超聲波檢測的倒車雷達開題報告

《基于超聲波檢測的倒車雷達設計》開題報告一、 課題的目的和意義研究目的（1） 研究了一種汽車倒車雷達預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)在常見的汽車倒車預警裝置的基礎上采用計算機控制技術和超聲波測距技術，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警系統(tǒng)過程中，運用理論分析、電路設計和計算機仿真等研究手段，完成了倒車雷達預警系統(tǒng)硬件和軟件的設計，采用了模糊控制算法，進行了系統(tǒng)的計算機仿真。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，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處理時間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關事故的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)的一種電磁感應倒車雷達。在一線路套上一環(huán)型的感應（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)將超聲波測距技術應用在倒車雷達上，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(設計)內(nèi)容和擬解決的關鍵問題研究內(nèi)容設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：可以語音提示探測0.35m-1.5m范圍內(nèi)的障礙物；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)；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。研究途徑收集資料和文獻，系統(tǒng)學習模糊控制技術和神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術，按照超聲波測距理論所建立的數(shù)學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（設計）方案與進度計劃安排1.設計方案本方案以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。圖1系統(tǒng)工作原理圖

超聲波發(fā)送模塊設計超聲波發(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。US1WAVE_I2WAVE]US1WAVE_I2WAVE]~-SUPERSOUND」CD4049UBFP-CD4049UBFPUIAACD4049UB/FP圖2超聲波諧振頻率調(diào)理電路超聲波接收模塊設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)射探頭對應的型號，關鍵是頻率要一致，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。C430pFC430pF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?IV之間。超聲波接收處理部分電路前級采用NE5532構成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主要應用再放大電路中，對信號進行放大。語音電路設計語音報警是指當?shù)管嚴走_探測到的距離小于所設定的安全值時，發(fā)出聲音提醒駕駛員，語音電路設計如圖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。VDDHJ2UON3I1041_±C21100uV呂呂C23224SPY0030AC25104104J2UON3I1041_±C21100uV呂呂C23224SPY0030AC25104104R91KJ31■2SPISPH圖4語音電路原理圖軟件設計SPE061A單片機及其開發(fā)應用系統(tǒng)具有語言簡潔、可移植性好、表達能力強、可進行結(jié)構化設計、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

第一階段2009.03.30 2009.4.18完成選題和資料收集，撰全面豐富課題內(nèi)寫開題報告第二階段第三階段2009.04.19 2009.05.42009.05.5 2009.05.25第四階段2009.05.26 2009.06.19第五階段2009.06.20 2009.06.23控制器設計仿真及訓練 符合精度要求完成硬件設計和軟件編程進行在線調(diào)試與仿真，撰寫畢業(yè)論文細化論文，準備答辯設計合理機構化、模塊化實現(xiàn)制動控制詳細全面，提交第一階段2009.03.30 2009.4.18完成選題和資料收集，撰全面豐富課題內(nèi)寫開題報告第二階段第三階段2009.04.19 2009.05.42009.05.5 2009.05.25第四階段2009.05.26 2009.06.19第五階段2009.06.20 2009.06.23控制器設計仿真及訓練 符合精度要求完成硬件設計和軟件編程進行在線調(diào)試與仿真，撰寫畢業(yè)論文細化論文，準備答辯設計合理機構化、模塊化實現(xiàn)制動控制詳細全面，提交論文五、預期結(jié)果和創(chuàng)新成果?預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。?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?成文時間2009年6月22日-2009年6月25日。?提交成果形式開題報告、畢業(yè)設計論文、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)設計手冊、所有畢業(yè)設計內(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)林科技大學碩士 論文.2005:8?18.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.高飛燕?給于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設計[J].信息技術，2005J.Coutte,B.Dubus,C.Debus.DesignproductionandtestingofPMN-PTelectrostrictivetransducers.Ultrasonics.2002,40:883?888.張和生.提高超聲測距精度的設計.電子產(chǎn)品世界.2004,(7):86?89.丁鷺飛,耿富錄.雷達原理.西安電子科技大學出版社,2002:170?171,349?354.趙宏剛，黃席樾.基于AT89C2051的超聲波泊車防撞系統(tǒng)設計.自動化與儀器儀表.2005(4):7?9.區(qū)健昌?電子設備的電磁兼容性設計?電子工業(yè)出版社.2003:25?38.胡萍?超聲波測距儀的研制tJJ.計算機與現(xiàn)代化，2003，(10):54?56.FujitsuSemiconductor.FUJITSUF