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1、1编号:毕业设计毕业设计题 目 汽车倒车碰撞自动熄火保护装置指导教师 学生姓名 学 号 200911501047 专 业 交通运输 教学单位 德州学院汽车工程学院 （盖章） 二 O 一三年五月十九日2目 录摘要和关键词11 绪论11.1 倒车雷达及防撞熄火保护装置的简介11.2 本课题研究的背景、目的和意义.21.3 国内外的研究现状.21.4 本论文研究的主要内容32 测距原理和方法的选择.32.1 超声测距.32.2 毫米波雷达测距42.3 激光测距52.3 摄像机测距52.3 红外线测距53 雷达传感器.64 系统的硬件组成部分.74.1 测距模块的选用84.2 控制模块的设计94.3
2、熄火装置的设计105 系统软件设计.116 辅助功能设计117 结论和展望.12参考文献12谢辞13德州学院 汽车工程系 2013 届 交通运输专业 毕业论文0汽车倒车防碰撞自动熄火保护装置（德州学院汽车工程系，山东德州 253023）摘 要： 21世纪随着我国经济高速发展，汽车保有量大幅增加，但是由于现有道路条件的限制，造成交通事故频发，给人们的生命和财产安全带来了巨大的损失，特别是在狭窄道路上倒车行驶过程中由于在车辆后方存在一定的盲区，容易发生碰撞造成不必要的损失，虽然现在出现了倒车雷达等辅助倒车装备，但是它们只能給驾驶员提供后面道路的信息，并不能主动预防碰撞或在出现碰撞后帮助驾驶员减少损
3、失，因此需要一套能主动保护汽车倒车安全的装置。本设计是对倒车雷达系统进行改进升级，利用雷达测距及单片机控制原理来控制汽车倒车时与周围障碍物的距离，保证汽车倒车将要发生碰撞或碰撞后车辆自动熄火，减少经济损失及人员伤亡，从而降低倒车难度和危险。 分析显示，本设计能保证汽车倒车的安全距离，其主要技术指标达到了系统设计要求，实现了倒车防撞熄火的功能。关键词：汽车倒车； 主动安全； 雷达测距； 预防碰撞； 自动熄火； 单片机；1 绪论1.1 倒车雷达及防撞熄火保护装置的简介倒车雷达及防撞熄火保护装置的简介倒车雷达又称泊车辅助系统，通常，倒车雷达由超声波传感器(俗称探头)、控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分
4、组成，是汽车泊车安全辅助装置。1 倒车雷达一般采用超声波测距原理，当驾驶人将变速器挂入倒档后，倒车雷达进入自我检测，通过自我检测后就开始检测汽车后面的障碍物，雷达探头向后面发射超声波，超声波遇到障碍物后被反射回来，传感器接收被反射回来的超声后波传递给控制单元，控制单元进行比较分析后判断出障碍物的空间位置体积的大小以及距离，控制单运分析比较后做出相应的动作，并且对驾驶者做出提示，驾驶者才能了解后方情况并且做出正确的操作，减轻倒车难度，使倒车变得更轻松。汽车倒车雷达从无到有从小范围使用到大面积使用，经历了更新在几年的时间里，随着技术发展和用户需求的变化，倒车雷达经过了大致六代的发展。第一代：倒车时
5、通过喇叭提醒 ，第二代：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员，驾驶员挂入倒档后，汽车倒车遇到障碍物时，带有超声波的倒车雷达系统开始时发出报警声响。距离障碍物越近，则声音频率越高，声音越急促。从而提醒驾驶人汽车将要碰到障碍物，注意安全，但是缺少语音提示和距离显示具有一定的局限性，虽然司机知道汽车后方有障碍物，但是不能确定距离障碍物有多远，因此对驾驶员的帮助有限。第三代：数码波段显示具体距离或者距离范围，驾驶员通过显示器可以清楚知道距障碍物的远近，从而使驾驶员从容不迫的倒车。第四代：液晶荧屏动态显示，第五代：魔幻镜倒车雷达，第六德州学院 汽车工程系 2013 届 交通运输专业 毕业论文1代：整合影音系统。
6、从倒车雷达发展过程中可以发现倒车雷达越来越人性化、智能化，因此倒车雷达的升级换代是一个不断发展过程。本设计是通过在普通倒车雷达的基础上，加装控制器、继电器等辅助设备，进行改进，倒车雷达测出距离障碍物的距离并且传送给控制器，当达到危险数值时，控制器通过控制一个连入油泵主线路的常闭继电器断开，从而使油泵断电进而使发动机断油汽车强制熄火，实现了汽车安全倒车的目的，具有主动保护汽车安全的意义。1.2 本课题研究的背景、目的和意义从传统上说，汽车的安全可以分为两个主要研究方向:一是主动式安全技术，即防止事故的发生，该种方式是目前汽车安全研究的最终目的;二是被动式安全技术，即事故发生后的乘员保护。2 随着
7、国家的发展，人们生活的改善，在我国汽车的拥有量大幅增加，但也造成道路拥堵，交通事故频发的现象，给人们的生命和财产安全带来了巨大的损失，特别是在倒车行驶过程中由于后方存在盲区，容易发生碰撞，虽然现在市场上已有倒车雷达、倒车可视系统，但是它们只能給驾驶员提供后面的实时信息，并不能在出现碰撞后帮助驾驶员减少损失，因此需要主动采取相应措施对汽车进行控制,使得汽车能够主动避险,保证车辆行驶的安全,从而尽量减少或者减轻交通事故,在汽车安全领域，我们应该加强对主动安全技术的重视。本设计是在这样的社会大背景需求下进行的，主要是为了减少倒车引起的事故和损失，提高汽车智能化。随着中国汽车行业的飞速发展，人们对汽车
8、的认识已经不仅仅停留在单纯交通工具那么简单。由于汽车总量的增加，全国范围内的交通事故和人员伤亡的数量也在不断增加，汽车的安全性因此逐渐成为人们关注的焦点，各大汽车厂商同时也将汽车的安全性能作为其销售卖点，因此对倒车雷达的改进和换代对人们生活生产有着十分重要的意义，同时对未来汽车智能化的发展也有帮助。1.3 国内外的研究现状倒车雷达系统技术已经成熟，倒车影像系统也日臻完善，但是它们只是对倒车过程中发生碰撞起预防作用，并不能做到主动防止撞车和减少撞车后造成的损失，倒车雷达测距防撞控制系统属于汽车主动安全装置，是当前国际汽车安全领域研究的热点之一，在国际上如德国、日本、美国等先进的汽车生产国，在 2
9、003 年已经开始了主动防撞安全装置的研究与开发。戴姆勒克莱斯勒公司和沃尔沃公司在汽车倒车防撞方面走在世界前列，同时国内也有好多人在研究。因此汽车的主动安全具有研究价值，同时汽车的安全性更是汽车最基本也是最重要的性能，对汽车的安全保护也是汽车发展所追求的永恒主题。随着电子技术的发展，许多智能化技术被广泛应用到汽车安全装置上，相信随着技德州学院 汽车工程系 2013 届 交通运输专业 毕业论文2术和立法的不断完善，汽车主动安全技术将成为未来汽车安全技术发展的重点。它将与被动安全技术一起发挥作用，保证驾驶员和行人的安全。汽车安全性已经不仅是个技术问题，在某种程度上也是一个重要的社会问题。汽车的主动
10、安全性因其定位于防患于未然，所以有着广阔的发展前景，越来越受到汽车生产企业、政府管理部门和消费者的重视。3 1. 本论文研究的主要内容本论文主要是对汽车倒车安全距离智能控制的研究，用超声波测距的方法来测知汽车 后方与障碍物的距离，以 AT89S51 单片机作为控制系统，通过编程实现距离控制，用一 个常闭继电器串联于汽车汽油泵主线路作为汽车熄火停车的执行装置，它们共同组成了 汽车倒车防撞熄火智能保护系统，实现汽车主动安全。 2 测距的原理和方法的选择2.1 超声波测距我们知道声波是一种传递信息的媒体，可以由物体的撞击、运动所产生的机械振动以波的形式向外传播。根据振动所产生波的频率高低分为可闻声波
11、、次声波和超声波，把频率高于 20000 赫兹的声波称为“超声波” 。通常用于医学诊断的超声波频率为 15兆赫。超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。在传播中，超声波的速度与声波相同，雷达利用的就是超声波，倒车雷达的原理与普通雷达一样，它是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的，是一种仿生产品。超声波的波长很短，与发射器、接收器的几何尺寸相当，由发射器发射出来的超声波不向四面八方发散，而成为方向性很强的波束，波长愈短方向性愈强，因此超声用于探伤、水下探测，有很高的分辨能力，能分辨出非常微小的缺陷或物体，倒车雷达通过感应装置发出超声波，然后通过反射回来的超
12、声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、形状等，分析并判断障碍物与车的距离。 超声波测距：超声波是一种具有一定频率范围的声波，它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在不同的媒质界面处，会产生反射现象。利用这一特性，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用其原理如图 2-1。与光波不同，超声波是一种弹性机械波，它可以在气体、液体和固体中传播。电磁波的传播速度为 3108m/s,超声波在空气中的传播速度约为 344m/s(常温下)，其速度与电磁波相差 5 个等级，其速度相对电磁波是非常慢的。 。德州学院 汽车工程系 2013 届 交通运输专业 毕业论
13、文3图 2-1：超声波测距原理框图当然距离测量有一个远限，其原因就在于接收信号的幅值至少应该大于规定的阀值。这个阀值决定于对信噪比的要求。要求高些，可要求这一阀值大于噪声幅值的倍数高些，保证信噪比可以大于要求。但是无论要求怎样低，最小的接收信号幅值总得比噪声幅值大，否则就很难从噪声中分辨出所需的信号来。所以，如果想增大可测的距离，总得从两个方面来解决，一方面就是尽量降低噪声，另一方面就是尽可能增大发射信号的幅值。超声波测距主要有三种方法：相位检测法、声波幅值检测法、渡越时间检测法。因为超声波是一种声波，其声速与温度有关，C=331.45+0.607t，t 为摄氏温度，所以在不同的温度下，超声波
14、速度是不一样的，从而会影响测距结果，但由于在某一地区使用，因温度变化不大，可以认为声速是基本恒定不变的。确定了声速，只要测得超声波信号往返的时间，即可求得距离。2.2 毫米波雷达测距对于车载雷达,一般选用 60GHz 、 120GHz 、 180GHz 波段,对应的波长为毫米级故成为毫米波雷达.特点是：毫米波雷达采用的是波长在 1 厘米以下，频率 30GHZ 以上的高频电磁波，波长短，沿直线传播且穿透能力强，几乎不受气象条件的影响。不但可以探测目标的距离，还可测出相对速度和方位，但是价格昂贵，并且需要防止电磁波干扰由于存在其它通讯设施电磁波干扰以及雷达装间的相互影响,容易发生误动作.毫米波雷达
15、向空间发射一定重复周期高脉冲,当遇到目标,目标反射回来的反射波将滞后与发射高频脉冲一个时间差和一个频移(多谱勒频移)，根据雷达可以测出这个数据,就可以依据公式计算出目标位置。德州学院 汽车工程系 2013 届 交通运输专业 毕业论文42.3 激光测距测距激光测距是一种雷达装置,它是一种光子雷达系统,原理同毫米波雷达测距，它测量精度比较高，主要用窄激光束对某一地区进行扫描，同时测距时间短，应用领域广泛。主要优点是测距准，探测距离远，并且抗干扰能力强，特别是没有盲区，测距精度可达厘米甚至毫米级，比微波雷达高近 100 倍，测角精度理论上比微波雷达高一义倍以上。但是在遇到下雨或大雾等恶劣天气，穿透能力差，导致无法使用，目前激光测距系统主要有两种即成像式激光雷达和非成像是激光雷达，两者的工作原理相似，都是通过激光束传播时间确定距离，只不过成像激光雷达是用激光束对整个视场进行全方位扫描，处理后获的整个空间的信息，可以通过这些信息判断汽车是否有碰撞的危险，进而做出反应。2.4 摄像机测距通过高精度的摄像系统能够更准确的测距，它的尺寸比较小、质量也很轻、并且噪音很低、功耗小、动态测距范围比较大，由于这种测距方法具有很多的优点，因此在汽车上得到了广泛的运用，具有良好的发展前景和市场。2.5 红外线测
