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文檔簡介

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 題 目: 倒車雷達系統(tǒng)設計 學 院: XX學院 專 業(yè): 計算機科學與技術 班 級: 201X級 學 號: XX 學生姓名: XX 指導教師: XX 2016年 2月 23 日貴州大學本科生畢業(yè)論文(設計)開題報告表論文(設計)名稱倒車雷達系統(tǒng)設計論文(設計) 來源教師擬題論文(設計)類型設計指導教師XX學生姓名XX學號XX班級20XX 級一、設計的目的和意義: 倒車雷達(car reversing aid system)是汽車泊車時的安全輔助裝置,能以聲音警示和距離顯示提醒駕駛員后方障礙物的情況,解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探

2、視的困擾1。超聲波倒車雷達也叫“倒車防撞雷達”,是汽車在停車或者倒車時的輔助設備,由超聲波傳感器(俗稱探頭)、電腦微處理器和顯示設備等部分組成。能顯示距離障礙物的距離或發(fā)出報警聲,告知駕駛員周圍障礙物的情況,提高駕駛的安全2。隨著科技的發(fā)展,人們對汽車安全與舒適性的要求越來越高。為了提高汽車的安全性,汽車生產過程中常給汽車裝上倒車雷達,使得汽車的安全性大為提高。目前,國內外的高檔汽車幾乎都裝有倒車雷達,并且倒車雷達的應用也正逐漸在汽車行業(yè)普及3。二、設計的現狀和發(fā)展趨勢:國內外現狀與發(fā)展趨勢:近十年內,國內外研究人員主要研究超聲波回波信號的處理方法,新型超聲波換能器、超聲波發(fā)射脈沖選取等方面做

3、了大量的研究,并針對超聲波的干擾提出了各種解決方法,這些方法使得超聲波的測量距離精度大大提高,對應的應用領域汽車倒車雷達也進行了各項改進,使得汽車的安全性能大幅提高。目前汽車的倒車雷達的高端應用領域是自動泊車系統(tǒng),倒車雷達結合倒車攝像系統(tǒng),倒車時車后的視野直觀的顯示在汽車的儀表盤上,讓倒車變得更容易4。三、主要研究或設計內容,需要解決的關鍵問題和思路:1、主要設計內容:1)超聲自動測距系統(tǒng)的原理分析與設計超聲波發(fā)射與接收的原理,超聲波發(fā)射與接收的外圍電路以及外圍電路與單片機的接口處理。2)超聲波的發(fā)射與接收電路調試與裝配在確定正式電路之前必須對超聲波的發(fā)射與接收系統(tǒng)進行調試,并不斷的改進,找出

4、誤差的所在,確定最優(yōu)方案,最后進行硬件裝配。3)距離測量與報警單片機對超聲波接收端的接收的數據進行處理,并轉換成距離進行顯示。并可以設定安全距離,當測量得的距離低于安全距離時進行報警。2、重點與難點(1) 超聲波傳播的速度不恒定超聲波在介質中的傳播速度隨周圍環(huán)境的變化而變化,其中溫度的影響最為明顯。常溫下,超聲波的傳播速度為340m/s,溫度每升高1,聲速增加約為0.6m/s5。(2) 回波信號幅值隨傳播距離增大呈指數規(guī)律衰減6回波信號幅值隨傳播距離增大呈指數規(guī)律衰減,使得接收傳感器接收到的回波信號隨著測量距離的增大而大幅減小,給回波前沿的準確定位帶來困難,造成測量精度降低7。(3) 盲區(qū)發(fā)射

5、超聲波時,超聲波換能器在驅動脈沖結束后,會由于慣性繼續(xù)振動,產生余振8。余振期間,由于無法區(qū)分回波信號與余振信號,因此必須等余振停止或衰減到足夠小后,才能允許接收傳感器接受信號。這段時間由于無法檢測超聲波傳播距離,從而出現盲區(qū)9。 3、擬采用的研究手段(1)系統(tǒng)設計:單片機最小系統(tǒng)蜂鳴器報警數碼管顯示Usb電源按鍵控制超聲波模塊系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)可以通過超聲波模塊測量系統(tǒng)到障礙物之間的距離并用數碼管顯示出來,用戶還可以通過按鍵設置下限報警距離,假如測量的距離低于設置的報警值則通過蜂鳴器發(fā)聲提醒用戶超出允許范圍。(2)硬件設計: 單片機最小系統(tǒng):我采用的最小系統(tǒng)包括了晶振、復位電路、燒制程序口、數碼

6、管顯示、蜂鳴器報警等功能,避免了焊接的麻煩,能更好、更精確的實施測試。超聲波模塊:采用現成的超聲波模塊,該模塊可提供 2cm-400cm 的非接觸式距離感測功能,測距精度可達高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。(3)電源模塊:采用USB供電。四、完成畢業(yè)論文(設計)所必須具備的工作條件及解決的辦法:搜集相關題材的文獻資料及參考資料,通過材料進行分析、進行消解,整理材料,更多是與指導老師多溝通;交流意見。結合課題的題材完成,以能說明自己的觀念為史料的相關證據。五、工作的主要階段、進度與時間安排:1、7月1日7月5日收集相關題材的文獻、參考資料,完成開題報告。2、7月6日7月12

7、日構思畢業(yè)設計及編寫軟件。3、7月12日7月13日撰寫論文初稿。4、7月13日7月15初稿審核,修改,完成終稿5、7月15日7月18日論文評審,定稿6、7月18日7月22日準備論文答辯7、最后成績上報及歸檔六、閱讀的主要參考文獻及資料名稱:1 騰志軍,陳莉,張宇帥一種語音同步提示的倒車雷達的設計J電子科技,2007,218(11):77792 仇成群,胡天云.基于超聲波的汽車防撞報警系統(tǒng)的設計N.傳感技術學報,2009,31-32.3 彭翠云,趙廣耀,戎海龍.汽車倒車系統(tǒng)中超聲波測距模塊的設計M.壓電與聲光,2008; 30.4 金元郁,張海鷹.超聲波自主探路車探測方法的改進M.傳感器與儀器儀

8、表,2009,(1)209-211.5 童峰,許肖梅,許天增.基于遺傳算法的超聲LMS自適應時延估計S.應用聲學,2000,69.6 Yang Yichun, MaChizhou. Algorithm study of fast and accurate time-delay estimation with fine interpolation of correlation peakJ Acta Acustica 2003,28.7 汪恩軍,等.車轍檢測中超聲測距數據采集方法N.武漢理工大學學報,2008,30(1)8 馬志敏,等.一種自動抑制超聲測量盲區(qū)的方法M.聲學技術,2005,24(1

9、)126-1279 QangLi Zhang, Y ,P , Zheng, G.Gain.Flatness Consideration on the Ultra-Wideband Low-Noise Amplifier Design S IEEE Trans,2005,6指導師意見和建議:指導教師(簽字): 年 月 日專心-專注-專業(yè)文獻綜述超聲波倒車雷達系統(tǒng)我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。超聲波具有方向性好,穿透能力強,易于獲得較集中的聲能,在水中傳播距離遠等特點??捎糜跍y距,測速,清洗,焊接,碎石等。在醫(yī)學,軍事,工業(yè),農業(yè)上有很多的應用,本次設計主要是利用超聲波做汽車的

10、倒車預警系統(tǒng)。倒車雷達系統(tǒng)主要是由超聲波測距實現。超聲波測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它方法相比,如電磁的或光學的方法,它不受光線、被測對象顏色等影響。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應能力。特別是應用于空氣測距,由于空氣中波速較慢,其回波信號中包含的沿傳播方向上的結構信息很容易檢測出來,具有很高的分辨力,因而其準確度也較其它方法為高。超聲波測距器,可以應用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業(yè)現場的位置監(jiān)控和移動機器人的研制上,也可在潮濕高溫,多塵等惡劣環(huán)境下工作。例如:液位、厚度、管道長度等場合,汽車在行駛的過程中,各種惡劣的環(huán)境都會遇到,如何保證

11、在汽車倒車時不受到周圍環(huán)境的干擾呢?我們可以利用超聲波超強的搞干擾特性,保證汽車在各種情況下都能準確的做出倒車預警。倒車雷達系統(tǒng)的研究現狀倒車雷達系統(tǒng)目前有很多種,但目前應用得最多的還是基于單片機的超聲波倒車雷達系統(tǒng),超聲波倒車雷達系統(tǒng)的主要原理是測量汽車到障礙物的距離,一般都采用波在介質中的傳播速度和時間關系進行測量。常用的技術主要有激光測距、微波雷達測距和超聲波測距三種。紅外測距的優(yōu)點是便宜,易制,安全,缺點是精度低,距離近,方向性差。激光測距的優(yōu)點是精確,缺點是需要注意人體安全,且制做的難度較大,成本較高,而且光學系統(tǒng)需要保持干凈,否則將影響測量。激光測距主要運用于軍事方面,而在汽車領域

12、,要求設備成本低,安全可靠,所以基本單片機的超聲波倒車預警系統(tǒng)將成為首選。相信將來隨著科學技術的不斷進步,超聲波倒車雷達系統(tǒng)也會越來越完善。倒車雷達系統(tǒng)中的測距技術超聲波測距作為一種典型的非接觸測量方法,在很多場合,諸如工業(yè)自動控制,建筑工程測量,機器人視覺識別,倒車防撞雷達,海洋測量,物體識別等方面得到廣泛的應用。超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢且在介質中傳播的距離較遠的優(yōu)點。與激光測距、紅外線測距相比,超聲波對外界光線、色彩和電磁場不敏感,更適于黑暗、電磁干擾強、有毒、灰塵或煙霧的惡劣環(huán)境,可在潮濕高溫,多塵等惡劣環(huán)境下工作,例如:液位、厚度、管道長度等場合。在識別透明及漫反射性差的物體上

13、也更有優(yōu)勢7。由于聲波在空氣中傳播速度遠遠小于光線和無線電波的傳播速度,對于時間測量精度的要求遠小于激光測距、微波測距等系統(tǒng)。相比于其它定位技術而言,超聲波定位技術成本低、精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定可靠,非常適合于短距離測量定位。因而超聲波測距器電路易實現、結構簡單和造價低,而且以聲速傳播,便于檢測和計算。然而基于超聲波倒車雷達系統(tǒng)在實際應用也有很多局限性,這都影響了超聲波雷達的精度。一是超聲波在空氣中衰減極大,由于測量距離的不同,造成回波信號的起伏,使回波到達時間的測量產生較大的誤差8;二是超聲波脈沖回波在接收過程中被極大地展寬,影響了測距的分辨率,尤其是對近距離的測量造成較大的影響。這兩個

14、是主要影響倒車預警系統(tǒng)的精度因素,當然還有一些其他的因素,諸如環(huán)境溫度、風速等也會對測量造成一定的影響,這些因素都限制了超聲波測距在一些對測量精度要求較高的場合的應用,由于汽車倒車雷達系統(tǒng)對精度要求并不是那么高,這些誤差都是在允許接受的范圍內的9。測距原理超聲波倒車雷達的原理一般采用渡越時間法TOF(time off light)。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時刻的同時開始計時,超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為c,這樣只要計算出從發(fā)出超聲波信號到接受到返回信號所以的時間,就可以計算出汽車距障礙物的距離(

15、s),即:s=c*t/25。測距方法聲波測距作為一種典型的非接觸測量方法,在很多場合,諸如工業(yè)自動控制,建筑工程測量,機器人視覺識別,倒車防撞雷達,海洋測量,物體識別等方面得到廣泛的應用。超聲波具有指向性強、能量消耗緩慢且在介質中傳播的距離較遠的優(yōu)點。與激光測距、紅外線測距相比,超聲波對外界光線、色彩和電磁場不敏感,更適于黑暗、電磁干擾強、有毒、灰塵或煙霧的惡劣環(huán)境,可在潮濕高溫,多塵等惡劣環(huán)境下工作,例如:液位、厚度、管道長度等場合。在識別透明及漫反射性差的物體上也更有優(yōu)勢7。由于聲波在空氣中傳播速度遠遠小于光線和無線電波的傳播速度,對于時間測量精度的要求遠小于激光測距、微波測距等系統(tǒng)。相比

16、于其它定位技術而言,超聲波定位技術成本低、精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定可靠,非常適合于短距離測量定位。因而超聲波測距器電路易實現、結構簡單和造價低,而且以聲速傳播,便于檢測和計算。然而基于超聲波倒車雷達系統(tǒng)在實際應用也有很多局限性,這都影響了超聲波雷達的精度。一是超聲波在空氣中衰減極大,由于測量距離的不同,造成回波信號的起伏,使回波到達時間的測量產生較大的誤差8;二是超聲波脈沖回波在接收過程中被極大地展寬,影響了測距的分辨率,尤其是對近距離的測量造成較大的影響。這兩個是主要影響倒車雷達系統(tǒng)的精度因素,當然還有一些其他的因素,諸如環(huán)境溫度、風速等也會對測量造成一定的影響,這些因素都限制了超聲波測距

17、在一些對測量精度要求較高的場合的應用,由于汽車倒車雷達系統(tǒng)對精度要求并不是那么高,這些誤差都是在允許接受的范圍內的9。倒車雷達系統(tǒng)的核心處理器近年來,隨著單片機在我國的推廣,以其簡單實用、功能強、體積小而日益廣泛的被廣大設計師采用,尤其在控制領域中的應用更為突出,單片機在汽車領域的應用尤其突出,現在汽車的電路系統(tǒng)大多都是由單片機控制的,而本設計的倒車雷達系統(tǒng),是單片機在汽車領域的典型應用。單片機出現的歷史并不長,但發(fā)展十分迅猛,在集成度、功能、速度、可靠性、應用領域等全方位向更高水平發(fā)展。目前單片機已用于工業(yè)控制、機電一體化設備、儀器儀表、信號處理、現代兵器、交通能源、商用設備、醫(yī)療設備及家用

18、電器等各個領域,隨著單片機性能的不斷提高,它的應用將會更加廣泛。單片機技術發(fā)展非??欤阅壳暗漠a品都致力于在功能全面、技術先進、操作簡便、安全可靠、價格合理等方面進行仔細研究,精心設計;及時掌握最新的單片機技術,在條件允許的情況下,盡可能地利用最新的單片機技術來研制其應用系統(tǒng),再利用單片機體積小、價格低、功能強等特點,以保證所設計的產品在未來的一段時間內仍具生命力。在生活和生產的各個領域中,凡是有自動控制要求的地方都會有單片機的身影出現;從簡單到復雜,從空中、地面到地下,凡是能想象到的地方幾乎都有使用單片機的需求。它的應用必定導致傳統(tǒng)的控制技術從根本上發(fā)生變革。單片機的開發(fā)應用已成為高科技和

19、工程領域的一項重大課題1-3。未來單片機將在汽車領域的應用更加廣泛。單片機STC89C52RCSTC89C51RC/RD+系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾,高速,低功耗的單片機,指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機,12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇,最新的D版本內部集成MAX810專用復位電路6。特點:1.增強型6時鐘/機器周期,12時鐘/機器周期8051CPU2.工作電壓:5.5V-3.4V(5V單片機)/3.8V-2.0V(3V單片機)3.工作頻率范圍:0-40MHz,相當于普通8051的080MHz。實際工作頻率可達48MHz。4.用戶應用程序空間4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字節(jié)5.片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM6.通用I/O口(32/36個),復位后為:P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)I/O口)P0口是開漏輸出,作為總線擴展用時,不用加上拉電阻,7.ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應用可編程),無需專用編程器/仿真器可通過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序,8K程序3秒即可完成一片 8.EEPROM功能9.看門狗10.內部集成MAX810專用復位電路(D版本才有)因此,本次基于單片機的超聲波倒車雷達系統(tǒng)的設計具有一定的實用和參考價值。

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