1、河北化工医药职业技术学院毕业论文1毕业论文汽车倒车防撞系统汽车倒车防撞系统2摘 要汽车作为现代社会最主要的交通工具,数量越来越多,但是交通事故的发生频率逐年增长，其中因倒车发生的事故占很大的比例。随着科技的发展，这类的问题得到了解决，人类发明了智能交通系统，其中汽车智能倒车防撞技术关键在于智能实时的测出汽车与障碍物的距离。当汽车与障碍物之间的距离小于设定的安全距离时，防撞系统就自动报警并采取制动措施。为提高汽车运行的安全性和降低碰撞发生的可能,本文讲述一种主动型汽车倒车防撞报警系统。利用超声波进行无接触的测距，系统主要包括超声波发射电路，超声波接收电路，温度测量电路，数码显示电路以及报警电路。
2、以超声波传感器为重点进行超声波的发射和接收，通过计算得出距离并通过 LED 显示，在超出一定距离时，电铃报警，驾驶员做出判断。针对系统的功能，对控制软件进行设计。根据验证。满足倒车安全的要求。关键词：超声波，倒车，防撞，测距目 录河北化工医药职业技术学院毕业论文3第一章 汽车防撞系统的研究前提 .21.1 汽车防撞系统的背景及现状 .21.1.1 汽车防撞系统的背景 .21.1.2 研究的目的和意义 .31.1.3 防撞系统的现状 .4第二章超声波测距 .52.1 关于超声波 .52.1.1 超声波的介绍 .52.1.2 超声波的特点 .52.1.3 超声波的应用 .62.2 超声波传感器 .
3、62.3 超声波测距原理及提高性能的措施 .72.3.1 超声波测距原理 .72.3.2 提高超声波测距系统性能的若干措施 .8第三章 系统的组成 .93.1 硬件部分 .93.2 单片机的选择 .103.3 温度传感器的选择 .113.4 超声波传感器的选择 .133.5 系统总体设计思路 .14第四章硬件电路设计 .154.1 超声波发射电路 .154.2 超声波接收电路 .164.3 显示电路与报警电路的设计 .174.3.1 显示电路的设计 .174.3.2 报警电路的设计 .174.4 电源设计 .18汽车倒车防撞系统4第五章系统程序设定 .195.1 程序完成的功能 .195.2
4、主程序 .195.3 温度测量与测距子程序 .225.4 距离显示，判断以及报警子程序 .24第六章 误差分析与整改方案 .266.1 超声波测距误差分析 .266.2 针对误差产生原因的系统改进方案 .28结束语 .30致谢 .31参考文献 .33第一章 汽车防撞系统的研究前提河北化工医药职业技术学院毕业论文51.1 汽车防撞系统的背景及现状1.1.1 汽车防撞系统的背景国际上先进国家自 80 年代末开始研究汽车防撞系统。90 年代初，美国、德国、日本相继报道在民用汽车上装备防撞预警系统。我国在这一领域起步较晚，目前由于存在报警系统本身的可靠性或误报警等问题，尚未见到有批量化生产和装备汽车的
5、报道。防撞有微波、激光和超声等多种方法。微波系统测距范围较远，由于采用相控阵天线成像技术，已达到了实用化的程度，只是目前成本居高不下。国内已有公司设计出激光汽车防撞系统样品，但由于激光波束较窄、路障报告率偏低而暂时不能推广。声波的发射和接收是自然界中的普遍现象。频率低于 20KHz 的声波人耳可辨，进行着各式各样、错综复杂的自然声音传递，因背景复杂而不利做测试媒体使用。频率高于 20Hz 的超声波不仅波长短、方向性好、能够呈射线定向传播，而且碰到界面就会有显著反射。这些特性有利于选用超声波做媒体，测定物体的位置、距离甚至形状等。超声波传感器的特性：1.在自身特性谐振点 40KHz 附近可获得较
6、高的灵敏度；2.谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制得很窄，有利于抗声波干扰设计；3.不受无线电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计。另外，超声系统成本低、性能稳定可靠，应用前景好。1.1.2 研究的目的和意义随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺，汽车的数量在大副攀升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失。我国交通死亡率远远高于其他国家。我国目前的交通安全相当于发达国家上个世纪 70 年代水平。我国的年死亡人数分别是美国的 2.3 倍、日本的 13.4倍、德国的 18.4 倍。针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行。汽车已
7、经是一种非常成熟的工业制成品。尤其在机械方面几乎没有太多的潜力可挖，目前主要在电控方面丰富和加强，随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制单元越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS） 、安全气囊装置、电控门窗装汽车倒车防撞系统6置和主动悬架等等。在这种情况下，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目的急剧增加，使得电线的质量占整车质量的 4左右。另外，电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。由于总线系统具有传输速率高，抗干扰能力强，硬件连接方
8、便等突出特点，非常适合用于汽车系统中，解决众多测试与控制仪器之间的数据交换问题。汽车防撞预警系统的核心在于快速、准确地测量出汽车与障碍物之间的距离，并及时发出报警信号，同时通知其它的汽车控制系统（如刹车系统）以达到防止碰撞的目的。实现距离非接触检测的方法很多。目前，非接触式测距系统常采用超声波、激光和雷达。但激光和雷达测距造价偏高，不利于广泛的普及应用，在某些应用领域有其局限性，相比之下，超声波方法具有明显突出的优点：超声波方法作为非接触检测和识别的手段，已越来越引起人们的重视。在机器人避障、导航系统、机械加工自动化装配及检测、自动测距、无损检测、超声定位、汽车倒车、工业测井、水库液位测量等方
9、面已经有了广泛的应用。1.1.3 防撞系统的现状 1国际上如德国、日本、美国等先进的汽车生产国，在十年前已经开始了主动防撞安全装置的研究与开发。戴姆勒克莱斯勒公司和沃尔沃公司在汽车防撞器方面走在世界前列。美国的大众机械师杂志介绍了戴姆勒克莱斯勒公司汽车防撞器的研究情况。该防撞器结构主要是两个测距仪和一个影像系统，能够测出安全距离，如果发现车前有障碍物，计算机能够自动引发刹车装置。这个系统的特点是：(1) 能够自动测出前方障碍物的速度和距离；(2) 执行机构能够自动启动刹车装置，自动关闭车的侧窗、天窗，自动调整座椅位置。当乘客遭受撞击时，最大限度受到气囊的保护；(3) 能够感知车的行驶状态，如果
10、传感器感到车在左右摇摆，或者感到车内的酒精浓度过高，它能够自动刹车或者自动锁死方向盘。沃尔沃公司在轿车上加装了夜视仪，夜视仪能够显示前灯照射距离以外的物体，显示车的前照灯与车前障碍物的距离，提示司机刹车，但是没有介绍沃尔沃公司的防撞器能不能自动刹车，能不能自动关闭天窗。戴姆勒克莱斯勒公司以及沃尔沃公司的防撞器也有一些缺点：不能防止误操作，如你要超车，车的自动防撞器测出两车的间距小于安全距离，自动防撞器会自动通知汽车控制中心启动自动刹车系统执行减速操作。国内汽车自动防撞技术方面的研究，主要在一些大型汽车企业和科研院所开展，如：长春一汽、上海大众、东风汽车、河北化工医药职业技术学院毕业论文7交通部
11、科学研究所、武汉汽车研究所、清华大学汽车系、北京理工大学机械系等。但是，现在已有的产品的种类并不是很多。从技术先进性角度来讲与国外同类产品仍有一定距离。另外，无论是国内还是国外的汽车自动防撞器车间距离检测的精度和盲区控制以及执行机构的灵活性上仍然有很大的发掘潜力。超声波测距方面目前计算机市场价格大幅度下降，采用非一体化超声波检测仪器，计算机可发挥它一机多用的各种功能，实际上是最大的节约。过去那种全功能的仪器设置，还不如单独的超声仪，计算机可充分发挥各自特点。高智能化检测仪器只有能满足检测条件，使用环境，重复性测试内容等基木情况一样，才可充分发挥其特有功能。仪器设计也应从实际情况出发，才能满足用
12、户的要求。我国超声波仪器的研制与生产，虽然有较大发展，但是在精度、盲区控制、体积重量方面与国外同类产品任然存在一定差距。汽车倒车防撞系统8第二章 超声波测距2.1 关于超声波2.1.1 超声波的介绍我们知道，当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。人类耳朵能听到的声波频率为 2020000HZ。当声波的振动频率大于 20000HZ 或小于 20HZ 时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于 20000HZ 的声波称为“超声波” 。2.1.2 超声波的特点超声波通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其特点是超声频率高，波长短，在一定距
13、离内沿直线传播具有良好的方向性。超声波具有以下的特点：(1) 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 (2）超声波可传递很强的能量。 (3) 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 (4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象2.1.3 超声波的应用超声波广泛地应用在多种技术中。超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播。(1) 工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等 。 (2) 生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等 。 (3) 诊断学方面的应用：A 型、B 型、M 型、D 型、双功及彩超等 。 (4) 治疗学方面的应用：理疗
14、、治癌、外科、体外碎石、牙科等 。2.2 超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有河北化工医药职业技术学院毕业论文9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 2。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器
15、，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波） 、斜探头（横波） 、表面波探头（表面波） 、兰姆波探头（兰姆波） 、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。超声波探头主要由压电晶
16、片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波） 、斜探头（横波） 、表面波探头（表面波） 、兰姆波探头（兰姆波） 、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：工作频率工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。工作温度由于压电材料的居里点一般比较高，特别是
17、诊断用超声波探头使用 超声波传感器功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。灵敏度主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。超声波传感器由发送传感器 ( 或称波发送器 ) 、接收传感器 ( 或称波接收器 ) 、控制部，超声波传感器分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为 15mm 左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测
18、。而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉汽车倒车防撞系统10冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。超声波传感器电源 ( 或称信号源 ) 可用 DC12V 10 % 或 24V 10 % 。 2.3 超声波测距原理及提高性能的措施2.3.1 超声波测距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
19、限不可运用到汽车倒车中, 其障碍物与汽车的距离；声波幅值检测法易受反射波的影响。本硬件设计采用超声波往返时间检测法 3, 其测量原理图如下图 2-1所示。图 2-1 超声波测距原理图其原理为: 在超声波发射器两端输入40KHZ 脉冲串, 脉冲信号经过超声波内部振子, 振荡产生机械波, 并通过空气介质传播到被测面, 由被测面反射到超声波接收器接收, 在超声波接收器两端, 信号是毫伏级的正弦波信号, 超声波经气体介质的传播到接收器的时间, 即为往返时间。超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法,其中常用脉冲回波法测距。超声波测距的原理一般采用渡越时间法 ,其原理是超声传感器发射超声波, 超声波在空气中传播至障碍物, 经反射后由超声传感器接收反射脉冲, 测量出超声脉冲从发射到接收的时间, 再乘以超声波在空气中的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离, 即：L=ct/2 (2-1)式（2-1 ）中, L 为超声传感器与被测障碍物之间的距离, c 为超声波在介质(空气)中
