倒车雷达系统设计课件

毕业设计：

倒车雷达系统的设计1.设计的目的和意义

2.设计的主要内容

3.毕业设计的特色及创新点

4.毕业设计的成果

设计的目的和意义汽车倒车雷达系统的运用可极大减轻驾驶者的体力、脑力劳动强度，降低倒车难度，避免驾驶员因方向感不强、判断和操作失误而引起的事故，同时，它将对提高汽车智能化水平和最终实现汽车无人驾驶产生积极的意义。设计的主要内容超声波测距原理整体方案设计器件介绍单元电路介绍系统软件误差分析超声波测距原理超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为：L=C×T（式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为发射到接收时间数值的一半)。超声波测距误差分析根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。时间误差当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s(20℃室温)，忽略声速的传播误差。测距误差s△t<(0.001/344)≈0.000002907s即2.907ms。在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12MHz晶体作时钟基准的89C51单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用89C51定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。超声波传播速度误差超声波的传播速度受空气的密度所影响，而空气的密度又与温度有着密切的关系。为了简化设计本设计不采用温度补偿。整体方案设计

(1)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)测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t。因此，被测距离为S=1/2vt。本测量电路采用第二种方案。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。本系统包括超声波发射功率区配电路、接受电路、发声电路、以及显示电路，各信号线与控制线都接主控芯片STC89C51，并在STC89C51的指挥下统一协调工作，如图1所示,驾驶员将手柄转到倒车档后,系统自动启动,超声波发送模块向后发射40kHz的超声波信号,经障碍物反射,由超声波接收模块收集,进行放大和比较,单片机STC89C51将此信号送入显示模块,同时触发语音电路,发出同步语音提示,当与障碍物距离不同时,发出不同的报警声,提醒驾驶员停车。系统框图超声波发送模块驱动电路AT89C2051显示模块语音电路比较放大倒车档超声波接受模块器件介绍STC单片机是一款增强型51单片机，完全兼容MCS-51，还增加了新的功能，比如新增两级中断优先级，多一个外中断，内置EEPROM，硬件看门狗，具有掉电模式，512B内存等。还支持ISP下载，不用编程器，只要一个MAX232和一些廉价的元件就能写程序，可擦写10万次。因此是一款很好用的单片机。选用STC单片机的12大理由：01.与MCS-51单片机完全兼容：指令兼容，引脚兼容，因此易学；02.高保密性：无法读出，因此无法解密，保护知识产权的首选；03.超强抗干扰能力：电源、I/O口、时钟均有抗干扰措施，是工程应用的首选：04.高可靠性，工程应用的首选：05.低电磁辐射：06.超低功耗：07.在系统可编程，无需编程器，无需仿真器，节约投资；08.可远程升级和随时升级，缩短产品开发周期，提升产品性能；09.强驱动能力：无论拉电流还是灌电流，均优于MCS-51单片机；10．高速度：0～80MHz，最高达90MHz。11．产品封装形式多样12．内部资源更丰富单元电路超声波发送模块设计超声波接收模块设计报警电路设计显示电路单片机系统超声波发送模块设计利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号,并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无须驱动电路,但缺乏灵活性。本设计采用第二种方法产生超声波,电路设计如图8所示。40kHz的超声波是利用单片机产生的。调节信号频率,使之与换能器的40kHz固有频率一致。为保证LM386具有足够的驱动能力,宜采用+12V电源。CNT为超声波发射控制信号,由单片机进行控制。图8超声波发送模块电路

超声波接受模块设计超声波在空气中传播时,其能量的衰减与距离成正比,即距离越近信号越强,距离越远信号越弱,通常在1mV～1V之间。当然,不同接收探头的输出信号强度存在差异。由于输入信号的范围较大,对放大电路的增益提出了两个要求：一是放大增益要大,以适应小信号时的需要;二是放大增益要能变化,以适应信号变化范围大的需要。另外,由于输入信号为正弦波,因此必须将放大电路设计成交流放大电路。为减少负电源的使用,放大电路采用单电源供电,信号放大和变换采用了一片LM324通用运算放大器,前三级为放大器设计,后一级为比较器设计。距离较近时,两级放大的增益已能够输出足够强度的信号了,第三级有可能出现信号饱和,但距离较远时,必须采用三级放大。合理调节电位器R27,选择比较基准电压,可使测量更加准确和稳定。

报警电路设计报警是指当倒车雷达探测到的距离小于所设定的安全值时,发出声音提醒驾驶员,语音电路设计如图9所示。SP端高电平发声。显示电路用三位LED显示，动态扫描显示。P0口显示数字，P2口位选。电路如图10所示：单片机系统本系统采用STC89C51来实现对CSB40系列传感器及其他模块的控制。单片机通过P1.1口控制超声波的发送，然后单片机不停的检测CSBI引脚，当CSBI引脚的电平由低电平变为高电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。超声波测距的硬件示意图如图11所示：误差分析声波传输速度与媒介的弹性模量和密度相关,因此,利用声速测量距离,就要考虑这些因素对声速影响。在气体中,压强、温度、湿度等因素会引起密度变化,气体中声速主要受密度影响,液体的深度、温度等因素会引起密度变化,固体中弹性模量对声速影响较密度影响更大,一般超声波在固体中传播速度最快,液体次之,在气体中的传播速度最慢。气体中声速受温度的影响最大。声波扰动是机械的,声波在传播中带有机械能量,声能传播的途中逐渐转变成热,从而出现随距离而逐渐衰减的现象,称为声吸收。声波的频率越高衰减得越厉害,传播距离也越短,在给定的频率下,衰减是湿度的函数。在室温下,空气中的声速是345m/s,考虑反射式测量有2倍路程,采用1MHz的计数频率测时,对应最小分辨力为0.172mm。这种分辨力可以满足大多数工业测量场合。谢辞经过几个月的查资料、整理材料、写作论文，今天论文终于写到了最后。求学期间的点点滴滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，两年多的努力与付出，随着论文的完成，终于让我在大学的生活，得以划下了完美的句号。《倒车雷达系统的设计》课题得以完成，有太多的人给予我帮助,在此我要感谢此次给予我支持和帮助的老师、同学和朋友们，我从他们身上学到了书本上学不到的许多东西。我要特别感谢我的毕业设计指导教师韩老师，感谢她在我做毕业设计期间耐心的指导与帮助。同时，论文的顺利完成，离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。另