开题报告-基于测距原理的汽车倒车报警系统设计

基于测距原理的汽车倒车报警系统设计开题报告一、综述

1引言汽车对人们来说是一个再熟悉不过的词，自从1886年2月9日卡尔·本次发明了人类第一辆汽车，至今世界汽车工业经过了近124年的发展，当代汽车已经非常成熟和普遍了。汽车已经渗透于国防建设、国民经济以及人类生活的各个领域之中，成为人类生存必不可少的、最主要的交通工具，为人类生存和社会的发展与进步起到了至关重要的作用。汽车已经成为人们生活中不可缺少的一部分，它给人们带来方便快捷的同时，也出现了许多问题。如越来越多的汽车使道路上有效的使用空间越来越小，新手也越来越多，由此引起的剐蹭事件也越来越多，由此引起的纠纷也在不断地增加。原来不是问题的倒车也逐渐变成了问题。尽管每辆车都有后视镜，但不可避免地都存在一个后视盲区，倒车雷达则可以在一定程度上帮助驾驶员扫除视角死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性，减少剐蹭事件。因此，提出了基于超声波测距的汽车用倒车雷达系统的设计。

2国内外背景

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，只要任何一方被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，形成一虚拟景象。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。该系统用一个内后视镜和两个外后视镜采集汽车周围的景象，三个景象合成一个全景图像在中控台的视屏上显示出来，还用文字说明来传达信息。摄像机也可在倒车时使用，当车后近处有消火栓等障碍物时，就及时让驾驶员知晓。迄今为止，国内外许多学者均着眼于测距传感器的研究。3倒车雷达的发展倒车雷达全称“倒车防撞雷达”，又称“泊车辅助装置”，它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置。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，解除驾驶员泊车、倒车和启动车辆时因前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员克服视角死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这几代产品都各有特点，大致有如下六代：第一代：倒车时喇叭提醒。“倒车请注意”！想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有小部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意。从某种意义上说，它对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达。价格便宜，基本属于淘汰产品。第二代：蜂鸣器提示。这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8米-1.5米处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第三代：数码波段显示。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，；黄色代表警告距离，；红色代表危险距离，必须停止倒车。第三代产品把数码和波段组合在一起，但比较实用，但安装在车内不太美观。第四代：液晶荧屏显示。这一代产品有一个质的飞跃，特别是屏幕显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过液晶显示器外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。第五代：魔幻镜倒车雷达。结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示司机停车。根据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式等。转帖式感应器后有一层胶，可直接粘在后保险杠上；钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去；悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可以分为数字式、颜色式和蜂鸣式等三种。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接用数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。因此，大力研究开发倒车雷达等主动式汽车辅助安全装置，将减少驾驶员的负担和判断错误，对于交通安全起到重要作用。三、实现方法及预期目标1.方案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1：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2：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。方案3：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.方案实现本系统采用以STC12C5A60AD为核心，利用超声波测距原理，来设计一种低成本、高精度、微型化数字显示超声波测试仪。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器发出超声波脉冲，超声波接收器接收到障碍物反射回来的反射波，准确测量超声波从发射到障碍物反射返回的时间，根据超声波的传播速度，可以计算出障碍物距离。作为一种非接触式的检测方式，和红外、激光、无线电测距相比，由于超声波具有穿透性较强、空气传播衰减小、反射能力强的特点，所以超声波测距具有在近距离范围内不受光线和雨雪雾的影响、结构简单、制作方便、成本低等优点。高速的单片机微秒级的机器周期，可实现较精确的时间测量。超声波测距可测出回波和发射脉冲之间的时间间隔，利用S=Ct/2就可以算出距离，再在LED上显示出来。限制的最大可测距离存有四个因素：超声波的幅度、反射面的质地、反射面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。预计本系统可以较准确的完成对汽车尾部5m以内障碍物的自动探测功能，并在距离为1m时声音提示司机采取措施，极大的提高汽车倒车时的安全性。本设计的任务是设计一个超声波测距器，可以应用于汽车倒车位置监控。要求测量5m以内的障碍物，测量精度1cm，测量时于被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。设计的难点是：超声波信号的接收、发射的设计显示电路的设计流程图及程序的设计四、对进度的具体安排1、1～3周对所做课题进行调研，完成开题报告、调研报告；翻译一篇与课题相关的英文资料；2、第4周完成开题报告、调研报告；3、第5～7周进行整体方案的确定，进行控制系统软硬件设计方案；4、第8～12周系统硬件及软件设计绘图；7、第12～14周编写设计说明书初稿；8、第15周修改图纸及控制系统软件并完善设计说明书；9、第16周进行毕业答辩。五、参考文献1、王非.汽车电控技术.北京：交通出版社，2006；2.付百学.现代汽车电子技术.北京：北京理工大学出版社，2007；3.张浩.PIC单片机技术.北京：机械工业出版社，2002；4.刘歉.机电一体化技术.北京：高等教育出版社，2004；5.李建秋.汽车电子学教程.北京：清华大学出版社，2010；6.王绍銧.汽车电子学.北京：清华大学出版社，2008；7.贾伯年.传感器技术.南京:东南大学出版社,2000；8.赵晶.Protel99高级应用.北京：人民邮电出版社，