超聲波檢測(cè)的倒車(chē)?yán)走_(dá)開(kāi)題報(bào)告

《基于超聲波檢測(cè)的倒車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)》開(kāi)題報(bào)告一、課題的目的和意義1.研究目的（1）研究了一種汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)在常見(jiàn)的汽車(chē)倒車(chē)預(yù)警裝置的基礎(chǔ)上采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和超聲波測(cè)距技術(shù)，通過(guò)顯示障礙物與汽車(chē)的距離并根據(jù)其距離遠(yuǎn)近實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警，解除了駕駛員泊車(chē)和起動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，提高了駕駛安全性。（2）在研究汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)過(guò)程中，運(yùn)用理論分析、電路設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)仿真等研究手段，完成了倒車(chē)?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，采用了模糊控制算法，進(jìn)行了系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真。2.研究意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和汽車(chē)價(jià)格的持續(xù)下降，越來(lái)越多的家庭擁有自己的汽車(chē)。在享受汽車(chē)給我們帶來(lái)的便利同時(shí)，由于倒車(chē)而產(chǎn)生的問(wèn)題也日益突出。一方面汽車(chē)的數(shù)量逐年增加，公路、街道、停車(chē)場(chǎng)和車(chē)庫(kù)擁擠不堪，可轉(zhuǎn)動(dòng)的空間越來(lái)越少;另一方面，新司機(jī)及非專(zhuān)職司機(jī)越來(lái)越多，因倒車(chē)引起的糾紛越來(lái)越多，車(chē)輛之間、車(chē)輛與人、車(chē)輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時(shí)有發(fā)生。在2006年汽車(chē)事故的發(fā)生比例中，倒車(chē)引起的事故占28%，倒車(chē)己成為令人們頭痛的一項(xiàng)任務(wù)，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的司機(jī)也在抱怨倒車(chē)是件費(fèi)力費(fèi)神的事。據(jù)統(tǒng)計(jì)危險(xiǎn)境況時(shí)，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時(shí)間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關(guān)事故的50%，迎面撞車(chē)事故的60%。改善倒車(chē)遇到的窘境被越來(lái)越多的人所關(guān)注，人們對(duì)汽車(chē)操縱的便捷性提出了更高的要求，希望有種裝置能夠解決汽車(chē)倒車(chē)給人們帶來(lái)的不便，消除駕駛中的不安全因素，可將車(chē)快速準(zhǔn)確地停放到指定的位置。二、文獻(xiàn)綜述國(guó)外汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)早期大多采用紅外線的發(fā)射與接收原理，不屬于雷達(dá)(無(wú)線電波)的產(chǎn)品，最大的缺點(diǎn)是紅外線波易受干擾，整個(gè)系統(tǒng)的警示音常呈現(xiàn)不穩(wěn)定的亂鳴狀態(tài)，另外對(duì)深黑色粗糙表面物體的反應(yīng)也較差。但更糟糕的是，無(wú)論是紅外線發(fā)射器或接收器，只要任何一方讓一層薄薄的冰雪或泥塵覆蓋，系統(tǒng)就會(huì)失效。

最近在歐美出現(xiàn)的一種電磁感應(yīng)倒車(chē)?yán)走_(dá)。在一線路套上一環(huán)型的感應(yīng)(此線圈貼在后保險(xiǎn)杠的內(nèi)側(cè)，車(chē)外表完全看不出有此裝置)，以感應(yīng)車(chē)后物體的有無(wú)。此種裝置價(jià)格中等，并且完全隱密，但可惜的是，安裝困難(必須卸下保險(xiǎn)杠貼在內(nèi)側(cè))，而且只能探測(cè)動(dòng)態(tài)物品，當(dāng)車(chē)在后退行進(jìn)時(shí)，可探測(cè)到物體，但車(chē)一旦停止后退行進(jìn)，則任何物體都不被認(rèn)可。換言之，如有任何物品貼在后保險(xiǎn)杠，當(dāng)車(chē)一旦停下再啟動(dòng)后，此裝置并不會(huì)告知駕駛者后方有物品貼在保險(xiǎn)杠，此車(chē)不能再后退等。德國(guó)大眾公司已經(jīng)將超聲波測(cè)距技術(shù)應(yīng)用在倒車(chē)?yán)走_(dá)上，并且具有前視和后視功能，采用自舉升壓的方式驅(qū)動(dòng)8路超聲波傳感器，目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)車(chē)型對(duì)這一技術(shù)尚不能?chē)?guó)產(chǎn)化，仍需要引進(jìn)德國(guó)原廠成品安裝。因此，實(shí)用性也相當(dāng)有限。

隨著我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，近兩三年我國(guó)開(kāi)始進(jìn)入私家車(chē)時(shí)代，交通事故發(fā)生的頻率也在增加，為提高汽車(chē)運(yùn)行的安全性，倒車(chē)?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)不僅深受駕駛員的青睞，也逐漸成為汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)中新的增長(zhǎng)點(diǎn)。尤其是近兩年來(lái)，倒車(chē)?yán)走_(dá)成了商家的電子新愛(ài)，眾多生產(chǎn)防盜器的廠家紛紛涉足倒車(chē)?yán)走_(dá)，處在我國(guó)汽車(chē)電子行業(yè)環(huán)境的繁榮背景下倒車(chē)?yán)走_(dá)已漸漸形成一個(gè)較大的行業(yè)，而且已呈現(xiàn)出一派激烈競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì)。倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)經(jīng)歷了三個(gè)階段，六代的技術(shù)改良，從早期的倒車(chē)防撞儀，只能測(cè)試車(chē)后有限范圍的障礙物，并發(fā)出警報(bào)，發(fā)展到根據(jù)距離遠(yuǎn)近程度分段報(bào)警，前兩個(gè)階段的倒車(chē)?yán)走_(dá)一般采用專(zhuān)用集成電路，功能較簡(jiǎn)單。隨著人們對(duì)汽車(chē)駕駛輔助系統(tǒng)易用性要求的提高，以及單片機(jī)價(jià)格不斷下降和汽車(chē)電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的要求，新型的倒車(chē)?yán)走_(dá)都是以單片機(jī)為核心的智能測(cè)距傳感系統(tǒng)。要求倒車(chē)?yán)走_(dá)連續(xù)測(cè)距并顯示障礙物距離，并采用不同間歇鳴叫頻率的聲音報(bào)警提示距離，讓駕駛員全神貫注地注視場(chǎng)景。汽車(chē)電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展還要求作為駕駛輔助系統(tǒng)子系統(tǒng)的倒車(chē)?yán)走_(dá)具有通信功能，能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車(chē)總線上。如最為先進(jìn)的倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)為“智能可視倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)”，它在車(chē)尾部撞上針孔攝像頭，倒車(chē)時(shí)可以在DVD顯示屏上顯示車(chē)后的廣角真實(shí)圖像。三、研究（設(shè)計(jì)）內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題1.研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)帶語(yǔ)音提示功能，用三個(gè)超聲波測(cè)距模組組成的超聲波檢測(cè)倒車(chē)?yán)走_(dá)控制系統(tǒng)，能夠語(yǔ)音提示報(bào)警0.35m-1.5m范圍內(nèi)的障礙物。具體功能為：(1)可以語(yǔ)音提示探測(cè)0.35m-1.5m范圍內(nèi)的障礙物；(2)語(yǔ)音提示可指明哪一個(gè)方向（或區(qū)域）有障礙物在探測(cè)范圍內(nèi)；(3)利用三個(gè)LED發(fā)光二極管來(lái)表示三個(gè)傳感器探測(cè)范圍內(nèi)是否有障礙物，當(dāng)探測(cè)范圍內(nèi)有障礙物時(shí)，發(fā)光管以一定頻率閃爍，閃爍的頻率根據(jù)距離定，距離越近閃爍越頻率越高。2.研究途徑收集資料和文獻(xiàn)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)模糊控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，按照超聲波測(cè)距理論所建立的數(shù)學(xué)模型制定控制策略及選用適當(dāng)控制算法，建立完整仿真模型并仿真。設(shè)計(jì)以SPCE061A單片機(jī)為主芯片、以超聲波發(fā)送器為輸入信號(hào)、專(zhuān)用接收電路，制作硬件并在線調(diào)試程序。3.擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題本課題的主要問(wèn)題是：超聲波的發(fā)送、接收與處理。如果條件允許，需解決的問(wèn)題還有：購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)用于超聲波系統(tǒng)的集成芯片及開(kāi)發(fā)軟件，同時(shí)考慮如何降低溫度、濕度給系統(tǒng)造成的誤差。四、研究（設(shè)計(jì)）方案與進(jìn)度計(jì)劃安排1.設(shè)計(jì)方案本方案以SPCE061A為核心，使用凌陽(yáng)科技公司生產(chǎn)的61板，三個(gè)超聲波測(cè)距模組依次排布，組成線陣的傳感器陣列；另外，接有轉(zhuǎn)接板、發(fā)光二極管顯示模塊。本方案要求所有的語(yǔ)音資源，程序代碼都存放在一顆SPCE061A片內(nèi)Flash當(dāng)中；當(dāng)語(yǔ)音播報(bào)時(shí)，如檢測(cè)到左后方有障礙物，則用語(yǔ)音播放：“左后方”；如右后方有障礙物，則語(yǔ)音播放：“右后方”；當(dāng)檢查到中間的傳感器探測(cè)范圍內(nèi)有障礙物時(shí)，語(yǔ)音播放：“后方”。而連續(xù)播放提示的間隔，要大于或等于3秒，以免過(guò)于頻繁的播報(bào)語(yǔ)音。其系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板KEKEY1(61板)KEKEY2SPCE061A精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板KEKEY1(61板)KEKEY2KEKEY3轉(zhuǎn)接板（4052模擬開(kāi)關(guān)）LED1LED2LED3傳感器1傳感器2傳感器3（1）超聲波發(fā)送模塊設(shè)計(jì)超聲波發(fā)送器可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。前者利用軟件產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)，通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好，但需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流在100mA以上的驅(qū)動(dòng)電路。第二種方法是利用超聲波專(zhuān)用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并直接驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須驅(qū)動(dòng)電路，但缺乏靈活性。本設(shè)計(jì)采用第二種方法產(chǎn)生超聲波。由SPCE061A產(chǎn)生40kHz方波，通過(guò)超聲波諧振頻率調(diào)理電路后面的CD4049則對(duì)40KHz頻率信號(hào)進(jìn)行調(diào)理；以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振，由超聲波探頭發(fā)射出去，超聲波諧振頻率調(diào)理電路如圖2所示。圖2超聲波諧振頻率調(diào)理電路（2）超聲波接收模塊設(shè)計(jì)超聲波接收器包括超聲波接收探頭、信號(hào)放大電路及波形變換電路三部分。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，關(guān)鍵是頻率要一致，否則將因無(wú)法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無(wú)法接收。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號(hào)非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。正弦波信號(hào)不能直接被單片機(jī)接收，必須進(jìn)行波形變換。如圖3所示。圖3超聲波接受及處理電路超聲波在空氣中傳播時(shí)，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號(hào)越強(qiáng)，距離越遠(yuǎn)信號(hào)越弱，通常在1mV～1V之間。超聲波接收處理部分電路前級(jí)采用NE5532構(gòu)成10000倍放大器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大；后級(jí)采用LM311比較器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，比較電壓為L(zhǎng)M311的COM-line管腳處，可由J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測(cè)距模式。其中NE5532是高性能低噪聲運(yùn)放，與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，它具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動(dòng)能力以及相當(dāng)高的小信號(hào)與電源帶寬。NE5532主要應(yīng)用再放大電路中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。(3)語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)語(yǔ)音報(bào)警是指當(dāng)?shù)管?chē)?yán)走_(dá)探測(cè)到的距離小于所設(shè)定的安全值時(shí)，發(fā)出聲音提醒駕駛員，語(yǔ)音電路設(shè)計(jì)如圖4所示。語(yǔ)音提示模塊主要是利用SPCE061A內(nèi)部的DAC電路實(shí)現(xiàn)。圖中的SPY0030是凌陽(yáng)公司的產(chǎn)品。和LM386相比，SPY0030還是比較有優(yōu)勢(shì)的，比如LM386工作電壓需在4V以上，而SPY0030僅需2.4V(兩顆電池)即可工作；LM386輸出功率100mW以下，SPY0030約700mW。其他特性請(qǐng)參考SPY0030的數(shù)據(jù)手冊(cè)。圖4語(yǔ)音電路原理圖（4）軟件設(shè)計(jì)SPE061A單片機(jī)及其開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)具有語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、可移植性好、表達(dá)能力強(qiáng)、可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、可以直接控制計(jì)算機(jī)硬件、生成代碼質(zhì)量高、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，當(dāng)手柄轉(zhuǎn)入倒車(chē)檔，主程序開(kāi)始調(diào)用測(cè)量子程序、顯示子程序和語(yǔ)音提示子程序，完成整個(gè)檢測(cè)提示過(guò)程。2．進(jìn)度計(jì)劃安排階段起始日期終止日期進(jìn)度技術(shù)指標(biāo)第一階段2009.03.302009.4.18完成選題和資料收集，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告全面豐富課題內(nèi)容第二階段2009.04.192009.05.4控制器設(shè)計(jì)仿真及訓(xùn)練符合精度要求第三階段2009.05.52009.05.25完成硬件設(shè)計(jì)和軟件編程設(shè)計(jì)合理機(jī)構(gòu)化、模塊化第四階段2009.05.262009.06.19進(jìn)行在線調(diào)試與仿真，撰寫(xiě)畢業(yè)論文實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制第五階段2009.06.202009.06.23細(xì)化論文，準(zhǔn)備答辯詳細(xì)全面，提交論文五、預(yù)期結(jié)果和創(chuàng)新成果1．預(yù)期成果基本做到對(duì)汽車(chē)倒車(chē)時(shí)狀態(tài)的時(shí)時(shí)監(jiān)控，能以聲音和LED二極管告知駕駛員周?chē)系K物的情況，解除駕駛員泊車(chē)和啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾，幫助駕駛員掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高安全性，避免不必要的麻煩。2．創(chuàng)新成果市場(chǎng)上很多的倒車(chē)?yán)走_(dá)都是使用單片機(jī)SPCE061A為核心來(lái)做的，其中的缺點(diǎn)很多。AT89C2051其擴(kuò)展性和執(zhí)行能力都不能夠滿足未來(lái)發(fā)展的需求，很大程度上限制了倒車(chē)?yán)走_(dá)的功能擴(kuò)展，而凌陽(yáng)公司的SPCE061A單片機(jī)確很好的彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，SPCE061A有很低的價(jià)格，更強(qiáng)大的功能，而且它的語(yǔ)音功能更是一大特點(diǎn)。使用SPCE061A來(lái)設(shè)計(jì)倒車(chē)?yán)走_(dá)，在功能上超過(guò)很多市場(chǎng)上的產(chǎn)品，精確度更高，價(jià)格更低廉，未來(lái)擴(kuò)展性更好。六、成文時(shí)間和提交成果形式1．成文時(shí)間2009年6月222．提交成果形式開(kāi)題報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、外文翻譯資料、原程序清單或運(yùn)行仿真結(jié)果、原理圖、畢業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)、所有畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的電子文檔。七、參考文獻(xiàn):[1]陳疆.基于超聲波傳感器的障礙物判別系統(tǒng)的研究.西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士論文.2005:8~18.[2]谷樹(shù)忠,閆勝利主編.Protel2004實(shí)用教程[M]第1版.北京:電子工業(yè)出版社.2005年2月.[3]高飛燕.給于單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)，2005[4]J.Coutte,B.Dubus,C.Debus.DesignproductionandtestingofPMN-PTelectrostrictivetransducers.Ultrasonics.2002,40:883~888.[5]張和生.提高超聲測(cè)距精度的設(shè)計(jì).電子產(chǎn)品世界.2004,(7):86~89.[6]丁鷺飛,耿富錄.雷達(dá)原理.西安電子科技大學(xué)出版社,2002:170~171,349~354.[7]趙宏剛,黃席樾.基于AT89C2051的超聲波泊車(chē)防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì).自動(dòng)化與儀器儀表.2005(4):7~9.[8]區(qū)健昌.電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社.2003:25~38.[9]胡萍.超聲波測(cè)距儀的研制tJJ.計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2003，(10):54~56.[10]FujitsuSemiconductor.FUJITSUFLASHMCUProgrammerforFFMC-8