汽车倒车雷达系统设计

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1、摘 要伴随着我国汽车行业的高速发展，特别是近几年来，开始进入私家车时代，汽车的数量正在逐步增加，造成交通越来越拥挤。驾驶员开始越来越担心行车安全，其中倒车最为典型。同时汽车驾驶员中非职业汽车驾驶员的比例也在逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事件。据相关统计调查表明：七分之一的汽车碰撞事故是因汽车倒车时汽车的后视能力不足造成的。本文设计的倒车雷达系统就是针对汽车倒车时人无法目测车尾与障碍物的距离而设计的距离显示系统。 本系统是将微计算机技术与超声波的测距技术、传感器技术、单片机技术等相结合，可以检测到汽车倒车时障碍物与车尾

2、的距离，通过液晶显示屏显示距离，并根据实际距离发出报警等级。驾驶员只要在驾驶室里就能做到心中有数，极大的提高了停车和倒车时的安全和效率。本设计主要由超声波发射、接收电路、单片机处理模块、LED数码显示以及声光报警等部分组成,在论文中主要介绍了系统的硬件设计部分，其次就是对超声波测距的原理及方法也做了较为详细的介绍。论文首先描述本设计的整体思路，然后介绍各个部分设计中的细节问题。最终实现了能够探测车后0.351.5M内的障碍物的要求。 关键词：超声波倒车雷达 距离显示 单片机目 录1 绪论11.1 倒车雷达的产生背景11.2 设计的意义及要求11.3 倒车雷达的发展史21.4 论文的结构组成32

3、 倒车雷达的总体设计方案42.1超声波测距42.1.1 超声波测距原理42.1.2 测量与控制方法52.1.3理论计算52.1.4 测量盲区62.2 超声波传感器62.2.1 超声波传感器原理及结构62.2.2 超声波传感器的应用73 硬件设计83.1 超声波发射电路83.1.1 超声波接收电路93.1.2超声波报警电路103.2 超声波显示及控制部分电路103.2.1 对AT89C51的描述及其功能特性103.2.2 AT89C51 单片机的原理及工作特点113.2.3单片机实现测距原理123.2.4稳压电源电路123.2.5显示电路原理133.2.6 温度测量电路144软件设计164.1

4、软件设计的要求174.2 超声波测距的算法设计174.3 主程序184.4超声波发送及接收中断程序194.5 显示子程序和报警子程序204.6 报警刷新程序21总结23致谢24参考文献25附录1：系统总电路26附录2：部分程序271 绪论随着现代社会的飞速发展，汽车这一交通工具正在为越来越多的人所使用，但是随之而来的问题也显而易见，那就是随着车辆的增多，交通事故的频繁发生，由此导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。对于公路交通事故的分析表明，八成以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的，超过六成的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早一秒意识

5、到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要的作用。显然，此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。1.1 倒车雷达的产生背景倒车雷达又称泊车辅助系统，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。超声波测距由于其能够进行非接触测量和相对较高的测量精度，越来越被人们所重视。就目前形势来看，汽车市场的快速发展将

6、带动倒车雷达市场的繁荣。国内倒车雷达主流市场已经开始有进口高档汽车向中低档汽车发展。技术上向着单芯片功能成灵敏度更高、可视化发展，设备趋于小型化 、人性化、智能化等方 向发展。由此可见，超声波汽车倒车雷达系统将会在人类今后的生活中扮演越来 越重的角色，为人类的发展作出重要贡献。1.2 设计的意义及要求 随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不慎，则闯祸，很不方便。虽然每辆车都有后视镜，但不可避免的 都存在一 个后视 盲区。 倒车雷 达是汽车 泊车或 者倒车 时的安 全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员驾驶车辆周围障碍物的情况，解除了驾驶

7、员倒车时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了使用死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达的广泛使用是迫在眉睫的，是当今汽车必不可少的设备。 1.3 倒车雷达的发展史通常，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)等部分组成。倒车雷达一般采用超声波测距原理，在控制器的控制下，由传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理、判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出其他警示信号，得到及时警示，从而使驾驶者倒车时做到心中有数，使倒车变得更轻松。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

8、展。 第一代：倒车时通过喇叭提醒 。“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：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。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：数码波段显示具体距离或者距离范围。这代产品比第

9、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：液晶荧屏动态显示。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

10、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。 第六代：整合影音系统。它在第五代产品的基础上新增了很多功能，属于第六代产品，是专门为高档轿车生产的。从外观上来看，这套系统比第五代产品更

11、为精致典雅；从功能上来看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。 目前市场上倒车雷达品牌多达二十几种，价格从上百元到一两千元不等，选购倒车雷达可以从如下方面考虑：功能、性能、外观、质量、安装、价格等。1.4 论文的结构组成 该论文主要包括倒车雷达系统设计产生的背景、总体方案、硬件设计和软件设计四个大部分。第一部分对倒车雷达的产生背景，设计的意义和其发展史做了简单叙述。第二部分主要介绍了超声波测距的原理和超声波传感器。第三部分也是该设计的核心部分，对硬件系统中的每一部分都做了较为详细的介绍。第四部分则为软件设计环节，主要说明了产品内部的

12、一些应用程序。2 倒车雷达的总体设计方案LED数码显示管单 片 机比较电压放大超声波接收超 声 波 发 射 图2-1 倒车雷达总图 如上图2-1所示为超声波为超声波倒车雷达的总体设计方案，当超声波接收电路接收到距离信号时，又经过运算放大器转化为直流电压信号与设定的基准电压进行比较，当信号电压大于基准电压时，比较器输出正脉冲，传给单片机，将距离数字显示在LED数码显示管上，电压信号再转化为声音信号通过超声波发射电路以声音的形式发射，提醒驾驶员。 2.1超声波测距2.1.1 超声波测距原理通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。 超声波发

13、射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，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。（超声波在空气中的传播速度为340m/s，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)，即：s=340t/2）。图2-2即为超声波测距的具体流程图。 图2-2 超声波测距流程图2.1.2 测量与控制方法声波在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射；反射波称为回声。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系

14、统的测量原理。由于此超声波测距仪可以实现双向测距，所以需进行测距选择，而这个测距选择就以自动选择功能来实现.2.1.3理论计算T 2T 1 图2-3 测距的原理如图2-3所示为反射时间，是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的 时间来测量距离其原理如图所示，对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空 气中的声速为常数，我们通过测量回波时间 T 利用公式：其中，S 为被测距离、V 为空气中声速、T 为回波时间可以计算出路程 ，这种方法不受声波强 度的影响， 直接耦合信号 的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服。这样可以求出距离： 555 时基电路振荡产生 40Hz 的超声波信号。其振荡频率计算公式如下：2.1.4 测量盲区在以传感器脉冲反射方式工作的情况下，电压很高的发射电脉冲在激励传感 器的同时也进入接收部分。此时，在短时间内放大器的放大倍数会降低，甚至没 有放大作用，这种现象称为阻塞。不同的检测仪阻塞程度不一样。根据阻塞区内 的缺陷回波高度对缺陷进行定量评价会使结果偏低，有时甚至不能发