汽車倒車防撞警報器的設(shè)計

1、北京電子科技職業(yè)學(xué)院電信工程學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）課題名稱： 倒車防撞報警器的電路板設(shè)計 學(xué)生姓名： 王勝 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 李艷秋 評閱老師： 時間 2016 年 5 月 目錄1、 前言 2 1、倒車報警器的介紹以及意義 1.1 國內(nèi)外發(fā)展的概況以及存在的問題 3 1.2 倒車雷達的發(fā)展 3 1.3 本設(shè)計的目的 3 1.4 研究意義 3 2、傳感器的相關(guān)技術(shù)介紹 3 2.1 傳感器的類型選擇 3 1.1.1 傳感器的主要類型 3 1.1.2 倒車過程中選用的傳感器 32.2 測距原理 5二、正文 3 1、本設(shè)計的目的 3 2、條件 43、模型的建立64、原理框圖65、工作原理76、超聲波

2、測距誤差分析97、影響超聲波探測的因素10三、元件選擇清單13四、實驗安裝14五、系統(tǒng)調(diào)試16六、實驗結(jié)果17七、小結(jié)18元器件介紹19結(jié)束語24參考文獻 24成績評定25前言 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升。倒車事故屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦哉凵?，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射

3、特性，當(dāng)車輛后退時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。針對我國交通安全的需要，以及國內(nèi)外汽車電子技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，綜合汽車工程學(xué)、汽車電子技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)等多學(xué)科理論，從必要性、可行性、實用性和經(jīng)濟性等角度出發(fā)，提出開發(fā)研制汽車防撞報警系統(tǒng)。目的在于當(dāng)行車處于危險狀態(tài)時，發(fā)出報警，提醒駕駛員或自動采用相應(yīng)措施，從而減少或避免高速公路碰撞事故的生。 汽車倒車防撞測距報警器是國家八.五期間重點開發(fā)的重大科研項目之一。本設(shè)計將使報警器在整個倒車過程中自動測量車尾到最近障礙物的距離，并用數(shù)字顯

4、示出來，在倒車到極限距離時會發(fā)出急促的警告聲，提醒駕駛員注意剎車，如果和制動系統(tǒng)聯(lián)系在一起也可以形成自動剎車。 眾所周知，關(guān)于超聲波的研究最初起始于1876年，這是人類首次有效產(chǎn)生的高頻聲波，這些年來，隨著超聲波技術(shù)的不斷深入，再加上其具有高精度，無損，非接觸等優(yōu)點，超聲波的應(yīng)用變得越來越普及，多年來已在一些領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如利用超聲波技術(shù)的自動測距照相機，建筑使用的手持式墻面測距儀。 而用于汽車防撞卻是近年的事情。這主要原因是傳統(tǒng)的超聲波傳感器不能達到汽車行業(yè)的特殊要求?，F(xiàn)代的超聲波傳感器不同以往的是在結(jié)構(gòu)上采用了完全封閉形式，它將其換能部分與外界完全隔開，并采用了抗銹材料作為外殼，這樣才有

5、可能符合汽車電器所要求的諸如防潮，淋雨，防塵等較為苛刻的耐候性指標。其次，汽車本身就是一個集電磁波，噪音，振動，撞擊等干擾于一體的強干擾源，因此為了能讓倒車雷達穩(wěn)定的工作，除了具備優(yōu)良的硬件系統(tǒng)以外，還需要通過軟件的數(shù)字智能甄別篩選，方能過濾這些干擾信號，只有近年來隨著微電子技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的小型價廉的微電腦才能夠達到這些要求。 論文概述了超聲波檢測的發(fā)展及基本原理，闡述了超聲波傳感器的原理及特性。對于系統(tǒng)的一些主要參數(shù)進行了討論，并且在介紹超聲波測距系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)成。通過多種發(fā)射接收電路設(shè)計方案比較，得出了最佳設(shè)計方案，并對系統(tǒng)各個設(shè)計單元的原理進行了介紹。對組成各系統(tǒng)電

6、路的芯片進行了介紹，并闡述了它們的工作原理。論文介紹了系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過編程來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。最后，通過對系統(tǒng)的誤差分析，給出了系統(tǒng)的改進方案。關(guān)鍵字：超聲波；汽車倒車；防撞；報警器；傳感器1.1 國內(nèi)外發(fā)展的概況以及存在的問題 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展交通運輸業(yè)日益興旺，汽車的數(shù)量在大副攀升交通擁擠狀況也日趨嚴重，撞車事件屢屢發(fā)生，造成了不可避免的人身傷亡和經(jīng)濟損失，針對這種情況，設(shè)計一種響應(yīng)快，可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)勢在必行，超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳

7、輸?shù)幕疚锢硖匦哉凵?，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。 汽車倒車防撞測距報警器一般有四種：1嘀嘀聲加閃光，2音樂聲加閃光，3語音聲加閃光，4倒車到危險距離時發(fā)出警報聲的超聲波倒車報警器，由于很多研究都采用的是特殊難購的專用元件，使其難以推廣，本設(shè)計采用國內(nèi)生產(chǎn)的通用元件，成本較低廉，本設(shè)計使其在整個倒車過程中自動測量車尾到最近障礙物的距離，在倒車到極限距離時會發(fā)出急促的警告聲，提醒駕駛員注意剎車，如果和制動系統(tǒng)聯(lián)系在一起也可以形成自

8、動剎車。 (1) 預(yù)警時間不足 最大有效探測距離的問題，大多數(shù)倒車雷達的最大有效探測距離：墻面小于2.5m,行人0.6-1.2 m。實驗知道一些駕駛員的習(xí)慣初始倒車速度3-12km/月 ，即0.83-3.3 m/s,。現(xiàn)以平均1.5 m/s計算，倒車雷達發(fā)現(xiàn)目標僅有1.67 s，對行人只有0.4-0.8 s。如此以來，等報警器報警后汽車再減速就很緊張，明顯感到預(yù)警時間不足。 (2)反映速度遲鈍 多數(shù)成品倒車雷達的顯示速度因為考慮到抗干擾等因素，顯示更新的速度約0.2-0.4s，即在0.2-0.4s顯示一次距離，根據(jù)以上的推斷，從倒車雷達發(fā)現(xiàn)目標到發(fā)出警報如果需要3s秒，這時車已經(jīng)行使了0.45

9、s，這顯然感到反應(yīng)遲鈍。 (3) 探測盲區(qū)問題 多數(shù)倒車雷達的超聲波傳感器為2-3個，單個傳感器的水平探測角度約60-70，這樣勢必造成2-3個盲區(qū)，如圖1-1，而增加傳感器的個數(shù)不但增加成本，而且提高報警器的故障率。另外，由于等同與水平探測角度的垂直探測角度顯得過大，往往對粗糙地面發(fā)生誤報，如果改為探測角度為30的傳感器不會誤報，但是不能有效的探測約30cm高的路堤，造成倒車時碰到后保險杠的問題。 1.2 倒車雷達的發(fā)展 隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，尤其是近兩三年我國開始進入私家車時代，汽車電子產(chǎn)業(yè)成了新的增長點，汽車電子產(chǎn)品的高利潤和市場廣闊性倍受商家關(guān)注，音響和防盜器就是明證，近兩年來，

10、倒車防撞報警器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防撞報警器，可以這么說，幾乎生產(chǎn)防盜器的廠家都在生產(chǎn)倒車防撞報警器。市場上經(jīng)銷的倒車防撞報警器品牌多達幾十種，在全國零售市場上銷售的主要有固地、鐵將軍、伊萊、豪迪、奇貞、銘品、全安、佐敦、永泰和、俊邦視寶等品牌，基本上國產(chǎn)品牌占90%，而進口產(chǎn)品在終端市場上零售的較少。處在我國汽車用品大行業(yè)環(huán)境的繁榮背景下倒車防撞報警器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。 經(jīng)過幾年的發(fā)展,倒車雷達系統(tǒng)已經(jīng)過了數(shù)代的技術(shù)改良,不管從結(jié)構(gòu)外觀上,還是從性能價格上,這幾代產(chǎn)品都各有特點,目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡

11、倒車雷達這3種。 第1代倒車雷達?！暗管囌堊⒁狻?想必不少人還記得這種聲音,它只能算作最早的有關(guān)于倒車的一個產(chǎn)品,不能稱為雷達,現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。只要駕駛員掛上倒檔,它就會響起,提醒周圍的人注意。從某種意義上說,它對駕駛員并沒有直接的幫助,基本屬于淘汰產(chǎn)品。最初的倒車雷達是蜂鳴器,它標志著倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。倒車時,如果距車1.51.8 m處有障礙物,蜂鳴器就會開始工作,蜂鳴聲越急,表示車距障礙物越近。該裝置既沒有語音提示,也沒有距離顯示,雖然駕駛員知道車后有障礙物,但不能確定障礙物距離車究竟有多遠。 第2代倒車雷達。第2代產(chǎn)品采用數(shù)碼波段顯示,可以顯示車后障礙物離車體的距離。

12、如果車后是物,在1.8 m開始顯示;如果是人,在0.9 m左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有2種顯示方式,數(shù)碼顯示產(chǎn)品直接顯示距離數(shù)字,而波段顯示產(chǎn)品由3種顏色來區(qū)別:綠色代表安全距離,表示障礙物離車體距離有0.8 m以上;黃色代表警告距離,表示離障礙物的距離只有0.60.8 m;紅色代表危險距離,表示離障礙物只有不到0.6 m的距離,必須停止倒車。第2代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起,比較實用,但安裝在車內(nèi)不太美觀。 第3代倒車雷達。第3代產(chǎn)品是液晶熒屏顯示,這一代產(chǎn)品較以前有一個質(zhì)的飛躍,特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔,只要發(fā)動汽車,顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距

13、離。其外表美觀,可以直接粘貼在儀表盤上,安裝很方便,給人以舒適的感覺,顯示的距離也更準確些。不過液晶顯示器外觀雖精巧,但靈敏度較高,抗干擾能力不強,所以誤報也較多。 第4代倒車雷達。第4代產(chǎn)品是魔幻鏡倒車雷達,它結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點,采用了最新仿生超聲雷達技術(shù),配以高速微機控制,可全天候準確地測知2 m以內(nèi)的障礙物,并以不同等級的聲音和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達把后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起,并設(shè)計了語音功能,其外形就是一塊倒車鏡,所以可以不占用車內(nèi)空間,直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置?？梢园凑諅€人需求和車內(nèi)裝飾選配,不過價格稍高。 第5代

14、倒車雷達。第5代產(chǎn)品是整合影音系統(tǒng),它是專為高檔轎車生產(chǎn)的,在上一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上新增了很多功能,它整合了高檔轎車的影音系統(tǒng),可以在顯示器上觀看DVD影像。當(dāng)然其價格也相當(dāng)?shù)牟环啤?.3 本設(shè)計的目的 本設(shè)計可望成為駕駛員特別是貨車以及公共汽車駕駛員的好幫手，可有效的減少和避免那些視野不良的大型汽車的如冷藏車、集裝箱車、垃圾車、食品車、載貨車、公共汽車等倒車交通事故，另外還特別適用于夜間輔助倒車、倒車入庫以及進入停車場停車到位，甚至還能防止盜賊扒車，本設(shè)計成本低廉，性能優(yōu)良，市場前景極為廣闊，對提高我國汽車工業(yè)實際水平，具有較大的時間意義。1.4研究意義 超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，

15、應(yīng)用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦哉凵洌瓷?，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用。 二 、傳感器的相關(guān)技術(shù)介紹 1.2傳感器類型的選擇 1.1.1 傳感器的主要類型 汽車防撞器最關(guān)鍵和最基本的技術(shù)是車輛測距技術(shù),現(xiàn)在運用在汽車上的測距方法主要有超聲波測距，雷達測距，攝像系統(tǒng)測距，激光測距，和夜間應(yīng)用的紅外線測距等幾種方法: （1） 超聲波測距

16、超聲波一般指頻率在20 KHz以上的機械波，具有穿透性較強、衰減小、反射能力強等特點，超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。工作時,超聲波發(fā)射器不斷發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖,并給測量邏輯電路提供一個短脈沖。超聲波接收器則在接收到障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單，成本低、制作方便，但其在高速行駛的汽車上的應(yīng)用有一定局限性，這是因為超聲波的傳輸速度受天氣影響較大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對于遠距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下

17、降。故超聲波測距常用于短距離測距，最佳距離為 45 米，一般應(yīng)用在汽車倒車防撞系統(tǒng)上。 （2） 激光測距 激光測距裝置是一種光子雷達系統(tǒng)，它具有測量時間短、量程大、精度高等優(yōu)點,在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達和成像式激光雷達。非成像式激光雷達根據(jù)激光束傳播時間確定距離。它的工作原理是：從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標上，其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導(dǎo)入到信號處理裝置內(nèi)的光電二極管，利用計數(shù)器計數(shù)激光二極管啟動脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時間

18、差，即可求得目標距離。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測器測定反射鏡的角度即可測出目標的方位。成像式激光雷達又可分為掃描成像激光雷達和非掃描成像激光雷達。掃描成像激光雷達把激光雷達同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來，利用掃描器控制激光的射出方向，通過對整個視場進行逐點掃描測量，即可獲得視場內(nèi)目標的三維信息。非掃描成像式激光雷達將光源發(fā)出的經(jīng)過強度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出，照射待測區(qū)域。由于非掃描成像激光雷達測點數(shù)目大大減少，從而提高了系統(tǒng)三維成像速度。在汽車測距系統(tǒng)中，非成像式激光雷達更具有實用價值。同成像式激光雷達相比，具有造價低、速度快、穩(wěn)定性高等特點。但由于激光雷達測距儀器工作環(huán)境

19、處于高速運動的車體中，振動大，對其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時還要考慮省電、低價、對人眼安全等因素。這些決定了其光源只能采用半導(dǎo)體激光器。目前，在汽車上，上述各種激光雷達測距儀均有應(yīng)用，但成像式激光雷達還在進一步研究之中。 （3）CCD 攝像系統(tǒng)測距 CCD（Charge Coupled Device）攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計量準確等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用面陣 CCD，可獲得被測視野的二維圖像，但無法確定與被測物體之間的距離。只使用一個CCD 攝像機的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)

20、，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為獲得目標三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺攝像機同時對同一景物成像，通過對這兩幅圖像進行計算機分析處理，即可確定視野中每個物體的三維坐標，這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng)。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高。但目前價格較高，同時由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢。隨著計算機軟硬件性能的提高，最終將得到廣泛應(yīng)用。 （4） 紅外線測距 紅外線的波長比可見光長，是肉眼看不見的光，有顯著的熱效應(yīng)和較強的穿透云霧的能力。同時，任何物體在任何時候都會發(fā)出紅外線。車載儀器通過發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據(jù)信號

21、的強弱及波長的不同，同時分析時間差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。 由于紅外線人類肉眼感知不到，具有極強的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測距儀的工作，故該種測距儀廣泛應(yīng)用在軍用汽車上具有極強的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測距儀的工作，故該種測距儀廣泛應(yīng)用在軍用汽車上。 （5） 雷達測距 雷達的名稱來自無線電探測和測距(Radio Detection And aging)，顧名思義，它向目標發(fā)射一定的無線電波，通過其反射回來的電波信號檢測目標，并利用收發(fā)信號的時延測量目標的距離。雷達誕生于上世紀三十年代的第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時由于軍事上的迫切要求，雷達獲得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。之后，隨著科技的發(fā)展，雷

22、達技術(shù)日臻完善，現(xiàn)代雷達不僅能完成對目標的探測和測距，還能完成測角、測速、跟蹤和成像等功能。雖然雷達技術(shù)主要用于軍事方面，但其在民用領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越大的作用。雷達在民用服務(wù)的主要應(yīng)用包括有氣象雷達，探地雷達和應(yīng)用于機場、港口、和公路的交通管制雷達從上世紀七十年代起，人們開始將雷達技術(shù)用于汽車自動防撞器中，稱之為汽車防撞預(yù)警雷達(Automotive Collision Avoidance and Warning Radar),簡稱汽車防撞雷達(Automotive Anti-collision Radar)。由于雷達能在雨、雪、霧等惡劣天氣環(huán)境下工作,作用距離較遠，比上述幾種技術(shù)具有優(yōu)越性。

23、 1.1.2 倒車過程中選用的傳感器在倒車過程中由于車速慢，與障礙物之間的距離短，因此對傳感器的要求不是很高，因此我們選用原理簡單，成本低、制作方便的超聲波傳感器。 1.2 測距原理 振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播為波動，簡稱波。頻率在162*104HZ之間的機械波，能為人耳所聞，稱為聲波;低于16HZ的機械波稱為次聲波；高于2*104HZ的機械波稱為超聲波。 超聲波在液體、固體中衰減很少，穿透能力強，特別是對不透光的固體，超聲波穿透幾十米的厚度。當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時，由于在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同，在介質(zhì)面上會產(chǎn)生反射、折射、漫射和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。超聲波的這些特性使它在檢測技術(shù)中獲得

24、了廣泛的應(yīng)用。汽車防撞報警器利用的就是超聲波反射原理來進行測距。超聲波測距采用的方法是時間差測距法，即測取超聲波從發(fā)射地至目的地傳輸所經(jīng)過的時間，也稱渡越時間檢測法。當(dāng)超聲波發(fā)生器發(fā)射出超聲波，開始計時，到超聲波經(jīng)空氣傳播至目標，再反射至超聲波接收器，計時停止，測得的傳輸時間為t。由下式可以求出聲波發(fā)射地與目標之間的距離L。L = ct2。c為超聲波在空氣中的傳播速度。渡越時間t的測量，采用單片機脈沖計數(shù)的方法，可以精確地測出。把時間t轉(zhuǎn)換成脈沖計數(shù)量N，則有 2N CLF=，式中N為計數(shù)脈沖個數(shù)，F(xiàn)為計數(shù)脈沖頻率。二、正文（1） 本設(shè)計的目的本設(shè)計可望成為駕駛員特別是貨車以及公共汽車駕駛員的

25、好幫手，可有效的減少和避免那些視野不良的大型汽車的如冷藏車、集裝箱車、垃圾車、食品車、載貨車、公共汽車等倒車交通事故，另外還特別適用于夜間輔助倒車、倒車入庫以及進入停車場停車到位，甚至還能防止盜賊扒車，本設(shè)計成本低廉，性能優(yōu)良，市場前景極為廣闊，對提高我國汽車工業(yè)實際水平，具有較大的時間意義。超聲波測距法是最常見的一種距離測距方法，應(yīng)用于汽車停車的前后左右防撞的近距離，低速狀況，以及在汽車倒車防撞報警系統(tǒng)中，超聲波作為一種特殊的聲波，同樣具有聲波傳輸?shù)幕疚锢硖匦哉凵?，反射，干涉，衍射，散射。超聲波測距即是利用其反射特性，當(dāng)車輛后退時，超聲波距離傳感器利用超聲波檢測車輛后方的障礙物位置，并利用

26、指示燈及蜂鳴器把車輛到障礙物的距離及位置通知駕駛?cè)藛T，起到安全的作用（2）條件超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)之一。超聲技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程而完成的。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關(guān)，在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。 超聲波距離傳感器采用壓電元件鋯鈦化鉛，一般稱為RZT，這種傳感器的特點在于具有方向性，傳感器用蜂鳴器的紙盒為橢圓形，目的是使傳感器的

27、水平特性寬，而且垂直方向受到限制。超聲波距離傳感器是利用“回聲”現(xiàn)象制成汽車所用的倒車聲納系統(tǒng)，倒車時想車輛后方發(fā)射超聲波，測定超聲波遇到障礙物后返回的時間，再把這一時間置換成距離再加以顯示。超聲波比人耳能聽到的聲波頻率要高，具有方向性，并且只能檢測車輛后方的障礙物。它的功能是判定和顯示車輛后方有無障礙物，障礙物到汽車的距離以及障礙物的位置。當(dāng)車后無障礙物時，隨著距離的增加，超聲波逐漸衰減，也就是說根據(jù)向車后發(fā)射的超聲波是否返回，可以判斷檢測范圍內(nèi)有無障礙物。向車后發(fā)射的超聲波遇到障礙物返回時，測定所需的時間，根據(jù)時間與距離成正比的關(guān)系，就可以判斷車到障礙物的距離。此外，車輛后方劃分為左中右三

28、個區(qū)域，就可以判斷出障礙物在何處，四個超聲波發(fā)生器置于后減震器中，微機組件置于貨艙內(nèi)，駕駛?cè)藛T回頭時即可看到障礙物的顯示。超聲波距離傳感器和微機組件之間采用屏蔽線相連，因此消除了外部及外部傳入的干擾.超聲波測距的基本原理同聲納回聲定位法的原理是基本相同的，超聲波發(fā)生器不斷發(fā)射出40kHz超聲波，并給測量邏輯電路提供一個短脈沖。超聲波接收器則在接受到所發(fā)射超聲波遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個短脈沖，再利用雙穩(wěn)電路把上述兩個短脈沖轉(zhuǎn)化為一個方脈沖。方脈沖的寬度即為兩個短脈沖之間的時間間隔。測量這個方波脈沖寬度就可以確定發(fā)射器與探測物之間的距離。根據(jù)測量出輸出脈沖的寬度。即測得

29、發(fā)射超聲波的時間間隔，從而就可求出汽車與障礙物之間的距離S：S=1/2（Ct） 2-1式中C超聲波音速由于超聲波也是聲波，故C即為音速。音速為C=式中 氣體的絕緣體積系數(shù)（空氣為1.4） P氣體的氣壓（海平面為1.013*108Pa） 0氣體的密度（空氣為1.29kg/m3） 對于1ml空氣，質(zhì)量為m，體積為V，密度。則 C= = 2-2對于理想氣體，有 PV=RT 2-3式中 R摩爾氣體常數(shù) T絕對溫度因此C=由于、R、m均為已知常數(shù)，故聲速C僅與溫度T有關(guān)，若溫度不變，則聲音在空氣中的速率與氣壓無關(guān)。在0的空氣中，C0=331.45m/s。對于任意溫度下，有Ci/C0= / ,即Ci=33

30、1.45/在某一地區(qū)使用，因溫度變化不大，可以認為聲速是基本恒定不變的。確定了聲速，只要測得超聲波信號往返的時間，即可求得距離。（3）模型的建立超聲波測距儀原理簡單，制作方便，成本比較低，但其作為高速行駛車輛上的測距傳感儀不可取，只要有兩方面的原因：一是超聲波的速度C受外界環(huán)境變化影響較大。在不同的溫度下，聲速是不同的，在-30-30變化為313-349m/s，而且聲速C還隨雨、霧、雪等天氣的變化而變化，不能精確測距。二是由于超聲波能量是與距離的平方成正比而衰減的，故距離越遠，反射回的超聲波越少，靈敏度下降很快，從而使得超聲波測距方式只適用于較短距離。發(fā)射電路接收電路低頻調(diào)制器時鐘振蕩雙穩(wěn)計數(shù)

31、器顯示電路障礙物 （4）聲光報警器的電路原理框圖本設(shè)計由發(fā)射部分、接收部分、及報警部分組成（見圖2）。a.發(fā)射部分 由低頻調(diào)制器、雙穩(wěn)回路、40kHz振蕩器、功率發(fā)送器及發(fā)射探頭等組成。40kHz振蕩器受雙穩(wěn)態(tài)賄賂控制斷續(xù)送出經(jīng)低頻調(diào)制器的信號，經(jīng)功率放大器放大，由超聲探頭向車后發(fā)射。b.接收部分 由接收探頭、放大電路、整形回路、雙穩(wěn)回路組成。接收探頭接收到反射信號由放大器放大后，再送入施密特觸發(fā)器進行整形，然后輸入報警部分。c.報警部分 由近距檢測、平滑電路、觸發(fā)器及聲光報警器電路組成。因探測到的反射波信號是一組脈沖信號，將其平滑后送入觸發(fā)器，一旦超過觸發(fā)閥值報警電路就接通，發(fā)出聲光報警。擴

32、展部分（虛線部分）當(dāng)電源電壓偏低時，同樣使報警電路導(dǎo)通發(fā)出聲光報警。另外在接通電源的同時接通語言報警電路，不斷放出：倒車，請注意“的語言報警聲。數(shù)字顯示部分（虛線部分）由時鐘振蕩器、計數(shù)器、譯碼器及顯示器組成。時鐘振蕩器一接通電源即開始振蕩，但只有計數(shù)器的閘門打開時，它才能進入計數(shù)器被計數(shù)，一旦接收到反射波信號，即關(guān)閉閘門，數(shù)據(jù)被鎖存，經(jīng)譯碼后通過顯示器顯示出來。發(fā)射 振蕩接收放大低調(diào)濾波雙穩(wěn)平滑計數(shù)器時鐘振蕩譯碼顯示觸發(fā)穩(wěn)壓生光報警障礙物電壓監(jiān)視語音報警電源 圖4 汽車倒車防撞測距報警器原理（5）工作原理5.1超聲波我們知道，當(dāng)物體振動時會發(fā)出聲音?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，

33、它的單位是赫茲。人類耳朵能聽到的聲波頻率為2020，000HZ。當(dāng)聲波的振動頻率大于20000HZ或小于20HZ時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000HZ的聲波稱為“超聲波”。超聲波廣泛地應(yīng)用在多種技術(shù)中。超聲波有兩個特點，一個是能量大，一個是沿直線傳播。由于超聲波也是一種聲波，超聲波在媒質(zhì)中傳播的速度和媒質(zhì)的特性有關(guān)。聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進行的往返運動。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播

34、具有良好的束射性和方向性。超聲波具有以下的特點：（1） 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播。 （2） 超聲波可傳遞很強的能量。 （3） 超聲波會產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。 （4） 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象5.2超聲波發(fā)生器為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是

35、壓電式超聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。5.3超聲波測距原理在超聲波探測電路中, 發(fā)射端輸出一系列脈沖方波, 其寬度為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔, 被測物距越遠, 脈沖寬度越大, 輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。超聲波測距的方法有多種, 如相位檢測法、聲波幅值檢測法和往

36、返時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高, 但檢測范圍有限可檢測到汽車倒車中, 其障礙物與汽車的距離；聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本文硬件設(shè)計采用超聲波往返時間檢測法, 其測量原理圖如圖1所示。圖2.1 超聲波測距原理圖其原理為: 在超聲波發(fā)射器兩端輸入40KHZ 脈沖串, 脈沖信號經(jīng)過超聲波內(nèi)部振子, 振蕩產(chǎn)生機械波, 并通過空氣介質(zhì)傳播到被測面, 由被測面反射到超聲波接收器接收, 在超聲波接收器兩端, 信號是毫伏級的正弦波信號, 超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間, 即為往返時間。超聲測距有脈沖回波法、共振法和頻差法,其中常用脈沖回波法測距。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法 ,其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波, 超聲波在空氣中傳播至障礙物, 經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖, 測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間, 再乘以超聲波在空氣中的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離, 即： L=ct/2 (1)式（1）中, L為超聲傳感器與被測障礙物之間的距離, c為超聲波在介質(zhì)(空氣)中的傳輸速率, t為超聲波從發(fā)射到接收的時間。超聲波在空氣中的傳播速度為: , 其中T為絕對溫度數(shù)值, ,。在測量精度不是很高的情況下, 一般可以認為c為常數(shù)340m/s。由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波又很難精確捕捉,致使超聲波在空氣中