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1、第一章引言4第二章超声波倒车雷达简介52. 1倒车雷达52.2超声波523超声波测距的原理52. 4倒车雷达性能指标62. 5影响倒车雷达性能的因素 62.5. 1测量精度62.5.2探测范围7第三章倒车雷达的电路结构93. 1超声波发送模块932超声波接收模块93.3语音电路设计10第四章倒车雷达的电路实现114.1超声传感器的参数选择 114. 2总体结构114.3基于单片机的硬件实现124.3. 1超声波发射电路124.3.2超声波接收电路144. 3. 3温度测量电路164.3.4显示及报警电路 174.4超声波测距的倒车雷达软件设计18第五章倒车雷达超声测距的误差分析22第六章结论2
2、3致谢24参考文献25摘要:研究了基于单片机的超声测距倒车雷达。它主要是为了降低汽车倒 车时的碰撞事故。根据渡越时间测距原理，采用Atmega8单片机为主控制器， 并对测距误差进行了分析，雷达测距范围为0. 25. 0米，最大测量误差不超过 8cm,它能增加汽车的后视能力，有效的减少交通事故，具有重要的现实意义。关键词：超声测距，单片机，倒车雷达Abstract： To decrease the numbers of collision accidents when automobile reversing, the ultrasound distance- measurement autom
3、obile- reversing radar based on microcontroller is studied. Based on the principle of time of flight distance measurement, microcontroller AtmegaS is used as main controller to develop the ultrasound distance-measurement automobile-reversing radar, and the errors of distance-measurement is analyzed
4、too. The range of distance-measurement radar is 0.25.0m, the maximum error of distancemeasurement is 5%. The cars ability of rear view is improved, at the same time, traffic accidents are reduced effectively. As a result, this subject is of great practical significance .Key words : Ultrasound , Dist
5、ance-Measurement microcontroller ,Automobile-Reversing Radar第一章引言近年来，随着汽车产业的迅速发展和人民生活水平的不断提高，我国汽车 数量正在逐年增加，即使在世界经济危机的阴影下，国内汽车的销售也并未遭 受过多影响。而这其中，非职业的驾驶员比例也在不断提高。在公路、街道、 停车场、车库等拥挤狭窄的空间倒车时，汽车的碰撞事故发生概率也大比例增 加。因此增加汽车的后视能力，研制汽车尾部障碍探测的倒车雷达成为近年来 汽车销售市场的一块蛋糕，竞争激烈。安全避免与障碍物碰撞的前提是快速准 确的测量汽车与障碍物的距离。超声波测距是利用声波特性来
6、实现非接触式距离测量，其应用范围很广， 如检测、定位、探伤等。超声波由于不受光照度、电磁场、色彩等因索的影响, 并且由于其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等特点在各测距方面已经 有了广泛应用。本文首先介绍超声波测距的原理，然后给出基于AtmegaS单片机的电路 软硬件设计，并对其进行测距误差分析，然后给出结论。第二章超声波倒车雷达简介2.1倒车雷达倒车雷达(Car Reversing Ai d Systems)的全称是“倒车防撞雷达，也 叫“泊车辅助装置”，只需在汽车倒车吋工作，将汽车后方的信息及时反馈给 驾驶员，是汽车泊车安全辅助装置，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
7、况，解除了驾驶员泊车和起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，提高了安全性。2.2超声波超声波是频率高于20KHz的机械波，具有穿透性强，衰减小，反射能力 强等特点。工作时，超声波发射器不断发射一系列连续脉冲，给测量逻辑电路 提供一个短脉冲，最后由信号处理装置对接收的信号依据吋间差进行处理，自 动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低，制作方便， 但其传输速度受空气影响较大，不能精确测距。另外，超声波能量与距离的平 方成正比衰减，因此，距离越远，灵敏度越低，从而使超声波测距方式只适用 于较短距离。2.3超声波测距的原理由于倒车吋汽车的行
8、驶速度较慢，和声速相比可以认为汽车是静止的，因 此在系统中可以忽略多普勒效应的影响。利用单片机产生40Hz的工作频率， 经过超声波发射器发射，遇到障碍物返回被超声波接收器接收后，经过接受检 测装置对接收信号进行处理，由单片机计算超声波发射器到障碍物之间的距 离，将计算结果送至显示器显示，并驱动蜂鸣器按距离的远近发出不同的节扌n 提音。H前，超声测距有相位检测法、声波幅值检测法、渡越吋间检测法三种。 相位检测的精度高，但检测范围有限；声波幅值检测易受反射波的影响；渡越 吋间检测工作方式简单、直观，在硬件控制和软件设计容易实现。故超声波测 距原理一般采用渡越吋间法。其原理是超声波传感器发射超声波，
9、超声波在空 气中传播至障碍物，经反射后由超声波传感器接受反射脉冲，测出超声脉冲从 发射到接收的时间，再乘以超声波在空气小的速度就得到2倍于声源和障碍物 之间的距离，即：D=c.t/2本式中，D为超声传感器与障碍之间的距离，c为超声波在空气中的传播 速度,t为超声波从发射到接收所经过的时间，厂L可由单片机计脉冲个数的方法 实现。超声波在空气中的传播速度为C = CJ匸。英小T为绝对温度值，T()=273. 15k, c0=331.4ni/so在测量精度不是很高 的情况下，一般可以认为c为常数。由于温度影响超声波在空气中的传播速度; 超声波反射回波又很难精确捕捉，致使超声波在空气中传播的时间很难精
10、确测 量。这些因素是使用超声测距引起误差的原因。2.4倒车雷达性能指标通常衡量倒车雷达性能的指标有以下儿个方面：一是衡量精度，不仅要求 倒车雷达具有高的分辨率，血且还要有低的衡量误差；二是探测范围，好的倒 车雷达探测盲区少，探测范围宽；三是响应吋间，这要求倒车雷达能够快速的 测量出障碍物的距离，及时地提醒驾驶员障碍物的方位和距离。2.5影响倒车雷达性能的因素2.5.1测量精度影响超声波测距精度通常有以下几个方而：(1)温度的影响在超声波测距中，声速是测量的基准。而在空气介质中，声速受温度、湿 度、大气压等因素的影响，其中温度影响最大，因此应对其进行补偿，补偿公 式为C二331.5+0.60T。
11、式中：C声速，m/s； T环境摄氏温度，C。(2)回波包络起伏影响由于障碍物的远近、超声的入射角度、反射介质等方面的不同，使得接收 换能器所获得的回波幅度相差非常大。例如同样的障碍物，位于接受探头 02m和2m,其回波包络的幅度要相差上百倍；或者相同距离、相同材质的障 碍物，由于有效反射面积的不同，其冋波幅度也会相差很大。使用单一电平阀 值时，若设置的阀值过高，则可能使较微弱回波漏触发；若阀值过低，则可能 出现测量误差。为了克服回波包络起伏带来的不利影响，可以采用可变阀值或归一化回波 包络的方法来解决。这种方法分两步来实现：第一步，首先发射一段超声波， 然后测量回波包络的幅度，并记录下回波包络
12、的最大峰值；第二步，再发射一 段超声波，然后接收回波，利用上一步记录的回波峰值乘以一个比例因子后， 作为本次测量的触发电平阀值，这样就可以保证每次测量的触发吋刻位于回波 的相同位置。或者在第二次接收回波的过程中，利用第一次记录的回波峰值去 控制接收放大电路的自动增益控制电路(AGC),使得第二次接收回波的幅度保 持基本恒定，这样在触发电平阀值固定的情况下，也能保证每次测量触发吋刻 的一致性。由于这种方法需要测量回波的峰值，不仅使得测量电路变得复杂、 增加了成本，而且，在障碍物较近时，回波峰值测量的误差很大，甚至无法测 量。这是因为，倒车雷达为了保证足够远的探测范囤，在超声波发射吋，都以 最大的
13、功率进行发射，以便远处障碍物也能有足够的回波强度。但在障碍物较 近吋，由于回波强度大大增加，使得经放大后的回波信号处于严重的饱和与截 止状态，这样就无法测量回波的峰值大小。2.5.2探测范围影响倒车雷达探测范围的因索有环境噪声、超声发射部分和接收部分。由 于汽车使用环境的复杂性，所以环境噪声我们无法控制。因此我们只有通过控 制超声波的发射和接收来扩展雷达的探测范围。提高接收电路的灵敏度可以增加探测范围，但是灵敏度的提高收到环境噪 声的限制，如果灵帧度过高，那么环境噪声和汽车本身的各种噪声会造成接收 屯路无法正常工作。加大发射功率能够增加探测距离，但发射功率的增加收到 超声探头及成本的限制。当障
14、碍物较近吋，大的发射功率使得超声波在汽车和 障碍物之间来回多次反射，不仅使近处的障碍物无法测量，而且会干扰其他通 道的测量，此外使得探测近端的盲区增加。另外，还可以通过双频超声波测距法来增加探测范囤，该方法利用两组探 头来扩展探测范砌。一组探头工作在高频小功率条件下，用来探测近距离障碍 物；另一组探头工作在低频大功率条件下，用来探测远距离障碍物，显然这种 双探头法增加了电路的复杂性，也给实际工程应用带来了不便。第三章倒车雷达的电路结构AtmegaS是ATMEL公司在2002年第一季度推出的一款AVR单片机。在AVR 家族AtmegaS是一款非常特殊的单片机，它的芯片内部集成了大容量的寄 存器和
15、丰富的硬件接口电路，采用小引脚封装，价格却与低档单片机相当，同 吋具有在线编程性能，是AVR高档单片机中内部接口丰富、功能齐全、性价比 最好的品种。3.1超声波发送模块为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功 能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波 传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双 重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在 发射超声波的吋候，将电能转换，发射超声波;而在收到回波的吋候，则将超声振 动转换成电信号。超声波发送器包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声
16、波探头可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。前者利用软件产生40K Hz 的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超 声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流 在100mA以上的驱动电路。第二种方法是利用超声波专用发生电路或通用发生 电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无需 驱动电路，但缺乏灵活性。3.2超声波接收模块超声波接收器包括超声波接受探头、信号放大电路及波形变换电路三部 分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率必须一致，否则 将无法产生共振血影响接收效果，甚至无法接收。由于经探头变换后的正弦波 屯信号非常弱，因
