基于单片机的车辆倒车防撞系统的设计文献综述

1、 超声波技术的应用摘要：近年来随着人们生活水平的提高，出门代步的工具越来越高级，小汽车可以说已经很普及了，但出行的安全特别重要，汽车在倒车时的安全问题尤为突出，所以本课题旨在研究汽车倒车防撞系统，主要利用的是超声波测距技术，这是目前在汽车领域倒车时普遍应用的技术。关键字：超声波测距；倒车防撞；倒车雷达1. 前言近年来由于电子技术的飞跃发展,使得相关技术日新月异。尤其是信息产业的迅速发展,使得研制高度信息化的车辆有了基础,许多先进技术将被引入汽车的设计。汽车安全设计要从整体上考虑,不仅要在事故发生时尽量减少乘员受伤的几率,而且更重要的是要在轻松和舒适的驾驶条件下帮助驾驶者避免事故的发生。然而,目

2、前车辆上的一些安全装置,如安全带,安全气囊,保险杠等均为被动式系统,从本质上讲,其功能只能减轻事故的程度,并不能有效的防止事故的发生。近年来人们越来越认识到,如何利用先进技术,辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路等环境进行实时监控和报警,在危急情况下由系统主动干预驾驶操纵、辅助驾驶者进行应急处理、防止汽车碰撞事故的发生,显得尤其重要。由此也可预见,车辆安全系统的研究将朝着智能化、主动型的安全系统及其技术方向的发展,因此本课题的研究具有重要的意义。32. 基本原理2.1 超声波介绍人们能听到声音是由于物体振动产生的,它的频率在2020KHZ范围内称为可闻声波，低于20HZ的机械振动人耳不

3、可闻称为次声波，高于2OKHZ的机械振动称为超声波。常用的超声波频率为几十KHZ至几十MHZ，超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式，横向振荡(横波)和纵向振荡(纵波)，工业中的应用常采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，但传播速度不同。另外它也有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波频率较低，一般为几十KHZ，但衰减较快。在固液体中传播频率较高，但衰减较小、传播较远。2超声波的指向性好，不易发散，能量集中，因此穿透本领大。在穿透几米厚的钢板后能量损失不大。超声波在遇到两种介质的分界面时能产生明显的反射和折射现象，这一现象类似于光波。超声波的频率越高，其声

4、场指向性就越好，与光波的反射和折射特性就越接近。利用超声波的特性可做成各种超声波传感器，配上不同的电路制成各种超声波测量仪器及装置，并在通信、医疗、家电等各方面得到广泛应用。22.1.1 超声波测距基本原理简介人耳的听音范围在2020KHZ，人耳听不到的声音频率高于20KHZ的声波称为超声波。现代汽车倒车防撞测距技术，利用超声波测距具有先进性和可靠性，系统通过探测倒车路径上或附近存在的任何障碍物，并在危险区域内及时发出警告。1由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而利用超声波设计的倒车防撞测距系统，可以实现探测到在盲区内障碍物的距离和方向。超声波检测电路往往比较迅速、方便

5、、易于做到声光并茂的听觉和视觉警告，通过实时控制，可以游刃有余地让驾驶员采取必要的动作措施，因此在汽车倒车预警装置的研制上，得到了实际的应用效果。2系统设计中采用的是超声波频率为40KHZ的超声波传感器，系统设计采用的是超声波测距基本原理，即当超声波发射探头源连续地发射为40KH的超声波，当超声波遇到障碍物时，能够反射回反射波，而当超声波接收探头部接收到反射波信号后，能够将其转化为电讯号。通过测量计算发射波和接收波之间的时间差t，再求出发射点到障碍物之间的距离S，在速度C已知的状况下，容易求得S=Ct/2，式中C为超声波的音速，因为超声波本质上也是声波，所以C也为音速。系统在测距过程中，可以通

6、过查表法，测量温度值进行声音速度的温度补偿误差。时间差的获取，可以通过计时器技术获得，当发射声速后，立即启动定时计数器，在得到第一回波信号即刻停止计数器。通过测量计算得到超声波发射波和接收波之间的时间差t和现场环境温度T，就可以精确计算出超声波发射点到障碍物之间的距离。12.2 传感器原理5传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉

7、、味觉 和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感 元件、色敏元件和味敏元件等十大类。本次课程设计主要涉及到温度传感器和超声波传感器。2.2.1 超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器的作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能作为传感器接收器的输出，从而对发送

8、的超声波进行检测。实际使用中，用作发送传感器的陶瓷振子也可用作接收器传感器上的陶瓷振子，控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率占空比稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。超声波传感器电源可用DC12V10%或24V10%。2超声波换能器又称超声波探头，超声波换能器有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种。在检测技术中主要采用压电式，由于其结构不同，换能器又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、冲水探头等等。2超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断

9、方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学 原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面时，在该界面就 产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。2在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地

10、安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。22.2.2 温度传感器5温度传感器（temperature transducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。热电阻传感器，金属随着温度变化，其电阻值也发生变化。对于不同金属来说，温度每变化一度，电阻值变化是不同的，而电阻值又可以直接作为输出信号。电阻共有两种变化类型:正温度系数：温度升

11、高 = 阻值增加，温度降低 = 阻值减少；负温度系数：温度升高 = 阻值减少，温度降低 = 阻值增加。热电偶传感器：热电偶由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称 之为热电偶。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围，它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1时，输出电位差的变化量。对于大 多数金属材料支撑的热电偶而言，这个数值大约在540微伏/之间。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种

12、细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类：接触式和非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两者进行充分的热交换而达到同一温度。这一 类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温 的目的。这一类传感器主要有红外测温传感器。这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度（如慢速行使的火车的轴承温度，旋转着的水泥窑的温度） 及热容量小的物体（如集成电路中的温度分布）。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份

13、额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继 开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。两种不同材质的导体，如在某点互相连接在一起，对这个连接点加热，在它们不加热的部位就会出现电位差。这个电位差的数值与不加热部位测量点的温度有关， 和这两种导体的材质有关。这种现象可以在很宽的温度范围内出现，如果精确测量这个电位差，再测出不 加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体，所以称之为“热电偶”。不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围， 它们的灵敏度 也各不相同。热电偶传感器有自己的优点和缺陷，

14、它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶 温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关。3. 倒车雷达5倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。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，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。3.1 探测原理倒车雷达是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。探头

15、装在后保险杠上，根据不同价格和品牌，探头有二、三、四、六、八、十、十二只不等，主倒车雷达探头倒车雷达探头要安装于前后保险杠上。探头能够以最大水平120度垂直70度范围辐射，上下左右搜寻目标。它最大的好处是能探索到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物，并报警，如花坛、路肩、蹲在车后玩耍的小孩等。倒车雷达的显示器有两款，一是装在倒车的后视镜上，二是粘贴在正驾驶仪表台前的角落，因为考虑到它的方便性绝大多数的客户选用的是装在仪表台上的款式。安装后它不停地提醒司机车距后面物体还有多少距离，到距离危险时，蜂鸣器就开始鸣叫，以鸣叫的间断/连续急促程度，提醒司机对障碍物的靠近，及时停车。挡位杆挂到倒挡时

16、，倒车雷达自动开始工作，测距范围达0.2到1.8米左右，故在停车时，对司机很实用。倒车雷达就相当于超声波探头，从整体上来说超声波探头可以分为两大类：一是用电气方式产生超声波，其二是用机械方式产生超声波，鉴于较为常用的是压电式超声波发生器，它有两个电晶片和一个共振板，当两极外加脉冲信号，它的频率等于压电晶片的固有震荡频率时，压力晶片将会发生共振，并带动共振板振动，将机械的能转为电信号的这一过程，这就成了超声波探头的工作原理。为了更好地研究超声波和利用起来，人们已经设计和制造出很多超声波发声器，超声波探头加以运用在使用汽车倒车雷达上。这种原理用在一种非接触检测技术上，用于测距来说其计算简单,方便迅

17、速,易于做到实时控制，距离准确度达到工业实用的要求。倒车雷达用于测距上，在某一时刻发出超声波信号，在遇到被测物体后的射回信号波，被倒车雷达接收到，得用在超声波信号从发射到接收回波信号这一个时间而计算出在介质中的传播速度，这就可以计算出探头与被探测到的物体的距离。3.2 组成部分倒车雷达有这几部分构成：（1）超声波传感器：用于发射以及接收超声波信号，通过超声波传感器可以测量距离。（2）主机：发射正弦波脉冲给超声波传感器，并处理其接收到的信号，换算出距离值后，将数据与显示器通讯。（3）显示器或蜂鸣器：接收主机距离数据，并根据距离远近显示距离值和提供不同级别的距离报警音。3.3 倒车雷达发展状况第一

18、代倒车喇叭提醒：“倒车请注意”！想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有小部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。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。汽车在倒车状态，语音提示路人小心，基本属于淘汰产品。第二代轰鸣器提示：这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8米1.5米处有障碍物，轰鸣器就会开始工作。轰鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。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。第三代数码波段显示：比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体

19、，在1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障 碍物离车体距离有0.8米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有0.60.8米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到0.6米的距离，你必须停止倒车。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。第四代液晶荧屏显示：这一代产品有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。动态显示，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴

20、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。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，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。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。第六代无线倒车雷达：全新无线液晶倒车雷达， 融无线连接、 倒

21、车雷达、彩色液晶显示、BP警示音、于一体。由于普通倒车雷达安装时，从车后雷达主机到车前仪表台上显示器上要布置一条线，这样要拆装车内的装饰板、胶条 等，非常不方便。现在最新推出的第六代无线液晶倒车雷达，一举解决此问题，车后主机和显示器之间无线连接，方便快捷。更可在大巴、卡车等车身长的车上使 用，使安装更容易。第六代无线倒车雷达特点：雷达测距,数码显示；无线连接-主机和显示器之间无线连接，省去拆卸车内装饰麻烦，安装更容易；彩屏显示-彩屏显示，高贵典雅；BiBiBi三级心跳报警音；动感车模-真实车模，车后探头方位闪动，智能辨左右；全天设计，可以适应不同的环境。第七代MP3倒车雷达：这一代倒车雷达实现

22、了行业的创新。倒车雷达与车载MP3完美结合,在倒车雷达的基础上增加了MP3调频发射功能；具备倒车雷达功能同时融合了车载MP3的功能。当进入MP3播放时两边的色条停止显示，数字屏显示当前MP3发射频率；当车进入倒车状态时，MP3播放自动停止，色条指示开启，数字屏显示障碍物距离，屏幕进入倒车指示状态。第七代MP3倒车雷达特点：三级心跳提示音、真人语音报警提示，单独遥控器调频发射；倒车雷达与车载MP3完美结合,接收稳定、音质醇厚、清晰优美；绿、黄、红 三颜色7段LED灯条/LCD大屏幕动态提示障碍物距离；30cm250cm厘米级显示精度,精确显示障碍物的距离；人工/bibi自动报警; 0.3-2.5

23、m,少于0.3m报警：停车；探头自检功能,探头异常状态提示,以避免因探头损坏而造成的倒车碰撞。3.4 汽车倒车现状4自动泊车入位功能是一种可以帮助驾驶员停车入位的功能，它可以利用车辆自带的超声波传感器，探测出适合的停车空间，然后车辆会自动接管方向盘来控制方向，将车辆停入车位中，这个功能最大的好处就是，帮那些倒车入位技术不太好的司机降低了麻烦，大大减少了司机在停车入位中的操作步骤，使驾驶员可以更好的观察车辆周围的情况，提高了安全性。当然，根据各个厂商的系统不同，自动泊车入位的操作方式也有不同。汽车发展到今天，越来越多的科技成果被运用到汽车上，自动泊车入位功能就是其中之一。目前奔驰、宝马、奥迪、大

24、众、丰田、沃尔沃等汽车品牌的部分车型都已配备了这一功能。大众的自动泊车功能是由很多元件来实现的，主要有：自动泊车启动按钮、超声波传感器（左、右各2个）、泊车辅助控制单元、电动助力转向系统、自动变速箱、刹车系统、倒车雷达（前、后各4个）和行车电脑等。大众的以下品牌都具有自动泊车功能：迈腾（2013款1.8TSI 尊贵型、2013款2.0TSI 尊贵型、2013款 2.0TSI 至尊型、2012款 3.0FSI 旗舰型），帕萨特（2013款1.8TSI DSG至尊版、2013款2.0TSI DSG至尊版、2013款3.0L V6 DSG旗舰版、2013款3.0L V6DSG旗舰尊享版），一汽-大众

25、CC（2013款1.8TSI豪华型、2013款2.0TSI豪华型、2013款2.0TSI至尊型、2013款3.0FSI V6），途观（2013款2.0TSI自动四驱旗舰版）等。奔驰的自动泊车功能是由：超声波传感器、泊车辅助控制单元、电动助力转向系统、自动变速箱、刹车系统、和行车电脑等元件来共同实现的。奔驰的以下品牌都具有自动泊车功能：S级（2014款S400L尊贵型、2014款S400L豪华型、2014款S400L HYBRID、2014款S500L），E级（2014款E400L运动豪华型），GL级（2014款GL350 CDI 4MATIC、2014款GL400 4MATIC动感型、2014款 GL400 4MATIC豪华型）等。4.总结在科技飞速发展的今天，超声波技术在被普遍使用，超声波因为具有其独特的优点被大家不能忽