倒车防撞报警系统的设计(附件)【字数：10181】
摘 要在当今社会中，汽车出行已经在人们生活中越来越普及，在出行过程中，不可避免的会遇到倒车问题，本课题模拟设计算出汽车在倒车过程中车辆与障碍物的安全距离，当车辆倒车时车辆与障碍物之间的距离低于这个设定的安全值时，车辆能够自动报警并采取制动措施的主动型汽车倒车防撞报警系统。 为了做到智能实时测量倒车时车辆与障碍物间的距离，车辆的末端安装超声波传感器来进行智能测距，除此之外还需要报警器以及实时显示装置来实现完整的电路回路以实现警报。从而获得汽车与障碍物两者间准确的距离，将其显示在LED上。如果距离超过设定安全值，回路被接通，实现警铃报警，告知驾驶员及时做出相应的动作避免撞车。设计系统主程序及各部分子程序，最后对超声波测距的误差进行分析，并提出优化方案。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究目的及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3超声波测距的原理 2
1.4存在问题及解决思路 3
1.4.1现有研究存在的问题 3
1.4.2解决思路 3
1.5课题主要研究内容 4
第二章 系统方案设计 5
2.1系统总体设计思路 5
2.2单片机的选择 5
2.3超声波传感器的选型 6
2.4传感器的指向角θ 7
2.5本章小结 7
第三章 硬件电路设计 8
3.1超声波发射电路 8
3.2超声波接收电路 8
3.3显示电路与报警电路的设计 9
3.3.1显示电路的设计 9
3.3.2报警电路的设计 10
3.4电源设计 10
3.5本章小结 11
第四章 系统各模块软件设计 12
4.1系统主程序设计 12
4.2超声波发射子程序和超声波接收子程序 13
4.3距离显示、判断以及报警子程序 13
4.4本章小结 14
第五章 误差分析与整改方案 15
5.1超声波测距 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
误差分析 15
5.2针对误差产生原因的系统改进方案 17
5.3本章小结 18
结束语 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 22
附录B 23
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
由于社会物质水平的发展，人们对于生活中舒适度的要求越来越高，车辆出行已逐渐成为人们生活中最受欢迎的一种出行方式。交通拥堵变得越来越严重，道路交通事故的发生也越来越频繁，对人身安全和经济条件造成了威胁。在这种社会情况下，车辆碰撞报警系统就成为一种具有高可靠性和建设性的设计。全世界对车辆防撞系统的研究起始于二十世纪八十年代末期。90年代初，美国、德国和日本报道了民航车辆配备防撞报警系统的情况，而我国在这个领域起步较晚。就当前而言，因为报警系统本身的可靠性不足还伴有虚警的情况，所以目前关于批量化生产和装备汽车相关的报道还不多。在已有防撞研究系统中，微波系统尽管拥有能测量距离较远的优势，但由于成本问题，无法做到对全世界的推广应用。还有就是利用激光做出的汽车防撞系统，在中国，已有相关公司研究出相应样品，但由于激光波束较窄的限制，无法做到对路障广范围高效率报告的缘故，同样也不能全球推广。但是以上存在的问题声波都能很好的解决，在大自然中声波是无处不在的，声波是由发射和接收两个过程所组成的，而我们所能辨识的声波都是低于20KHz，这种频段的声波复杂且繁琐，会受到很大的干扰。当频段达到20KHz以上时，我们称其为超声波，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面[1]。
1.1.2研究目的及意义
交通拥挤日渐普遍，汽车碰撞事件也随之增加，这就无法避免地造成人身伤亡和经济的损失。相比欧美等国家，我国发达城市大多是地少人密，也就导致了交通状况堪忧，甚至只有发达国家上个世纪七十年代的水平。我国的年死亡率极高，是其他国家的数倍。所以尽快的设计一种反应灵敏、可靠性高的车辆防撞系统已至关重要。为了有效避免倒车事故，系统必须迅速准确的测量出实时距离，并在事故发生前及时发出警报，提醒驾驶者及时做出解决措施，并且在此同时反馈给车辆的中控ECU并由其在驾驶员未能及时制动时作出强制制动措施。众所周知，车辆的倒车防撞报警系统的设计是需要实现距离的非接触检测，而目前研发成功的并且可以熟练运用的大致有这几种：分别是激光测距、超声波测距、雷达测距。但是因为雷达测距制造成本相对较高，不适宜广泛的推广和运用，在某些领域是无法应用的，所以相对而言，超声波测距具有显著的优点，人们普遍重视超声波测距这种方法，并且用于很多方面，例如导航系统、超波声定位等方面。
1.2国内外汽车倒车雷达预警系统的现状[2]
倒车雷达系统真正的开始，要追溯到第二代汽车倒车防撞报警器，与第一代相比，第一代防撞报警器只能发出“请注意，倒车”的警告声音，二代能在汽车与障碍物间距离越来越近时，通过某些报警装置，发出频率越来越快的报警声，由此来帮助驾驶员判断车距。在第二代的基础上，三代防撞报警器加装了数字显示器，来显示距离，并用绿黄红显示车辆与障碍物间距离的远近程度，有了质上的飞跃。在结合前三代防撞报警器的优点后，人们研究开发出了第四代预警系统，使用液晶显示屏能在汽车发动后，实时显示距离和汽车自身状况，但其太过灵敏，容易误报，所以没有大范围的推广。等到第五代魔幻镜倒车雷达防撞报警器被研究出来，防撞报警器才逐渐得到大范围推广，其创造性的引进了最新研发的仿生超声雷达技术，并整合运用前四代的优点，实时检测车后两米内的障碍物，距离测量结果准确，反馈及时。同时，由于具备后视镜外观，可以直接结合后视镜安装，不需要额外占用车内空间。为了匹配高端轿车，在五代产品基础上进一步优化，增加影音播放功能，美化美观。
1.3超声波测距的原理
在超声波探测电路中, 发射端输出一系列脉冲方波, 其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔, 被测物距越远, 脉冲宽度越大, 输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种, 如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高, 但检测范围有限，不可运用到汽车倒车中；声波幅值检测法易受反射波的影响。故本设计采用超声波往返时间检测法[3], 其测量原理图如图11所示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究目的及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3超声波测距的原理 2
1.4存在问题及解决思路 3
1.4.1现有研究存在的问题 3
1.4.2解决思路 3
1.5课题主要研究内容 4
第二章 系统方案设计 5
2.1系统总体设计思路 5
2.2单片机的选择 5
2.3超声波传感器的选型 6
2.4传感器的指向角θ 7
2.5本章小结 7
第三章 硬件电路设计 8
3.1超声波发射电路 8
3.2超声波接收电路 8
3.3显示电路与报警电路的设计 9
3.3.1显示电路的设计 9
3.3.2报警电路的设计 10
3.4电源设计 10
3.5本章小结 11
第四章 系统各模块软件设计 12
4.1系统主程序设计 12
4.2超声波发射子程序和超声波接收子程序 13
4.3距离显示、判断以及报警子程序 13
4.4本章小结 14
第五章 误差分析与整改方案 15
5.1超声波测距 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
误差分析 15
5.2针对误差产生原因的系统改进方案 17
5.3本章小结 18
结束语 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 22
附录B 23
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
由于社会物质水平的发展，人们对于生活中舒适度的要求越来越高，车辆出行已逐渐成为人们生活中最受欢迎的一种出行方式。交通拥堵变得越来越严重，道路交通事故的发生也越来越频繁，对人身安全和经济条件造成了威胁。在这种社会情况下，车辆碰撞报警系统就成为一种具有高可靠性和建设性的设计。全世界对车辆防撞系统的研究起始于二十世纪八十年代末期。90年代初，美国、德国和日本报道了民航车辆配备防撞报警系统的情况，而我国在这个领域起步较晚。就当前而言，因为报警系统本身的可靠性不足还伴有虚警的情况，所以目前关于批量化生产和装备汽车相关的报道还不多。在已有防撞研究系统中，微波系统尽管拥有能测量距离较远的优势，但由于成本问题，无法做到对全世界的推广应用。还有就是利用激光做出的汽车防撞系统，在中国，已有相关公司研究出相应样品，但由于激光波束较窄的限制，无法做到对路障广范围高效率报告的缘故，同样也不能全球推广。但是以上存在的问题声波都能很好的解决，在大自然中声波是无处不在的，声波是由发射和接收两个过程所组成的，而我们所能辨识的声波都是低于20KHz，这种频段的声波复杂且繁琐，会受到很大的干扰。当频段达到20KHz以上时，我们称其为超声波，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面[1]。
1.1.2研究目的及意义
交通拥挤日渐普遍，汽车碰撞事件也随之增加，这就无法避免地造成人身伤亡和经济的损失。相比欧美等国家，我国发达城市大多是地少人密，也就导致了交通状况堪忧，甚至只有发达国家上个世纪七十年代的水平。我国的年死亡率极高，是其他国家的数倍。所以尽快的设计一种反应灵敏、可靠性高的车辆防撞系统已至关重要。为了有效避免倒车事故，系统必须迅速准确的测量出实时距离，并在事故发生前及时发出警报，提醒驾驶者及时做出解决措施，并且在此同时反馈给车辆的中控ECU并由其在驾驶员未能及时制动时作出强制制动措施。众所周知，车辆的倒车防撞报警系统的设计是需要实现距离的非接触检测，而目前研发成功的并且可以熟练运用的大致有这几种：分别是激光测距、超声波测距、雷达测距。但是因为雷达测距制造成本相对较高，不适宜广泛的推广和运用，在某些领域是无法应用的，所以相对而言，超声波测距具有显著的优点，人们普遍重视超声波测距这种方法，并且用于很多方面，例如导航系统、超波声定位等方面。
1.2国内外汽车倒车雷达预警系统的现状[2]
倒车雷达系统真正的开始，要追溯到第二代汽车倒车防撞报警器，与第一代相比，第一代防撞报警器只能发出“请注意，倒车”的警告声音，二代能在汽车与障碍物间距离越来越近时，通过某些报警装置，发出频率越来越快的报警声，由此来帮助驾驶员判断车距。在第二代的基础上，三代防撞报警器加装了数字显示器，来显示距离，并用绿黄红显示车辆与障碍物间距离的远近程度，有了质上的飞跃。在结合前三代防撞报警器的优点后，人们研究开发出了第四代预警系统，使用液晶显示屏能在汽车发动后，实时显示距离和汽车自身状况，但其太过灵敏，容易误报，所以没有大范围的推广。等到第五代魔幻镜倒车雷达防撞报警器被研究出来，防撞报警器才逐渐得到大范围推广，其创造性的引进了最新研发的仿生超声雷达技术，并整合运用前四代的优点，实时检测车后两米内的障碍物，距离测量结果准确，反馈及时。同时，由于具备后视镜外观，可以直接结合后视镜安装，不需要额外占用车内空间。为了匹配高端轿车，在五代产品基础上进一步优化，增加影音播放功能，美化美观。
1.3超声波测距的原理
在超声波探测电路中, 发射端输出一系列脉冲方波, 其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔, 被测物距越远, 脉冲宽度越大, 输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种, 如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高, 但检测范围有限，不可运用到汽车倒车中；声波幅值检测法易受反射波的影响。故本设计采用超声波往返时间检测法[3], 其测量原理图如图11所示。
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