汽车倒车雷达声光报警器设计说明书

/汽车倒车雷达声光报警器设计摘要本设计从实验研究分析的角度.分析了汽车倒车雷达系统基本设计原理。较详细介绍一种超声波测距系统以及根据该系统设计研制出的汽车倒车雷达声光报警器.提醒司机刹车。设计采用超声波传感器.成本低廉.设计简单。实际倒车时.利用超声波原理.由装置在车尾保险杠上的探头发送超声波撞击障碍物后反射此声波.利用单片机计算出车体与实际距离.然后.提示给司机.使停车或者倒车更容易.更安全。因此.安装倒车雷达对安全驾驶有十分重要意义。给驾驶员提供更轻便的驾驶感.减少一些不必要的交通问题。因此个人认为有很好的实用价值和很大的上升空间。目录一、绪论21.1、国内外发展概况以及存在的问题21.2、设计目的31.3、研究意义31.4、设计要求4二、实验元件4三、文献综述4四、倒车雷达原理6五、方案选择81、测距传感器选择：82、微处理器选择：93、语音报警器的选择：9六、实验电路图91、超声波测距系统102、汽车倒车防撞测距报警系统103、声光报警电路图11七、硬件设计和软件设计11八、实验现象12九、结论13一、绪论1.1、国内外发展概况以及存在的问题随着社会经济发展交通运输业日益兴旺.汽车数量也在大幅度攀升。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.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。汽车倒车防撞测距报警器一般有四种：1嘀嘀声加闪光.2音乐声加闪光.3语音声加闪光.4倒车到危险距离时蜂鸣器报警加闪光.由于很多研究采用的是特殊难购买的专用元件.使其难以推广.本设计采用国内生产通用元件.成本较低廉.本设计使其在倒车过程中自动测量车尾到障碍物距离.在倒车到极限距离时发出急促警告声.提醒驾车员注意刹车.如果和制动系统联系在一起也可以形成自动刹车。存在的问题：预警时间不足；反应速度迟钝；探测盲区问题；1.2、设计目的本次设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手.可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的倒车交通事故.另外特别适用夜间辅助倒车.倒车入库以及进入停车场停车到位.时甚至还能防止盗贼扒车.本设计成本低廉.性能优良.市场前景极为广阔.对提高我国汽车工业实际水平.有较大实际意义。1.3、研究意义超声波测距法是最常见的一种距离测距方法.应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离.低速状况.以及在汽车倒车防撞的近距离.低速状况.以及在汽车倒车防撞报警系统中.超声波作为一种特殊的声波.同样具有声波传输的基本物理特性一一折射.反射.干涉.衍射.散射。超声波测距即是利用其反射特性.当车辆后退时.超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置.并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员.起到安全作用。1.4、设计要求1、显示障碍物离汽车距离。2、距离小于指定值时蜂鸣器报警.灯光闪烁。3、倒车距离障碍物越近倒车雷达发出报警声.报警频率越快。二、实验元件51单片机.LED显示屏.超声波测距.蜂鸣器三、文献综述超声波是指频率在20kHz～106kHz的机械波,波速一般为1500m/s,波长为0.01cm～10cm。超声波的波长远大于分子尺寸.说明超声波本身不能直接对分子起作用,而是通过周围环境的物理作用影响分子,所以超声波的作用与其作用的环境密切相关。超声波既是一种波动形式.又是一种能量形式,在传播过程中与媒介相互作用产生超声效应。超声波与媒介相互作用可分为机械作用、空化作用和热作用。随着科学技术的发展.相关技术领域相互渗透.使超声波技术广泛应用于工业、化工、医学、石油化工等许多领域。超声波作为一种特殊的能量输入方式,所具有的高效能在材料化学中起到光、电、热方法所无法达到的作用。仅从超声波在液体中释放的巨大能量来说就是其他方法所望尘莫及的.更不用说超声波定量控制的效果了.近年来,随着超声波技术的日益发展与成熟,其在新材料合成、化学反应、传递过程的强化以及废水处理等领域都得到了广泛的应用。在材料合成中,尤其是纳米材料的制备中.超声波技术有着极大的潜力。通过超声波方法制备纳米材料.达到了目前我们采用激光、紫外线照射和热电作用所无法实现的目标.具有很好的前景。20年前出现的倒车雷达.严格而言.不属于雷达<无线电波>的产品。以最早出现的类似装置来讲.它是利用红外线的发射与接收的原理而做出的"倒车雷达"最大的缺点是红外线波易受干扰.整个系统的警示音常呈现不稳定的乱鸣状态另外对深黑色粗糙表面物体的反应也较差。但更糟糕的是.无论是红外线发射器或接受器.只要任何一方让一层薄薄的冰雪或泥尘覆盖.系统就会失效。最近在欧美又出现了一种电磁感应倒车雷达。在一线路套上一环型的感应圈<此线圈贴在后保险杠的内侧.车外表完全看不出有此装置>.以感应车后物体的有无。此种装置价格中等.并且完全隐密.算是一种好产品.但可惜的是,安装困难<必须卸下保险杠贴在内侧>.而且只能探测动态物品.当车在后退行进时.可探测到物体.但车一旦停止后退行进.则任何物体都不被认可。换言之.如有任何物品贴在后保险杠.当车一旦停止再启动后.此装置并不会告知驾驶者后方有物品贴在保险杠.此车不能再后退等。因此,实用性也相当有限,日本、美国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力.采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等制成安全预警系统.使用在其所开发的高级汽车上。据海外媒体报道.戴姆勒——克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车<尤指卡车>使用的电子刹车系统.它与其他刹车系统的区别在于.其在卡车车头设有雷达感应器.感应器在车前观察四周环境,并将所有收集的信息交由一控制器加工处理,形成虚拟景象。之后再借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车.未来两三年内这种新型刹车系统即可量产上市.但价格昂贵.目前定为3745欧元.其过高的成本限制了它应用的普遍性。在底特律国际车展上.通用公司的Precept概念车装了Donnelly公司生产的以摄像机为基础的后视镜系统。显然此类产品的研发具有极大的现实意义和广阔的应用前景。四、倒车雷达原理超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF〔time

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flight.也可以称为回波探测法.如图所示.超声波发射器向某一方向发射超声波.在发射时刻的同时开始计时.超声波在介质中传播.途中碰到障碍物就立即返回来.超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据介质的不同.可分为液介式、气介式和固介式三种。根据所用探头的工作方式.又可分为自发自收单探头方式和一发一收双探头方式。而倒车雷达一般是装在车尾.超声波在空气中传播.超声波在空气中<20℃>的传播速度为340m/s<实际速度为344m/s这里取整数>.根据计时器记录的时间<t>.就可以计算出发射点距障碍物的距离<s>。公式如：由于超声波指向性强.能量消耗缓慢.在介质中传播距离远.因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离.设计比较方便.计算处理也较简单.并且在测量精度方面也能达到要求。限制倒车雷达系统的最大可测距离存在4个因素：超声波的幅度、反射的质地、反射和入射声波之间的夹角以及接收换能器的灵敏度。接收换能器对声波脉冲的直接接收能力将决定最小的可测距离。声波的速度c与温度T有关。如果环境温度变化显著,则必须考虑温度。由于超声波也是一种声波.其声速c与温度有关.表中列出了几种不同温度下的声速。在使用时.如果温度变化不大.则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高.则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后.只要测得超声波往返的时间.即可求得距离。这就是倒车雷达的机理。声速c与温度的关系温度<℃>-30-20-100102030100声速<米/秒>313319325333338344349386五、方案选择1、测距传感器选择：目前常见的有超声波短距离测距.毫米波雷达长距离测距.激光测距.摄像系统测距等几种方法.按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择：方案一：采用毫米波雷达.优点：适合长距离测距。缺点：成本比较高.信号处理难度高。不适合处理短距离测距。方案二：摄像系统测距.优点：能比较直观观察到车辆后面的实际情况。缺点：视频信号处理复杂.涉及到数字图像处理等.成本较高.一般消费者很难接受。方案三：超声波测距。优点：原理简单.成本低.制作方便.适合在一般短距离的测距.其最佳距离为4~5米。缺点：有一定局限性〔这时因为超声波的传输速度受天气影响较大.不同的天气条件下传播速度不一样；对于远距离的障碍物.由于反射波过于微弱.使得灵敏度下降。通过对应用场合、成本和技术原因的研究.认为采用方案3最为实际有效。2、微处理器选择：方案一：使用51单片机.51单片机具有功能强抗干扰能力强、软硬件资源都比较丰富等特点.其外围接口电路简单.具有很高的性价比.成本低.而且它经过多年的发展.技术也相当成熟。方案二：使用AVRMega系列单片机。Mega系列是美国ATMEL公司生产的AVR8位单片机中的高端产品.由于市场和技术原因.市场占有率挺高.采用精简指令集系统。方案三：使用MPS430.凌阳61单片机等16位单片机或者ARM系列32位单片机。由于本系统控制功能简单.没有必要为了提高性能而增加成本和开发难度。经过综合考虑.本题目采用第一套方案.选取性价比较高的51单片机。3、语音报警器的选择：由于在该设计中只涉及到简单的报警声音.可以直接用单片机的某一引脚产生方波控制我拟定采用简单的蜂鸣器来实现该功能。实验电路图1、超声波测距系统2、汽车倒车防撞测距报警系统3、声光报警电路图七、硬件设计和软件设计硬件设计：倒车雷达.又称泊车辅助系统.或称倒车电脑警示系统[6]。它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置.由超声波传感器〔俗称探头、控制器和显示器〔或蜂鸣器等部分组成。它能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况.解除了驾驶员泊车、倒车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰.并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷.提高驾驶的安全性。倒车雷达系统主要有主机和探头两部分组成。主机电路包括发射电路、接收电路、计数显示电路三部分。单片机采用AT89C51。采用12MHz高精度的晶振.以获得较稳定时钟频率.减小测量误差。单片机用P1.0端口控制发射和停止输出超声波换能器所需的40KHz的方波信号.利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阴LED