《基于超聲波檢測的倒車雷達設(shè)計》開題報告一、課題的目的和意義1.研究目的（1）研究了一種汽車倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)在常見的汽車倒車預(yù)警裝置的基礎(chǔ)上采用計算機控制技術(shù)和超聲波測距技術(shù)，通過顯示障礙物與汽車的距離并根據(jù)其距離遠近實時發(fā)出報警，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，提高了駕駛安全性。（2）在研究汽車倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)過程中，運用理論分析、電路設(shè)計和計算機仿真等研究手段，完成了倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計，采用了模糊控制算法，進行了系統(tǒng)的計算機仿真。2.研究意義隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)增長和汽車價格的持續(xù)下降，越來越多的家庭擁有自己的汽車。在享受汽車給我們帶來的便利同時，由于倒車而產(chǎn)生的問題也日益突出。一方面汽車的數(shù)量逐年增加，公路、街道、停車場和車庫擁擠不堪，可轉(zhuǎn)動的空間越來越少;另一方面，新司機及非專職司機越來越多，因倒車引起的糾紛越來越多，車輛之間、車輛與人、車輛與墻壁等障礙物之間的碰撞時有發(fā)生。在2006年汽車事故的發(fā)生比例中，倒車引起的事故占28%，倒車己成為令人們頭痛的一項任務(wù)，即使是經(jīng)驗豐富的司機也在抱怨倒車是件費力費神的事。據(jù)統(tǒng)計危險境況時，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關(guān)事故的50%，迎面撞車事故的60%。改善倒車遇到的窘境被越來越多的人所關(guān)注，人們對汽車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倒車給人們帶來的不便，消除駕駛中的不安全因素，可將車快速準確地停放到指定的位置。二、文獻綜述國外汽車倒車雷達預(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(無線電波)的產(chǎn)品，最大的缺點是紅外線波易受干擾，整個系統(tǒng)的警示音常呈現(xiàn)不穩(wěn)定的亂鳴狀態(tài)，另外對深黑色粗糙表面物體的反應(yīng)也較差。但更糟糕的是，無論是紅外線發(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)就會失效。

最近在歐美出現(xiàn)的一種電磁感應(yīng)倒車雷達。在一線路套上一環(huán)型的感應(yīng)(此線圈貼在后保險杠的內(nèi)側(cè)，車外表完全看不出有此裝置)，以感應(yīng)車后物體的有無。此種裝置價格中等，并且完全隱密，但可惜的是，安裝困難(必須卸下保險杠貼在內(nèi)側(cè))，而且只能探測動態(tài)物品，當車在后退行進時，可探測到物體，但車一旦停止后退行進，則任何物體都不被認可。換言之，如有任何物品貼在后保險杠，當車一旦停下再啟動后，此裝置并不會告知駕駛者后方有物品貼在保險杠，此車不能再后退等。德國大眾公司已經(jīng)將超聲波測距技術(shù)應(yīng)用在倒車雷達上，并且具有前視和后視功能，采用自舉升壓的方式驅(qū)動8路超聲波傳感器，目前國內(nèi)引進車型對這一技術(shù)尚不能國產(chǎn)化，仍需要引進德國原廠成品安裝。因此，實用性也相當有限。

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，近兩三年我國開始進入私家車時代，交通事故發(fā)生的頻率也在增加，為提高汽車運行的安全性，倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)不僅深受駕駛員的青睞，也逐漸成為汽車電子產(chǎn)業(yè)中新的增長點。尤其是近兩年來，倒車雷達成了商家的電子新愛，眾多生產(chǎn)防盜器的廠家紛紛涉足倒車雷達，處在我國汽車電子行業(yè)環(huán)境的繁榮背景下倒車雷達已漸漸形成一個較大的行業(yè)，而且已呈現(xiàn)出一派激烈競爭的態(tài)勢。倒車雷達系統(tǒng)經(jīng)歷了三個階段，六代的技術(shù)改良，從早期的倒車防撞儀，只能測試車后有限范圍的障礙物，并發(fā)出警報，發(fā)展到根據(jù)距離遠近程度分段報警，前兩個階段的倒車雷達一般采用專用集成電路，功能較簡單。隨著人們對汽車駕駛輔助系統(tǒng)易用性要求的提高，以及單片機價格不斷下降和汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的要求，新型的倒車雷達都是以單片機為核心的智能測距傳感系統(tǒng)。要求倒車雷達連續(xù)測距并顯示障礙物距離，并采用不同間歇鳴叫頻率的聲音報警提示距離，讓駕駛員全神貫注地注視場景。汽車電子系統(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)的倒車雷達具有通信功能，能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車總線上。如最為先進的倒車雷達系統(tǒng)為“智能可視倒車雷達系統(tǒng)”，它在車尾部撞上針孔攝像頭，倒車時可以在DVD顯示屏上顯示車后的廣角真實圖像。三、研究（設(shè)計）內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題1.研究內(nèi)容設(shè)計一個帶語音提示功能，用三個超聲波測距模組組成的超聲波檢測倒車雷達控制系統(tǒng)，能夠語音提示報警0.35m-1.5m范圍內(nèi)的障礙物。具體功能為：(1)可以語音提示探測0.35m-1.5m范圍內(nèi)的障礙物；(2)語音提示可指明哪一個方向（或區(qū)域）有障礙物在探測范圍內(nèi)；(3)利用三個LED發(fā)光二極管來表示三個傳感器探測范圍內(nèi)是否有障礙物，當探測范圍內(nèi)有障礙物時，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，系統(tǒng)學(xué)習模糊控制技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，按照超聲波測距理論所建立的數(shù)學(xué)模型制定控制策略及選用適當控制算法，建立完整仿真模型并仿真。設(shè)計以SPCE061A單片機為主芯片、以超聲波發(fā)送器為輸入信號、專用接收電路，制作硬件并在線調(diào)試程序。3.擬解決的關(guān)鍵問題本課題的主要問題是：超聲波的發(fā)送、接收與處理。如果條件允許，需解決的問題還有：購買專用于超聲波系統(tǒng)的集成芯片及開發(fā)軟件，同時考慮如何降低溫度、濕度給系統(tǒng)造成的誤差。四、研究（設(shè)計）方案與進度計劃安排1.設(shè)計方案本方案以SPCE061A為核心，使用凌陽科技公司生產(chǎn)的61板，三個超聲波測距模組依次排布，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音資源，程序代碼都存放在一顆SPCE061A片內(nèi)Flash當中；當語音播報時，如檢測到左后方有障礙物，則用語音播放：“左后方”；如右后方有障礙物，則語音播放：“右后方”；當檢查到中間的傳感器探測范圍內(nèi)有障礙物時，語音播放：“后方”。而連續(xù)播放提示的間隔，要大于或等于3秒，以免過于頻繁的播報語音。其系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示。SPCE061A精簡開發(fā)板KEKEY1(61板)KEKEY2SPCE061A精簡開發(fā)板KEKEY1(61板)KEKEY2KEKEY3轉(zhuǎn)接板（4052模擬開關(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，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但需要設(shè)計一個驅(qū)動電流在100mA以上的驅(qū)動電路。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的優(yōu)點是無須驅(qū)動電路，但缺乏靈活性。本設(shè)計采用第二種方法產(chǎn)生超聲波。由SPCE061A產(chǎn)生40kHz方波，通過超聲波諧振頻率調(diào)理電路后面的CD4049則對40KHz頻率信號進行調(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)計超聲波接收器包括超聲波接收探頭、信號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)射探頭對應(yīng)的型號，關(guān)鍵是頻率要一致，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無法接收。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。正弦波信號不能直接被單片機接收，必須進行波形變換。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，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，通常在1mV～1V之間。超聲波接收處理部分電路前級采用NE5532構(gòu)成10000倍放大器，對接收信號進行放大；后級采用LM311比較器對接收信號進行調(diào)整，比較電壓為LM311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距模式。其中NE5532是高性能低噪聲運放，與很多標準運放相似，它具有較好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力以及相當高的小信號與電源帶寬。NE5532主要應(yīng)用再放大電路中，對信號進行放大。(3)語音電路設(shè)計語音報警是指當?shù)管嚴走_探測到的距離小于所設(shè)定的安全值時，發(fā)出聲音提醒駕駛員，語音電路設(shè)計如圖4所示。語音提示模塊主要是利用SPCE061A內(nèi)部的DAC電路實現(xiàn)。圖中的SPY0030是凌陽公司的產(chǎn)品。和LM386相比，SPY0030還是比較有優(yōu)勢的，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。其他特性請參考SPY0030的數(shù)據(jù)手冊。圖4語音電路原理圖（4）軟件設(shè)計SPE061A單片機及其開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)具有語言簡潔、可移植性好、表達能力強、可進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計、可以直接控制計算機硬件、生成代碼質(zhì)量高、使用方便等諸多優(yōu)點。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，當手柄轉(zhuǎn)入倒車檔，主程序開始調(diào)用測量子程序、顯示子程序和語音提示子程序，完成整個檢測提示過程。2．進度計劃安排階段起始日期終止日期進度技術(shù)指標第一階段2009.03.302009.4.18完成選題和資料收集，撰寫開題報告全面豐富課題內(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)計和軟件編程設(shè)計合理機構(gòu)化、模塊化第四階段2009.05.262009.06.19進行在線調(diào)試與仿真，撰寫畢業(yè)論文實現(xiàn)制動控制第五階段2009.06.202009.06.23細化論文，準備答辯詳細全面，提交論文五、預(yù)期結(jié)果和創(chuàng)新成果1．預(yù)期成果基本做到對汽車倒車時狀態(tài)的時時監(jiān)控，能以聲音和LED二極管告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除駕駛員泊車和啟動車輛時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)新成果市場上很多的倒車雷達都是使用單片機SPCE061A為核心來做的，其中的缺點很多。AT89C2051其擴展性和執(zhí)行能力都不能夠滿足未來發(fā)展的需求，很大程度上限制了倒車雷達的功能擴展，而凌陽公司的SPCE061A單片機確很好的彌補了這一點，SPCE061A有很低的價格，更強大的功能，而且它的語音功能更是一大特點。使用SPCE061A來設(shè)計倒車雷達，在功能上超過很多市場上的產(chǎn)品，精確度更高，價格更低廉，未來擴展性更好。六、成文時間和提交成果形式1．成文時間2009年6月222．提交成果形式開題報告、畢業(yè)設(shè)計論文、外文翻譯資料、原程序清單或運行仿真結(jié)果、原理圖、畢業(yè)設(shè)計手冊、所有畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容的電子文檔。七、參考文獻:[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]谷樹忠,閆勝利主編.Protel2004實用教程[M]第1版.北京:電子工業(yè)出版社.2005年2月.[3]高飛燕.給于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設(shè)計[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.提高超聲測距精度的設(shè)計.電子產(chǎn)品世界.2004,(7):86~89.[6]丁鷺飛,耿富錄.雷達原理.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的超聲波泊車防撞系統(tǒng)設(shè)計.自動化與儀器儀表.2005(4):7~9.[8]區(qū)健昌.電子設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計.電子工業(yè)出版社.2003:25~38.[9]胡萍.超聲波測距儀的研制tJJ.計算機與現(xiàn)代化，2003，(10):54~56.[10]FujitsuSemiconductor.FUJITSUFLASHMCUProgrammerforFFMC-8