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1、本科毕业论文（设计）班级代号学号密级04物411032004223029（物理与电子工程学院）院）题（中、英文）目超声波雷达倒车系统设计Design of ultrasonic wave back-draft radar system作者姓名 李 亮指导教师姓名戴新宇学科门类工 学提交论文日期二零零八年五月专 业 名 称电子信息工程超声波雷达倒车系统设计摘要：倒车雷达是针对日益拥挤的道路交通状况，以及在停车场、车库、街道等比较狭窄区域，避免车与车、车与人以及车与墙壁等障碍物发生碰撞、摩擦而出现的一种着眼于倒车防护的汽车防撞系统。本文根据超声波雷达测距原理，研制一款基于超声波脉冲测距的倒车雷达系
2、统。使它能在汽车缓慢倒车行驶时，识别出汽车尾部的障碍物，并能够测量障碍物与车体之间距离，在汽车发生碰撞事故前，对驾驶员发出声音提示和数码管显示数字提示。完成系统的控制和信号的处理的使美国ATMEL公司的8位单片机AT89C51。并且，还采用了CX20106A红外线检波接收专用芯片。在系统的软件设计过程中，采用了模块化设计思想，对程序的维护和升级变得简单易行。本课题完成了基于超声波脉冲测距的倒车雷达的硬件设计、软件设计以及系统调试。关键词：超声波，测距，倒车雷达，AT89C51，检波接收，CX20106ADesign of ultrasonic wave back-draft radar sys
3、temAbstract: The back-draft radar is aims at day by day the crowded road traffic condition ,as well as in the parking lot ,the garage ,the street and so on the quite narrow region ,avoids automobile and automobile and person as well as vehicle and wall has the collision ,one kind which the friction
4、appears focuses to the back-draft protection automobile collision avoidance system.This article according to the ultrasonic wave radar ranging principle ,develops section based on the ultrasonic wave pulse range finder back-draft radar system .Enables it when the automobile slow back-draft travel, d
5、istinguishes the automobile rear part the obstacle ,and can survey between the obstacle and the chassis is away from ,has in front of the collision accident in the automobile ,sends out the voice prompt and the digital tube demonstration numeral prompt to the pilot.Completes the system the control a
6、nd the signal processing is American ATMEL Corporation dish position monolithic integrated circuit AT89C51. And ,but also has used the Hua-bang company ISD pronunciation chip ,the realization voice prompt.In the system software design process ,has used the modular design thought ,changes simply to t
7、he procedure maintenance and the promotion ,is easy to realize. This topic has completed based on the ultrasonic wave pulse range finder back-draft radar hardware design , the software design as well as the system debugging.Key-word: Ultrasonic, Ranging, Back-draft radar, AT89C51, Voice prompt, CX20
8、106A.目录摘要2Abstract3第一章 绪论51.1课题背景51.2 课题研究的主要内容6第二章 系统相关理论72.1 超声波的性质72.2超声波传感器工作原理82.3 系统测距原理82.4 超声波测距方法的设计方案论证9第三章 系统硬件设计153.1AT89C51芯片介绍153.2 系统组成163.3 发射电路173.4接收电路183.5 LED数字显示部分193.6 DS18B20数字式温度传感器20第四章 系统程序设计254.1超声波测距器的算法设计254.2 主程序264.3 超声波发生子程序和超声波接收中断程序274.4 调试结果及分析28结束语29参考文献30附录一：31附录
9、二：32第一章 绪论1.1课题背景随着经济的发展与汽车科学技术的进步，公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。同时，随着汽车工业的飞速发展，汽车的产量和保有量都在急剧增加。但公路发展、交通管理确相对落后，导致了交通事故与日俱增，城市里尤其突出。智能管理系统ITS(Intelligent Transportation System)是目前世界上交通运输科学技术的前沿技术，它在充分发挥现有基础设施的潜力，提高运输效率，保障交通安全，缓解交通柱塞，改善城市环境等方面的卓越效能，已得到各国政府的广泛关注。中国政府也高度重视智能交通系统的研究开发与推广应用。从传统上说，汽车的安全可以
10、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。目前汽车安全领域被动安全研究较多，主要从安全气囊、ABS（防抱死系统）和悬架等方面着手，以保证驾乘人员的安全。从经济性和安全性两方面来说，这些被动安全措施是在事故发生时刻对车辆和人员进行保护，有很大的局限性，因而车辆的主动安全研究尤为重要，引出了本文研究的基于超声波测距的汽车防撞系统。汽车防撞系统是一种可向司机预先发出视听告警信号的探测装置。它安装在汽车上，能探测企图接近汽车身的行人、车辆或周围障碍物。能向司机及乘员提前发出即将发生撞车危险的信号，促使司
11、机采取应急措施来应付特殊险情，避免损失。为了和军用等其它类型雷达相区别，一般将车用防撞系统称之为汽车雷达，汽车雷达经过数十年的研究，在应用上朝着两个主要的方向发展：第一个方向是安全距离测量/自动智能巡航控制系统AICC。这种用于汽车的智能驾驶控制系统的主要作用是使汽车在行驶过程中自动保持与前方车辆之间的安全距离。在前方无车辆时，系统以驾驶者设置速度行驶：快接近前方车辆时，系统根据雷达传感器测得的本车与前方车辆距离、相对速度以及加速度来控制本车的最高速度，从而与同一车道上前方离得很近的车辆保持安全距离；同时雷达自动跟踪这辆车，当该车转向或超过本车设置的车速时，系统就会自动放弃跟踪，进入恒速行驶状
12、态，整个过程无需驾驶者任何操作动作，这种系统的角度和距离分辨率要求高。不过由于可靠性问题，AICC目前还只是一种辅助系统，它可以提高驾车舒适度，但不能替代驾驶者的工作，因此一般只适用于高级轿车。1.2 课题研究的主要内容本课题主要研究超声波雷达在汽车倒车系统中的应用。超声波雷达的实质就是利用超声波测距的原理而对汽车进行防护。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的
13、应用。第二章 系统相关理论2.1 超声波的性质超声波是指频率高于20KHz的机械波，指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远。由于超声波的频率超过了人耳的听觉范围，因而人耳感觉不到声音。超声波具有声波所有的物理性质，但其频率高，波长短。产生超声波的方法有多种，现代超声波的产生主要是利用某些晶体（如石英，酒石酸钾钠、锆钛酸铅等）的特殊物理性质-压电效应产生超声波。超声波的声束由于超声波的波长较短，接近红外线的波长，因此和光线一样，具有较强的方向性，形成超声束。在超声技术中，超声波由探头发出并进入人体后，在距离探头较近的一段区域内，形成一条宽度近似探头直径的超声束，此区称为近场。在近场的远侧超声
14、束逐渐增宽，此区称为远场。超声波的反射、折射和散射当超声波在传播过程中遇到两种不同介质时，在介质分界面将产生反射。超声波在介面反射后,剩余能量的超声波将进入第二介质，称为透射。如果两种介质中的声速相同，透射声束的方向将等于入射声束的方向。但如果两种介质中的声速不同，透射声束将发生方向的转折，称为折射。剩余能量将以某一中心向空间各个方向传播，称散射。散射进返回探头的回声信号强度明显减弱。超声波的吸收和衰减超声波在体内传播的过程中，强度将随着所传深度的增加而进行性减弱，称衰减。超声波在体内衰减是由于超声波的反射、散射和超声波吸收而引起的。2.2超声波传感器工作原理超声波是指频率高于20KHz的机械
15、波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。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，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。2.3 系统测距原理超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离 测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 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
