超声波测距倒车雷达系统的设计【文献综述】

1、毕业设计开题报告电子信息工程超声波测距倒车雷达系统的设计一、前言自从人类发明第一辆汽车以来，至今世界汽车工业经过了一百多年的发展，当代汽车已经非常成熟和普遍了。汽车已经渗透于国民经济国防建设以及人类生活的各个领域之中，成为人类生存必不可少的交通工具，为人类生存和社会的发展与进步起到了至关重要的作用。当今，汽车已经成为人们生活中不可缺少的一部分，它给人们带来方便快捷的同时，也出现了许多问题。在享受汽车给我们带来的便利同时，由于倒车而产生的问题也日益突出。车的数量逐年增加，公路、街道、停车场和车库拥挤不堪，可转动的空间越来越少；另一方面，新司机及非专职司机越来越多，因倒车引起的纠纷越来越多，车辆之

2、间、车辆与人、车辆与墙壁等障碍物之间的碰撞时有发生。在2006 年汽车事故的发生比例中，倒车引起的事故占28%，倒车已成为令人们头痛的一项任务，即使是经验丰富的司机也在抱怨倒车是件费力费神的事。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30%， 路面相关事故的50%， 迎面撞车事故的60%。改善倒车遇到的窘境被越来越多的人所关注，人们对汽车操纵的便捷性提出了更高的要求， 希望有种装置能够解决汽车倒车给人们带来的不便，消除驾驶中的不安全因素，可将车快速准确地停放到指定的位置。因此，提出了基于超声波测距的汽车用倒车雷达的设计。经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数

3、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。倒车雷达真正开始于轰鸣器，也就是第一代倒车雷达。我想很多人都不会忘记“倒车请注意！”这句话，因为现在多数普通车还在使用它从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。第二代则是采用数码波段显示，可显示后障碍物离车体距离的数码波段显示倒车雷达，没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第三代的液晶荧屏显示较以前有了一个质的飞跃。第三代产品把数码和波段组合在一起，但比较实用，但安装在车内不太美观。

4、第四代魔幻镜倒车雷达，魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。第五代魔幻镜倒车雷达，结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2 米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。第六代产品在第五代的基

5、础上新增了很多功能，是专门为高档轿车生产的。最初的倒车雷达，只有后方探测，现在的倒车雷达不仅实现了前后方探测，甚至连左右侧都可以进行探测。还有一些更先进的技术，已经使用在高档汽车上。发展趋势：(1) 由加装向原装发展。越来越多的汽车在出厂时配有倒车雷达。(2)原装倒车雷达车型呈现高档-中档-低档的发展态势。(3) 由主流 4 探头向更多探头发展。(4) 功能更加强大，集成音响和音像播放功能。(5) 设备趋于小型化、人性化、智能化。二、主题距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数。所以，测距就成为数据采集中要解决的一个问题。尽管测距有多种方式，比如激光测距、微波测距、红外测距和声波测距等。人

6、能听到的声音频率为20Hz20kHz， 即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为低频声波，20kHz以上的声音称为超声波。它是一种只 有少数生物才能感觉的机械波，它的波长短、绕射小、能定向传播。它的频率越高，绕射能力越弱，但反射能力就越强。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。超声波在空气中的传播速度为340米 /秒。因此，如果能测出超声波在空气中的传播时间，就能算出其传播的距离。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程测量、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量等。所谓的时间测距法，即通过测定超声波传播的时间

7、间隔来测出声波传送的距离就是超声波测距的一种。超声波传感器从封装的类型上可以分为两种，分别是开放型和密封型。其中，开放型的传播面积更广，探测距离更远，适合在开放环境中应用。密封型传感器传播面积较小，探测距离一般，适合在液体中应用，并需紧贴固体材料。超声波传感器的使用类似于雷达，它主要完成两项任务：发送超声声波和接收超声声波。 发送超声波相对简单，只要对超声波传感器发送的超声波进行脉冲宽度调制，同时开启计时器。而接收部分较为复杂，需要对信号进行调配，以便控制器能正确低识别反射回的超声波、确定接收时间并停止计时器技术，然后根据“距离 =时间X音速”计算距离。超声波传感器有多种应用，常见的用途包括：

8、流量计、工具零件的清洗、倒车雷达等。超声传感器将处于超声频率的电信号经过超声波传感器中的超声波换能器转换成超声声波，超声波传感器按照一定的方向发射该超声声波，当超声声波遇到障碍物以后被反弹回来，再被超声波传感器所接受，由超声波换能传感器转换为电信号。由于音速是一个已知的常数，因此通过回弹的时间，就可以计算出距离。倒车雷达(Car Reversing System )全称“倒车防撞雷达”，又称“泊车辅助装置”，它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置。它能以声音或者更为直观的显示告 知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车、倒车和启动车辆时因前后左右探视所 引起的困扰，并帮助驾驶员克服视角死角和视线

9、模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。汽车倒车中存在的困难，其一是来自于驾驶者坐在驾驶座位上无法完全了解汽车四周特别是后方的环境。驾驶者只能依赖后视镜观察后方障碍物，后视镜受其位置的 限制，视野狭窄、清晰度差，根本无法达到倒车中后视的目的。其二是倒车时驾驶者同时要兼顾车辆前方、两侧的情况，必须扭身回头观察车辆后面的情况，体力和脑力 消耗过大，易产生不安全因素。其三，倒车是一个复杂的工程，它依赖于驾驶者的驾 驶经验、驾驶技巧及反应灵敏程度、任一环节出问题都导致驾驶员无法快速准确地完成倒车任务。解决汽车的倒车难问题目前有两种思路，一是寄希望于汽车自动驾驶技术及其配套设施的日益成熟，目前这项技术仍处于研制开

10、发阶段，短期内尚未能推广应用: 第二是采用简单的汽车倒车预警系统，但是传统的汽车倒车预警系统的功能简单，驾驶员仍然需要通过后视镜去判断车后的物体，以及通过估计汽车和车后障碍物的距离完成倒车任务。在常见的汽车倒车预警装置的基础上进行改进，能很大程度地解决倒车 难题，同时为汽车自动驾驶的研究应用奠定基础。汽车倒车雷达预警系统由三个子系统组成，如图所示，分别为测距子系统( 超声波发送接收系统) 、控制系统和显示报警子系统。测距系统控制系统A 蜂鸣器A数据显示显示报警系统控制系筑.一;倒车防撞雷达系统组成各模块所完成的具体功能如下：(1)测距系统：由传感器设计的发送模块、接收模块和控制系统共同完成测距

11、功能。(2)控制系统：本系统以微机器为控制核心，控制整个系统的运行，对各种接口电路 进行控制，通过对多路选择开关的控制，发射脉冲，检测到回波后，进行数据处 理实现实时时间差采样，测出从超声波发射到接收回波信号的时刻差，从而测出 距离。(3)显示报警系统：显示障碍物距离及报警以提醒驾驶员。设计应该采用超声波测距的方式来测量汽车与障碍物的距离。该超声波测距系统 由超声波发射、回波信号接收、计时测量、数据处理与显示等构成。整个系统由微处 理器(即单片机)控制，超声波信号在空气中传播至障碍物后发生反射，反射的回波 经空气传播给超声波接收换能器并转换成电信号，经滤波、放大、整形后，输入到微 处理器的外部

12、中断口产生中断，计数器停止计数，此时计数器记得的脉冲数就是对应 的需要测量的时间，通过相应的公式就可求出距离。三、总结“超声波测距倒车雷达系统的设计”主要是通过超声波系统与单片机来实现距离的测量，从而实现预先提示，减少倒车时的碰撞及事故。汽车用倒车雷达的设计， 主要是使用单片机语言编程实现超声波测距系统与单片机之间的串行通信及显示汽车与障碍物之间的距离。在整个设计过程中要熟悉单片机芯片和超声波测距系统的工作原理以及所使用单片机的各个管脚及其功能。倒车雷达系统是保障汽车倒车安全的辅助系统，通过超声波探头发出超声波，使用高速单片机计算距离，并可以加入了温度补偿电路，提高了距离计算的精度。系统安装的

13、液晶显示器可以直观的显示温度和距离，给驾驶员提供了方便。倒车时当汽车 与障碍物的距离小于我们所设定的安全距离时，系统便通过语音集成电路发出报警，提醒驾驶员，防止汽车的碰撞或擦伤。汽车市场的快速发展将带动倒车雷达市场的繁荣。国内倒车雷达主流市场已经开始由进口高档汽车向中低档汽车发展；技术上向着单芯片功能集成、灵敏度更高、 可视化等方向发展；后装市场竞争激烈，前装市场将是倒车雷达生产厂商的低风险高回报所在。四、参考文献1 胡建凯 , 张谦琳 . 超声波检测原理和方法J. 中国科技大学出版社,1993,102 陈莹，基于单片机的超声测距系统D. 中国知网：华中科技大学硕士学位论文，20043 丁镇生

14、 . 传感器及传感技术应用M. 北京 : 电子工业出版社,1989,1-234 纪寿文等. 国内外智能车辆研究进展. 中国交通研究与探索，第三届全国交通领域青年学者会议，武汉，20015 贾兴泉 . 连续波雷达数据处理M. 北京 : 国防工业出版社,2005,1-2236 董子和 , 李永辉 . 超声波测距系统的建立机器在汽车防撞系统的应用J. 汽车电器 ,1997, ( 1) :33-387 樊昌元 , 丁义元 . 高精度测距雷达研究J. 电子测量与仪器报,2000,14(2):52-568 GueuningF. E.Varlan, M. Accurate Distance Measurem

15、ent by an AutonomousSupersonic System Combining Time-of-Flight and Phase-Shift MethodsJ.IEEETransactions on Instrumentation and Measurement. US: 1997, 46 (6): 1236-12409 H .Elmer, H .Schweinzer,G .Magerl High resolution Supersonic distance measurement for long distances Technisches MessenJ. 2003, 70

16、 (4): 173-17910 胡萍 . 超声波测距仪的研制J. 计算机与现代化,2003, ( 10)：54-5611 时德刚 , 刘哗 . 超声波测距的研究J. 计算机测量与控制,2002,10 (7): 480-48212 沈峰 . 小型倒车雷达试制(控制系统设计)D. 上海：复旦大学，200513 黄菊生 . 单片机原理与接口技术M. 北京：国防工业出版社,2007,1-30114 王幸之 .AT89 系列单片机原理与接口技术M. 北京：北京航空航天大学出版社，199515 刘迎春 , 叶湘滨 . 现代新型传感器原理与应用M. 北京：国防工业出版社,199816 E.Francis Gueuning,Mihai Varlan, Christian E .Eugene, etal. Accuratedistance measurement by an autonomous ultrasonic system combining time-of-flight and phase-shift methods. IEEE Transaction on Instrumentationand Measurement, 1997, 46(6):1 236-124017高鹏,安涛