基于單片機的車輛倒車防撞系統(tǒng)的設(shè)計文獻綜述

1、 超聲波技術(shù)的應(yīng)用摘要：近年來隨著人們生活水平的提高，出門代步的工具越來越高級，小汽車可以說已經(jīng)很普及了，但出行的安全特別重要，汽車在倒車時的安全問題尤為突出，所以本課題旨在研究汽車倒車防撞系統(tǒng)，主要利用的是超聲波測距技術(shù)，這是目前在汽車領(lǐng)域倒車時普遍應(yīng)用的技術(shù)。關(guān)鍵字：超聲波測距；倒車防撞；倒車雷達1. 前言近年來由于電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,使得相關(guān)技術(shù)日新月異。尤其是信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,使得研制高度信息化的車輛有了基礎(chǔ),許多先進技術(shù)將被引入汽車的設(shè)計。汽車安全設(shè)計要從整體上考慮,不僅要在事故發(fā)生時盡量減少乘員受傷的幾率,而且更重要的是要在輕松和舒適的駕駛條件下幫助駕駛者避免事故的發(fā)生。然而,目

2、前車輛上的一些安全裝置,如安全帶,安全氣囊,保險杠等均為被動式系統(tǒng),從本質(zhì)上講,其功能只能減輕事故的程度,并不能有效的防止事故的發(fā)生。近年來人們越來越認識到,如何利用先進技術(shù),輔助汽車駕駛者對影響公路交通安全的人、車、路等環(huán)境進行實時監(jiān)控和報警,在危急情況下由系統(tǒng)主動干預(yù)駕駛操縱、輔助駕駛者進行應(yīng)急處理、防止汽車碰撞事故的發(fā)生,顯得尤其重要。由此也可預(yù)見,車輛安全系統(tǒng)的研究將朝著智能化、主動型的安全系統(tǒng)及其技術(shù)方向的發(fā)展,因此本課題的研究具有重要的意義。32. 基本原理2.1 超聲波介紹人們能聽到聲音是由于物體振動產(chǎn)生的,它的頻率在2020KHZ范圍內(nèi)稱為可聞聲波，低于20HZ的機械振動人耳不

3、可聞稱為次聲波，高于2OKHZ的機械振動稱為超聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ至幾十MHZ，超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機械振蕩，有兩種形式，橫向振蕩(橫波)和縱向振蕩(縱波)，工業(yè)中的應(yīng)用常采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，但傳播速度不同。另外它也有折射和反射現(xiàn)象，且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波頻率較低，一般為幾十KHZ，但衰減較快。在固液體中傳播頻率較高，但衰減較小、傳播較遠。2超聲波的指向性好，不易發(fā)散，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大。在穿透幾米厚的鋼板后能量損失不大。超聲波在遇到兩種介質(zhì)的分界面時能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。超聲波的頻率越高，其聲

4、場指向性就越好，與光波的反射和折射特性就越接近。利用超聲波的特性可做成各種超聲波傳感器，配上不同的電路制成各種超聲波測量儀器及裝置，并在通信、醫(yī)療、家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。22.1.1 超聲波測距基本原理簡介人耳的聽音范圍在2020KHZ，人耳聽不到的聲音頻率高于20KHZ的聲波稱為超聲波?，F(xiàn)代汽車倒車防撞測距技術(shù)，利用超聲波測距具有先進性和可靠性，系統(tǒng)通過探測倒車路徑上或附近存在的任何障礙物，并在危險區(qū)域內(nèi)及時發(fā)出警告。1由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而利用超聲波設(shè)計的倒車防撞測距系統(tǒng)，可以實現(xiàn)探測到在盲區(qū)內(nèi)障礙物的距離和方向。超聲波檢測電路往往比較迅速、方便

5、、易于做到聲光并茂的聽覺和視覺警告，通過實時控制，可以游刃有余地讓駕駛員采取必要的動作措施，因此在汽車倒車預(yù)警裝置的研制上，得到了實際的應(yīng)用效果。2系統(tǒng)設(shè)計中采用的是超聲波頻率為40KHZ的超聲波傳感器，系統(tǒng)設(shè)計采用的是超聲波測距基本原理，即當超聲波發(fā)射探頭源連續(xù)地發(fā)射為40KH的超聲波，當超聲波遇到障礙物時，能夠反射回反射波，而當超聲波接收探頭部接收到反射波信號后，能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為電訊號。通過測量計算發(fā)射波和接收波之間的時間差t，再求出發(fā)射點到障礙物之間的距離S，在速度C已知的狀況下，容易求得S=Ct/2，式中C為超聲波的音速，因為超聲波本質(zhì)上也是聲波，所以C也為音速。系統(tǒng)在測距過程中，可以通

6、過查表法，測量溫度值進行聲音速度的溫度補償誤差。時間差的獲取，可以通過計時器技術(shù)獲得，當發(fā)射聲速后，立即啟動定時計數(shù)器，在得到第一回波信號即刻停止計數(shù)器。通過測量計算得到超聲波發(fā)射波和接收波之間的時間差t和現(xiàn)場環(huán)境溫度T，就可以精確計算出超聲波發(fā)射點到障礙物之間的距離。12.2 傳感器原理5傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特點包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺

7、、味覺 和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感 元件、色敏元件和味敏元件等十大類。本次課程設(shè)計主要涉及到溫度傳感器和超聲波傳感器。2.2.1 超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器由發(fā)送傳感器、接收傳感器、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機械振動，將其變換成電能作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送

8、的超聲波進行檢測。實際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可用作接收器傳感器上的陶瓷振子，控制部分主要對發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率占空比稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進行控制。超聲波傳感器電源可用DC12V10%或24V10%。2超聲波換能器又稱超聲波探頭，超聲波換能器有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種。在檢測技術(shù)中主要采用壓電式，由于其結(jié)構(gòu)不同，換能器又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭等等。2超聲波傳感技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的不同方面，而醫(yī)學應(yīng)用是其最主要的應(yīng)用之一，下面以醫(yī)學為例子說明超聲波傳感技術(shù)的應(yīng)用。超聲波在醫(yī)學上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學中不可缺少的診斷

9、方法。超聲波診斷的優(yōu)點是：對受檢者無痛苦、無損害、方法簡便、顯像清晰、診斷的準確率高等。因而推廣容易，受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。超聲波診斷可以基于不同的醫(yī)學 原理，我們來看看其中有代表性的一種所謂的A型方法。這個方法是利用超聲波的反射。當超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面時，在該界面就 產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的高低。2在工業(yè)方面，超聲波的典型應(yīng)用是對金屬的無損探傷和超聲波測厚兩種。過去，許多技術(shù)因為無法探測到物體組織內(nèi)部而受到阻礙，超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。當然更多的超聲波傳感器是固定地

10、安裝在不同的裝置上，“悄無聲息”地探測人們所需要的信號。在未來的應(yīng)用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來，將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。22.2.2 溫度傳感器5溫度傳感器（temperature transducer）是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。熱電阻傳感器，金屬隨著溫度變化，其電阻值也發(fā)生變化。對于不同金屬來說，溫度每變化一度，電阻值變化是不同的，而電阻值又可以直接作為輸出信號。電阻共有兩種變化類型:正溫度系數(shù)：溫度升

11、高 = 阻值增加，溫度降低 = 阻值減少；負溫度系數(shù)：溫度升高 = 阻值減少，溫度降低 = 阻值增加。熱電偶傳感器：熱電偶由兩個不同材料的金屬線組成，在末端焊接在一起。再測出不加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導體，所以稱 之為熱電偶。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍，它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1時，輸出電位差的變化量。對于大 多數(shù)金屬材料支撐的熱電偶而言，這個數(shù)值大約在540微伏/之間。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān)，用非常細的材料也能夠做成溫度傳感器。也由于制作熱電偶的金屬材料具有很好的延展性，這種

12、細微的測溫元件有極高的響應(yīng)速度，可以測量快速變化的過程。溫度傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式分為兩大類：接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器需要與被測介質(zhì)保持熱接觸，使兩者進行充分的熱交換而達到同一溫度。這一 類傳感器主要有電阻式、熱電偶、PN結(jié)溫度傳感器等。非接觸式溫度傳感器無需與被測介質(zhì)接觸，而是通過被測介質(zhì)的熱輻射或?qū)α鱾鞯綔囟葌鞲衅?，以達到測溫 的目的。這一類傳感器主要有紅外測溫傳感器。這種測溫方法的主要特點是可以測量運動狀態(tài)物質(zhì)的溫度（如慢速行使的火車的軸承溫度，旋轉(zhuǎn)著的水泥窯的溫度） 及熱容量小的物體（如集成電路中的溫度分布）。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場份

13、額大大超過了其他的傳感器。從17世紀初人們開始利用溫度進行測量。在半導體技術(shù)的支持下，本世紀相繼 開發(fā)了半導體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。兩種不同材質(zhì)的導體，如在某點互相連接在一起，對這個連接點加熱，在它們不加熱的部位就會出現(xiàn)電位差。這個電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點的溫度有關(guān)， 和這兩種導體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)，如果精確測量這個電位差，再測出不 加熱部位的環(huán)境溫度，就可以準確知道加熱點的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導體，所以稱之為“熱電偶”。不同材質(zhì)做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍， 它們的靈敏度 也各不相同。熱電偶傳感器有自己的優(yōu)點和缺陷，

14、它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。由于熱電偶 溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細無關(guān)。3. 倒車雷達5倒車雷達全稱叫“倒車防撞雷達”，也叫“泊車輔助裝置”，是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。3.1 探測原理倒車雷達是根據(jù)蝙蝠在黑夜里高速飛行而不會與任何障礙物相撞的原理設(shè)計開發(fā)的。探頭

15、裝在后保險杠上，根據(jù)不同價格和品牌，探頭有二、三、四、六、八、十、十二只不等，主倒車雷達探頭倒車雷達探頭要安裝于前后保險杠上。探頭能夠以最大水平120度垂直70度范圍輻射，上下左右搜尋目標。它最大的好處是能探索到那些低于保險杠而司機從后窗難以看見的障礙物，并報警，如花壇、路肩、蹲在車后玩耍的小孩等。倒車雷達的顯示器有兩款，一是裝在倒車的后視鏡上，二是粘貼在正駕駛儀表臺前的角落，因為考慮到它的方便性絕大多數(shù)的客戶選用的是裝在儀表臺上的款式。安裝后它不停地提醒司機車距后面物體還有多少距離，到距離危險時，蜂鳴器就開始鳴叫，以鳴叫的間斷/連續(xù)急促程度，提醒司機對障礙物的靠近，及時停車。擋位桿掛到倒擋時

16、，倒車雷達自動開始工作，測距范圍達0.2到1.8米左右，故在停車時，對司機很實用。倒車雷達就相當于超聲波探頭，從整體上來說超聲波探頭可以分為兩大類：一是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，其二是用機械方式產(chǎn)生超聲波，鑒于較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器，它有兩個電晶片和一個共振板，當兩極外加脈沖信號，它的頻率等于壓電晶片的固有震蕩頻率時，壓力晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，將機械的能轉(zhuǎn)為電信號的這一過程，這就成了超聲波探頭的工作原理。為了更好地研究超聲波和利用起來，人們已經(jīng)設(shè)計和制造出很多超聲波發(fā)聲器，超聲波探頭加以運用在使用汽車倒車雷達上。這種原理用在一種非接觸檢測技術(shù)上，用于測距來說其計算簡單,方便迅

17、速,易于做到實時控制，距離準確度達到工業(yè)實用的要求。倒車雷達用于測距上，在某一時刻發(fā)出超聲波信號，在遇到被測物體后的射回信號波，被倒車雷達接收到，得用在超聲波信號從發(fā)射到接收回波信號這一個時間而計算出在介質(zhì)中的傳播速度，這就可以計算出探頭與被探測到的物體的距離。3.2 組成部分倒車雷達有這幾部分構(gòu)成：（1）超聲波傳感器：用于發(fā)射以及接收超聲波信號，通過超聲波傳感器可以測量距離。（2）主機：發(fā)射正弦波脈沖給超聲波傳感器，并處理其接收到的信號，換算出距離值后，將數(shù)據(jù)與顯示器通訊。（3）顯示器或蜂鳴器：接收主機距離數(shù)據(jù)，并根據(jù)距離遠近顯示距離值和提供不同級別的距離報警音。3.3 倒車雷達發(fā)展狀況第一

18、代倒車喇叭提醒：“倒車請注意”！想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車雷達的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說，它對司機并沒有直接的幫助，不是真正的倒車雷達。汽車在倒車狀態(tài)，語音提示路人小心，基本屬于淘汰產(chǎn)品。第二代轟鳴器提示：這是倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。倒車時，如果車后1.8米1.5米處有障礙物，轟鳴器就會開始工作。轟鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。第三代數(shù)碼波段顯示：比第二代進步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體

19、，在1.8米開始顯示；如果是人，在0.9米左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障 礙物離車體距離有0.8米以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.60.8米；紅色代表危險距離，表示離障礙物只有不到0.6米的距離，你必須停止倒車。第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，但比較實用，但安裝在車內(nèi)不太美觀。第四代液晶熒屏顯示：這一代產(chǎn)品有一個質(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離。動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼

20、在儀表盤上，安裝很方便，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。第五代魔幻鏡倒車雷達：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)，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示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，是目前市面上最先進的倒車雷達系統(tǒng)。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車倒視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配。第六代無線倒車雷達：全新無線液晶倒車雷達， 融無線連接、 倒

21、車雷達、彩色液晶顯示、BP警示音、于一體。由于普通倒車雷達安裝時，從車后雷達主機到車前儀表臺上顯示器上要布置一條線，這樣要拆裝車內(nèi)的裝飾板、膠條 等，非常不方便。現(xiàn)在最新推出的第六代無線液晶倒車雷達，一舉解決此問題，車后主機和顯示器之間無線連接，方便快捷。更可在大巴、卡車等車身長的車上使 用，使安裝更容易。第六代無線倒車雷達特點：雷達測距,數(shù)碼顯示；無線連接-主機和顯示器之間無線連接，省去拆卸車內(nèi)裝飾麻煩，安裝更容易；彩屏顯示-彩屏顯示，高貴典雅；BiBiBi三級心跳報警音；動感車模-真實車模，車后探頭方位閃動，智能辨左右；全天設(shè)計，可以適應(yīng)不同的環(huán)境。第七代MP3倒車雷達：這一代倒車雷達實現(xiàn)

22、了行業(yè)的創(chuàng)新。倒車雷達與車載MP3完美結(jié)合,在倒車雷達的基礎(chǔ)上增加了MP3調(diào)頻發(fā)射功能；具備倒車雷達功能同時融合了車載MP3的功能。當進入MP3播放時兩邊的色條停止顯示，數(shù)字屏顯示當前MP3發(fā)射頻率；當車進入倒車狀態(tài)時，MP3播放自動停止，色條指示開啟，數(shù)字屏顯示障礙物距離，屏幕進入倒車指示狀態(tài)。第七代MP3倒車雷達特點：三級心跳提示音、真人語音報警提示，單獨遙控器調(diào)頻發(fā)射；倒車雷達與車載MP3完美結(jié)合,接收穩(wěn)定、音質(zhì)醇厚、清晰優(yōu)美；綠、黃、紅 三顏色7段LED燈條/LCD大屏幕動態(tài)提示障礙物距離；30cm250cm厘米級顯示精度,精確顯示障礙物的距離；人工/bibi自動報警; 0.3-2.5

23、m,少于0.3m報警：停車；探頭自檢功能,探頭異常狀態(tài)提示,以避免因探頭損壞而造成的倒車碰撞。3.4 汽車倒車現(xiàn)狀4自動泊車入位功能是一種可以幫助駕駛員停車入位的功能，它可以利用車輛自帶的超聲波傳感器，探測出適合的停車空間，然后車輛會自動接管方向盤來控制方向，將車輛停入車位中，這個功能最大的好處就是，幫那些倒車入位技術(shù)不太好的司機降低了麻煩，大大減少了司機在停車入位中的操作步驟，使駕駛員可以更好的觀察車輛周圍的情況，提高了安全性。當然，根據(jù)各個廠商的系統(tǒng)不同，自動泊車入位的操作方式也有不同。汽車發(fā)展到今天，越來越多的科技成果被運用到汽車上，自動泊車入位功能就是其中之一。目前奔馳、寶馬、奧迪、大

24、眾、豐田、沃爾沃等汽車品牌的部分車型都已配備了這一功能。大眾的自動泊車功能是由很多元件來實現(xiàn)的，主要有：自動泊車啟動按鈕、超聲波傳感器（左、右各2個）、泊車輔助控制單元、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動變速箱、剎車系統(tǒng)、倒車雷達（前、后各4個）和行車電腦等。大眾的以下品牌都具有自動泊車功能：邁騰（2013款1.8TSI 尊貴型、2013款2.0TSI 尊貴型、2013款 2.0TSI 至尊型、2012款 3.0FSI 旗艦型），帕薩特（2013款1.8TSI DSG至尊版、2013款2.0TSI DSG至尊版、2013款3.0L V6 DSG旗艦版、2013款3.0L V6DSG旗艦尊享版），一汽-大眾

25、CC（2013款1.8TSI豪華型、2013款2.0TSI豪華型、2013款2.0TSI至尊型、2013款3.0FSI V6），途觀（2013款2.0TSI自動四驅(qū)旗艦版）等。奔馳的自動泊車功能是由：超聲波傳感器、泊車輔助控制單元、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動變速箱、剎車系統(tǒng)、和行車電腦等元件來共同實現(xiàn)的。奔馳的以下品牌都具有自動泊車功能：S級（2014款S400L尊貴型、2014款S400L豪華型、2014款S400L HYBRID、2014款S500L），E級（2014款E400L運動豪華型），GL級（2014款GL350 CDI 4MATIC、2014款GL400 4MATIC動感型、2014款 GL400 4MATIC豪華型）等。4.總結(jié)在科技飛速發(fā)展的今天，超聲波技術(shù)在被普遍使用，超聲波因為具有其獨特的優(yōu)點被大家不能忽