1、指導(dǎo)文件5：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題 目（中文）基于單片機(jī)的超聲波測(cè)距倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)（英文）Based on Singlechip ultrasonic ranging reverse radar design 課題類型 課題來(lái)源 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 職 稱 填寫日期： 20*年 * 月 * 日一、選題的目的及研究意義隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，尤其是近幾年來(lái)，汽車已逐漸成為人們不可或缺的交通工具。然而，由于汽車的普及，因汽車所萌生的一系列問(wèn)題正漸漸凸顯出來(lái)。倒車，是每位駕駛員都必須掌握的技能，如同前行一樣需要小心謹(jǐn)慎，每年都有倒車引起事故的報(bào)道，輕則對(duì)自己的車和他人的財(cái)物造成損傷，重則可能

2、危及人的性命，尤其是對(duì)兒童危害較大，他們體型較小，僅從后視鏡來(lái)獲取視野指導(dǎo)倒車仍有可能會(huì)對(duì)讓們?cè)斐蓚Α，F(xiàn)如今后視鏡已越來(lái)越不能滿足人們安全倒車的需求了。因此，增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本系統(tǒng)介紹了一種基于51單片機(jī)的超聲波測(cè)距倒車系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)可以精確測(cè)得車尾與障礙物的距離，指導(dǎo)司機(jī)安全倒車。二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等 超聲波是指頻率在 20kHz106kHz

3、的機(jī)械波,波速一般為 1500m/s,波長(zhǎng)為 0.01cm10cm。超聲波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于分子尺寸 ,說(shuō)明超聲波本身不能直接對(duì)分子起作用 ,而是通過(guò)周圍環(huán)境的物理作用影響分子 ,所以超聲波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。超聲波既是一種波動(dòng)形式 ,又是一種能量形式 ,在傳播過(guò)程中與媒介相互作用產(chǎn)生超聲效應(yīng)。超聲波與媒介相互作用可分為機(jī)械作用、空化作用和熱作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域相互滲透 ,使超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、化工、醫(yī)學(xué)、石油化工等許多領(lǐng)域。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式 ,所具有的高效能在材料化學(xué)中起到光、電、熱方法所無(wú)法達(dá)到的作用 。僅從超聲波在液體中釋放的巨大能量來(lái)說(shuō)就是

4、其他方法所望塵莫及的 ,更不用說(shuō)超聲波定量控制的效果了。近年來(lái) ,隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與成熟 ,其在新材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過(guò)程的強(qiáng)化以及廢水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用 。在材料合成中 ,尤其是納米材料的制備中 ,超聲波技術(shù)有著極大的潛力。通過(guò)超聲波方法制備納米材料 ,達(dá)到了目前我們采用激光、紫外線照射和熱電作用所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) ,具有很好的前景。 20年前出現(xiàn)的倒車?yán)走_(dá)，嚴(yán)格而言，不屬于雷達(dá)(無(wú)線電波)的產(chǎn)品。以最早出現(xiàn)的類似裝置來(lái)講，它是利用紅外線的發(fā)射與接收的原理而做出的“倒車?yán)走_(dá)”。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

5、反應(yīng)也較差。但更糟糕的是，無(wú)論是紅外線發(fā)射器或接受器，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。 最近在歐美又出現(xiàn)了一種電磁感應(yīng)倒車?yán)走_(dá)。在一線路套上一環(huán)型的感應(yīng)圈(此線圈貼在后保險(xiǎn)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(wú)。此種裝置價(jià)格中等，并且完全隱密，算是一種好產(chǎn)品，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)車在后退行進(jìn)時(shí)，可探測(cè)到物體，但車一旦停止后退行進(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)車一旦停止再啟動(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，此車不能再后退等。因此，實(shí)用性也相當(dāng)有限。 日本、美

6、國(guó)和歐洲等國(guó)的大汽車公司都投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力，采用先進(jìn)的毫米波雷達(dá)、CCD攝像機(jī)、GPS和高檔微機(jī)等制成安全預(yù)警系統(tǒng)，使用在其所開(kāi)發(fā)的高級(jí)汽車上。據(jù)海外媒體報(bào)道，戴姆勒克萊斯勒公司日前成功開(kāi)發(fā)出供商用車(尤指卡車)使用的電子剎車系統(tǒng)，它與其他剎車系統(tǒng)的區(qū)別在于，其在卡車車頭設(shè)有雷達(dá)感應(yīng)器，感應(yīng)器在車前觀察四周環(huán)境，并將所有收集的信息交由一控制器加工處理，形成一虛擬景象。之后再借助演算法的輔助來(lái)判斷所發(fā)生狀況是否需要利用剎車。未來(lái)兩三年內(nèi)這種新型剎車系統(tǒng)即可量產(chǎn)上市，但價(jià)格昂貴，目前定為3745歐元，其過(guò)高的成本限制了它應(yīng)用的普遍性。在底特律國(guó)際車展上，通用公司的Precept概念車裝了Do

7、nnelly公司生產(chǎn)的以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的后視鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)用一個(gè)內(nèi)后視鏡和兩個(gè)外后視鏡采集汽車周圍的景象，三個(gè)景象合成一個(gè)全景圖像在中控臺(tái)的視屏上顯示出來(lái)，還用文字說(shuō)明來(lái)傳達(dá)信息。攝像機(jī)也可在倒車時(shí)使用，當(dāng)車后近處有障礙物時(shí)，就及時(shí)讓駕駛員知曉。迄今為止，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者均著眼于測(cè)距傳感器的研究。通常的倒車?yán)走_(dá)主要由感應(yīng)器、主機(jī)、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號(hào)，并將接收到的信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過(guò)顯示設(shè)備顯示出來(lái)。感應(yīng)器裝在后保險(xiǎn)杠上，以角45輻射，檢查目標(biāo)，能探索到那些低于保險(xiǎn)杠而司機(jī)從后窗又難以看見(jiàn)的障礙物并報(bào)警，如花壇，蹲在車后玩耍的兒童等：顯示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽

8、車據(jù)后面物體還有多少距離，到危險(xiǎn)距離時(shí)，蜂鳴器就開(kāi)始鳴叫，提示司機(jī)停車。根據(jù)感應(yīng)器種類不同，倒車?yán)走_(dá)可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式等種。轉(zhuǎn)帖式感應(yīng)器后有一層膠，可直接粘在后保險(xiǎn)杠上：鉆孔式感應(yīng)器是在保險(xiǎn)杠上鉆一個(gè)洞，然后把感應(yīng)器嵌進(jìn)去：懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設(shè)備種類不同，倒車?yán)走_(dá)又可以分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式等三種。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機(jī)大小的盒子，安裝在駕駛臺(tái)上，直接用數(shù)字表示汽車與后面物體的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員一目了然。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)了數(shù)代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏

9、顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這3種。因?yàn)?，大力研究開(kāi)發(fā)倒車?yán)走_(dá)等主動(dòng)式汽車輔助安全裝置，將減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于交通安全起到重要作用。顯然，此類產(chǎn)品的研發(fā)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。三、對(duì)本課題將要解決的主要問(wèn)題及解決問(wèn)題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）方案進(jìn)行說(shuō)明 1.方案選擇：目前常見(jiàn)的有超聲波短距離測(cè)距，毫米波雷達(dá)長(zhǎng)距離測(cè)距，激光測(cè)距，攝像系統(tǒng)測(cè)距等幾種方法，按照常規(guī)技術(shù)的應(yīng)用有以下三種方案可供選擇：方案1、采用毫米波雷達(dá)。優(yōu)點(diǎn)：適合長(zhǎng)距離測(cè)距。缺點(diǎn)：成本比較高，信號(hào)處理難度高。不適合處理短距離測(cè)距。方案2、紅外測(cè)距。優(yōu)點(diǎn)：成本低，精度高。缺點(diǎn)：測(cè)量距

10、離較近且受環(huán)境影響較大。方案3、激光測(cè)距。優(yōu)點(diǎn)：精度最高，穩(wěn)定性好，適合遠(yuǎn)距離測(cè)量。缺點(diǎn)：成本高，技術(shù)要求太高。 方案4、攝像系統(tǒng)測(cè)距：優(yōu)點(diǎn)：能比較直觀觀察到車輛后面的實(shí)際情況。缺點(diǎn)：視頻信號(hào)處理復(fù)雜，涉及到數(shù)字圖像處理等，成本較高，一般消費(fèi)者很難接受。 方案5、超聲波測(cè)距。優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單，成本低，制作方便，適合在一般短距離的測(cè)距，其最佳距離為45米。缺點(diǎn)：有一定局限性（這時(shí)因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣仁芴鞖庥绊戄^大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；對(duì)于遠(yuǎn)距離的障礙物，由于反射波過(guò)于微弱，使得靈敏度下降）。通過(guò)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合、成本和技術(shù)原因的研究，認(rèn)為采用方案5最為實(shí)際有效。2.方案實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)采用超聲波測(cè)

11、距原理。超聲波測(cè)距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理裝置三部分組成。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波脈沖，超聲波接收器接收遇到障礙物反射回來(lái)的反射波，準(zhǔn)確測(cè)量超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時(shí)間，根據(jù)超聲波的傳播速度，可以計(jì)算出障礙物距離。作為一種非接觸式的檢測(cè)方式，和紅外、激光、無(wú)線電測(cè)距相比，由于超聲波具有穿透性較強(qiáng)、空氣傳播衰減小、反射能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以超聲波測(cè)距具有在近距離范圍內(nèi)不受光線和雨雪霧的影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。高速的單片機(jī)微秒級(jí)的機(jī)器周期，可實(shí)現(xiàn)較精確的時(shí)間測(cè)量。本電路采用12MHz的晶振，滿足系統(tǒng)的性能要求。四、檢索與本課題有關(guān)參考文獻(xiàn)資料的簡(jiǎn)要說(shuō)明參考文獻(xiàn)

12、目錄 1 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析M.北京航空航天大學(xué)出版社，2001（7）：298312 2 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2001 .3974073 楊恢先，黃輝先.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社, 2002.36524 徐淑華，程退安，姚萬(wàn)生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1994.85 5 戴佳，戴衛(wèi)恒.51單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例精講.北京：電子工業(yè)出版社，20076 何立明.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2000.991107 涂時(shí)亮等編.單片微機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)M.重慶:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社

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