等。又由于现在汽车的数量不断增加，交通安全不断的提高，减轻驾驶员 的疲劳和减少汽车的倒车碰撞并增加或扩大驾驶员的视野，现代汽车多安装倒车 雷达给以改进诸多的不变。汽车雷达的技术正在不断地更新改进，它能以声音或 更为直观的显示告知司机车辆周围是否有障碍物，解除了司机泊车或起动车时， 车辆前、后、左、右探视所引起的困扰，帮助司机扫除视野死角和视线模糊的缺 陷，提高驾驶的安全性，其主要作用是：倒车时，利用超声波原理，由装置在车 尾保险杠上的探头发送超声波撞击障碍物后反射此声波，利用单片机计算出车体 与障碍物间的实际距离，然后，提示给司机，使停车或倒车更容易、更安全，因 此，安装倒车雷达对安全驾驶有十分重要的意义。给驾驶员提供更轻便的驾驶感， 减少一些不必要的交通问题。因此个人认为汽车带车雷达的设计很有使用和实用 价值，在汽车产业的发展空间大有钻研，它将以汽车很好的结合在一起。 关键词关键词：倒车雷达；超声波原理；探头；单片机 目录目录 1 1 总体方案的论述总体方案的论述.1 1 1.1 总体功能与性能指标.1 1.1.1 总体功能.1 1.1.2 性能指标.2 1.2 系统组成与设计思路.4 1.2.1 系统组成.4 1.2.2设计思路.4 2.2. 硬件设计硬件设计 .4 4 2.1 发射电路.4 2.2 接收电路.5 2.3 检测电路.5 3.3.软件设计软件设计 .6 6 4.4. 倒车雷达的安装说明倒车雷达的安装说明 .7 7 4.1 采用孔式安装 .7 4.3. 安装的注意事项.8 4.4 超声波测量误差及分析.8 结语结语 .9 9 参考文献参考文献 .1010 致谢致谢 .1111 汽车倒车雷达的设计 1 1 总体方案的论述总体方案的论述 1.1 总体功能与性能指标总体功能与性能指标 1.1.11.1.1 总体功能总体功能 1. 系统的工作原理系统的工作原理 系统采用超声波测距原理。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理器 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，超声波具有 空气传播衰减小、反射能力和穿透性强的特点。超声波测距具有在近距离范围内有不 受光线和雨雪雾的影响、结构简单、制作方便和成本低等优点。高性能的单片机结合 超声波测距，可以实现功能强大、使用方便的倒车雷达。TI 公司的 16 位单片机 MSP430F2274 功耗极低，片上资源丰富，同时利用 JTAG 接口技术，可以对片上闪存方 便的编程，便于软件的升级，非常适合作为倒车雷达系统的微控制器。倒车雷达的系 统框图如图 1 所示： 图 1 倒车雷达系统框图 2.2. 系统的功能系统的功能 1、档位打到 R 档时，倒车雷达系统都进入工作状态。此时系统进行自动检查：当 所有系统都正常时，蜂鸣器鸣叫 1 声，然后进入正常工作状态；当有一个雷达探头异 常时，蜂鸣器鸣叫 2 声，然后其它正常的探头进入正常工作状态；当有两个或全部探 头异常时，蜂鸣器鸣叫 3 声，然后正常的探头进入正常工作状态。 2、正常工作时：传感器在侦测区内侦测到有效障碍物时，蜂鸣器会根据障碍物 控制模块 超声波发送模块 超声波接收模块 倒车信号 声光报警器 汽车电器与电子设备课程设计 2 的距离不同而发出不同频率的警告声。 1.1.21.1.2 性能指标性能指标 1.1. 产品型号产品型号 如下图所示为捷达的倒车雷达改装型号如下图所示为捷达的倒车雷达改装型号 图 2 2. 产品介绍产品介绍 产品名称：捷达高精度语音倒车雷达系统 A-2651-04(四探头/语音播报/毫米级/5 年保修) 产品品牌：捷达 产品型号：A-2632-04 产品重量：1.5kg 产品尺寸：31*23*6cm 产地：上海 3.3. 产品特点产品特点 汽车倒车雷达的设计 3 1、测量准确,精确度高达 0.01 米,是市面少有的毫米级精确高级倒车雷达系统、 显示稳定。 2、品质卓越，性能稳固可靠，厂家提供高达 5 年的质量保修（普通产品提供 1 年 保修） 。 3、不同节奏,语音和声响双重报警报警。 4、功能齐全，具有距离显示、声响报警、区域警示、方位指示及倒档提示、开机 自检功能。 5、反映灵敏、探测范围宽、盲区小。 6、内置式探头，与原车完美融合、浑然一体。 7、适合各种车型、安装方便（自带钻孔钻头） 。 4.4. 产品技术参数产品技术参数 1、工作电压：DC10V-16V(24V 车辆可选购电压转换器) 2、最大功率：4 瓦 3、环境温度：-3070 4、探测距离：0.3 米2.50 米 5、显示分辨率：0.01 米/0.1 米 6、测量误差：0.02 米 7、测量速率：6 次/秒 5.5. 产品组件产品组件 1、显示器 1 个 2、主机 1 个（MSP430F2274） 3、探头 4 个 4、探头接线 4 根 5、打孔钻头 1 个 6.6. 注意事项注意事项 1、开始使用倒车雷达是，可选取多种类型的障碍物进行试用性倒车，以便熟悉和 掌握 汽车电器与电子设备课程设计 4 2、倒车雷达的功能和特性，获取使用倒车雷达必要的经验。 3、使用过程中，要及时清除传感器表面的泥土、冰块、雪块等杂物，打蜡后，缝 隙最好清理一下。 4、传感器表面允许再次喷漆，但不能太厚，太厚影像测量效果。 5、尽管本产品的最小探测距离已经做到 0.30 米，但我们仍建议您在通常情况下 要考虑惯性因素，当显示小于 0.60 米时就应停车，尽可能留出足够的安全距离，建议 倒车速度小于 5 公里小时。 1.21.2 系统组成与设计思路系统组成与设计思路 1.2.11.2.1 系统组成系统组成 1.1. 硬件系统硬件系统 系统以 MSP430F2274 微控制器为核心，外围电路由超声波发射电路、超声波接收 电路、声光报警电路、键盘液晶显示电路四部分组成。 2.2.软件系统软件系统 软件采用模块化设计，程序由主程序、测距子程序和键盘显示子程序、时钟显示 子程序等多个模块组成，调试过程中对其中每个功能模块和子程序逐一调试，在每个 子程序都完成指定的功能后，再进行综合调试。 1.2.21.2.2 设计思路设计思路 利用超声波测距原理：由探头、发射电路、接收电路、选频电路和单片机处理组 成；单片机产生 20 个 0.5 ms 脉冲信号，频率为 40 kHz，自动避过大约为 2 ms 的盲 区时间，然后开始计时，脉冲原始信号为 5 V，该信号经过运放放大后，可驱动超声波 发射探头发出 15 V、40 kHz 的脉冲超声波。由于接收头与发射头配对，因此，接收后 可将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大后加至高通有源滤波电路滤除低 频杂波，最后产生一个 TTL 电平的回波信号。该信号输入到单片机产生外部中断，停 止单片机的定时器，然后读出计时器的时间差，得到超声波发射出去碰到阻碍物回射 的时间差，再根据公式 d=v*t/2 得出距离障碍物的距离。 汽车倒车雷达的设计 5 2. 硬件设计硬件设计 2.12.1 发射电路发射电路 发射模块的主要作用是对超声波发射探头进行功率驱动，由单片机引脚输出 40 kHz 的脉冲信号，经 CD4049 转变成 24 V 电压信号激励超声波探头，从而产生频率为 40 kHz 的超声波并发射出去。 2.22.2 接收电路接收电路 带通滤波电路：在传感器接收的信号中，除了障碍物反射的回波外，总混有杂波 和干扰脉冲等环境噪声。而前端放大电路在放大有用信号的同时，也会将一部分的噪 声信号同时放大，并没有提高输入信号的信噪比。由于集成运放的开环电压增益和输 入阻抗均很高，输出阻抗又低，构成有源滤波电路后仍具有一定的电压放大和缓冲作 用，所以采用有源滤波电路抑制无用频率干扰信号。 由于在本系统中，总噪声包括在低频段的室内环境噪声和 50 Hz 工频干扰，以及 在高频率段的接收机内部噪声。故选用由 TL082 运算放大器以及外围电阻电容构成的 带通滤波电路。经过此滤波电路后，40 kHz 左右的有用回波信号被保留，而无用信号 被削弱，为下一级的检波电路提供较高信噪比的输入信号。 2.32.3 检测电路检测电路 接收传感器输出信号经过上述放大滤波电路后，就可以进行信号检测。其目的是 确定接收信号的到达时间，这是整个电路中的关键，因为它不仅决定系统的测量精度， 还关系到整个系统是否能正常工作。 汽车电器与电子设备课程设计 6 发射探头 接收探头 发射电路 接收电路 选频电路 控制器 图 3 超声波测距原理框图 图图 4 4 为硬件系统数据处理路线为硬件系统数据处理路线 单片机 LIN 总线 接发电路 报警电路 超声波测距数据 图 4 3.软件设计软件设计 汽车倒车雷达的设计 7 图 5 为该系统软件流程图 本系统采用了 MSP430F2274 单片机，用单片机汇编语言实现软件编程。整个系统 软件功能的实现可以分为主程序、子程序、中断服务子程序 3 个主要部分。 其工作原理主要是：超声波发射电路发出超声波的同时计数器开始计数，当遇到 障碍物反馈信号到超声波接收器接收，经 CX20106 接收电路处理后，产生一个低脉冲， 该信号传送给单片机产生中断，调用测距子程序，计算出测量距离，调用显示子程序， 根据不同的测量数值在液晶上显示距离和报警。当距离大于 2m，显示“安全”和测量 距离，继续测量；当距离小于 1m 时，显示“危险”和测量距离，由 P1.2 位驱动蜂鸣 器报警；当距离小于 2m 且大于 1m 时，显示“注意”和测量距离。为增强抗干扰能力， 系统连续发射超声波测量三次，从中剔除最大最小值，取中间值计算出精确的距离。 这样每秒可测约三个数据，仍然可以满足实时性要求。 4.4. 倒车雷达的安装说明倒车雷达的安装说明 汽车电器与电子设备课程设计 8 4.14.1 采用孔式安装采用孔式安装 1、量尺寸：根据下图 3-1 量好尺寸，并用笔做好记号； 2、打孔：在后保险杠上按分好的点用手电钻配线钻用钻头以 90 度进行打孔； 3、穿线：从打孔的地方把探头的线束穿到后厢里面去； 4、安装探头：将线穿过以后，将探头按进孔中，注意 UP 朝上； 5、将显示屏安装在易被司机视线捕捉的仪表台上； 6、将控制器盒安装在不热、不潮和无水的行李箱侧面 7、将感应器（探头）屏蔽线隐藏铺设，以防压扁，穿刺。并起到美观效果。 4.24.2 连线方式与线路走向连线方式与线路走向 四探头由于都是安装在后保险杠上，红线接在倒车灯的正极上，黑线负极打铁， 粉红色线 ACC 接在电门锁输出的 X 线上，橙色线 DC 接在蓄电池的正极即 30 号线 上。电源线接好后将探头和显示屏线分别与主机（MSP430F2274）端口相接即可如 下图所示 图 6 为倒车雷达的接线图 汽车倒车雷达的设计 9 4.3. 安装的注意事项安装的注意事项 1、打孔时角度一定要平行，应于地面垂直 90 度 2、主机应放在后厢盖板里面并帮牢固隐蔽，以免行车中连续碰撞造成损坏 3、各探头探测线路避开排气管，并用线拉紧 4、各探头探测距离相等并与说明书一致 5、要提示驾驶员倒车雷达有一定的使用盲区，它只是起倒车辅助作用 6、探头安装探头时要注意探头朝上的方向 7、各探头与主机相对应的插口连接要一致 8、判断倒车灯线路的方法是，先把电门锁置于 ON 档，当档位打入 R 档时，此线 应有 9、12V 的电压，当 R 档摘除时此线路无电压 4.4 超声波测量误差及分析超声波测量误差及分析 超声波测距在室温下进行测试，其数据如表 1 所示。经过多次测量发现，在同一 温度下测量结果有如下规律: 表表 1 1 测量数据及误差测量数据及误差 距离/ m00.40.60.81.01.21.41.5 第一次盲区0.580.811.011.241.481.61 第二次盲区0.620.821.021.231.471.60 第三次盲区0.630.791.011.221.451.63 平均值盲区0.610.811.021.231.471.61 误差/% 1.671.252.02.557.3 表 1 1、对于同一距离进行多次测量取平均值的方法，测试范围在 0.41.2 之间精度较好。 2、测量误差随着所测距离的增大而增大。 3、其中的误差有 2 种: 固定误差，测量的起始位置与探头的压电晶片所在位置之间的 距离，这种误差不随测量环境和距离的变化而变化；可变误差，随着距离的增大而增 大，主要是由接收超声波越过阈值的时间与超声波实际到达探头的时间不同引起的。 汽车电器与电子设备课程设计 10 结语结语 该倒车雷达采用了高性能的 MSP430F2274 单片机，并充分利用了其片上资源使得 系统功能丰富，使用的外围芯片减少，系统可靠性得到提高。该倒车雷达应用于汽车 中，当驾驶员倒车时，从液晶显示屏上一目了然便知道障碍物离车的距离，克服了后 视