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完整word版倒车雷达开题报告

本科毕业论文（设计）

开题报告

题目：

倒车雷达系统设计

学院：

XX学院

专业：

计算机科学与技术

班级：

＿201X级

学号:

＿XX＿＿

学生姓名：

＿XX

指导教师：

＿XX＿

2016年2月23日

贵州大学本科生毕业论文（设计）开题报告表

论文（设计）名称

倒车雷达系统设计

论文（设计）来源

教师拟题

论文（设计）类型

设计

指导教师

XX

学生姓名

XX

学号

XX

班级

20XX级

一、设计的目的和意义：

倒车雷达（carreversingaidsystem）是汽车泊车时的安全辅助装置,能以声音警示和距离显示提醒驾驶员后方障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视的困扰［1]。

超声波倒车雷达也叫“倒车防撞雷达”，是汽车在停车或者倒车时的辅助设备，由超声波传感器（俗称探头）、电脑微处理器和显示设备等部分组成.能显示距离障碍物的距离或发出报警声,告知驾驶员周围障碍物的情况，提高驾驶的安全[2]。

随着科技的发展,人们对汽车安全与舒适性的要求越来越高。

为了提高汽车的安全性，汽车生产过程中常给汽车装上倒车雷达，使得汽车的安全性大为提高.目前，国内外的高档汽车几乎都装有倒车雷达，并且倒车雷达的应用也正逐渐在汽车行业普及［3]。

二、设计的现状和发展趋势：

国内外现状与发展趋势:

近十年内,国内外研究人员主要研究超声波回波信号的处理方法，新型超声波换能器、超声波发射脉冲选取等方面做了大量的研究，并针对超声波的干扰提出了各种解决方法,这些方法使得超声波的测量距离精度大大提高，对应的应用领域汽车倒车雷达也进行了各项改进,使得汽车的安全性能大幅提高。

目前汽车的倒车雷达的高端应用领域是自动泊车系统,倒车雷达结合倒车摄像系统，倒车时车后的视野直观的显示在汽车的仪表盘上，让倒车变得更容易［4]。

三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：

1、主要设计内容：

1）超声自动测距系统的原理分析与设计超声波发射与接收的原理，超声波发射与接收的外围电路以及外围电路与单片机的接口处理。

2）超声波的发射与接收电路调试与装配在确定正式电路之前必须对超声波的发射与接收系统进行调试,并不断的改进,找出误差的所在,确定最优方案，最后进行硬件装配。

3）距离测量与报警单片机对超声波接收端的接收的数据进行处理，并转换成距离进行显示。

并可以设定安全距离,当测量得的距离低于安全距离时进行报警。

2、重点与难点

（1）超声波传播的速度不恒定超声波在介质中的传播速度随周围环境的变化而变化，其中温度的影响最为明显。

常温下，超声波的传播速度为340m/s，温度每升高1℃,声速增加约为0。

6m/s[5］。

（2）回波信号幅值随传播距离增大呈指数规律衰减[6］回波信号幅值随传播距离增大呈指数规律衰减,使得接收传感器接收到的回波信号随着测量距离的增大而大幅减小，给回波前沿的准确定位带来困难，造成测量精度降低[7].

（3）盲区发射超声波时，超声波换能器在驱动脉冲结束后，会由于惯性继续振动，产生余振[8］。

余振期间，由于无法区分回波信号与余振信号，因此必须等余振停止或衰减到足够小后,才能允许接收传感器接受信号。

这段时间由于无法检测超声波传播距离，从而出现盲区[9］。

3、拟采用的研究手段

（1）系统设计：

系统框图

本系统可以通过超声波模块测量系统到障碍物之间的距离并用数码管显示出来,用户还可以通过按键设置下限报警距离，假如测量的距离低于设置的报警值则通过蜂鸣器发声提醒用户超出允许范围。

（2）硬件设计：

单片机最小系统:

我采用的最小系统包括了晶振、复位电路、烧制程序口、数码管显示、蜂鸣器报警等功能,避免了焊接的麻烦，能更好、更精确的实施测试。

超声波模块：

采用现成的ＨＣ－ＳＲ０４超声波模块，该模块可提供2cm—400cm的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到3mm。

模块包括超声波发射器、接收器与控制电路.

（3）电源模块：

采用USB供电。

四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：

搜集相关题材的文献资料及参考资料,通过材料进行分析、进行消解,整理材料,更多是与指导老师多沟通；交流意见.结合课题的题材完成，以能说明自己的观念为史料的相关证据.

五、工作的主要阶段、进度与时间安排：

1、7月1日-—7月5日收集相关题材的文献、参考资料，完成开题报告。

2、7月6日——7月12日构思毕业设计及编写软件。

3、7月12日——7月13日撰写论文初稿。

4、7月13日——7月15初稿审核,修改，完成终稿

5、7月15日—-7月18日论文评审，定稿

6、7月18日——7月22日准备论文答辩

7、最后成绩上报及归档

六、阅读的主要参考文献及资料名称：

[1]腾志军，陈莉,张宇帅．一种语音同步提示的倒车雷达的设计[J］．电子科技,2007，218（11）：

77—79．

［2］仇成群，胡天云。

基于超声波的汽车防撞报警系统的设计［N］.传感技术学报，2009，31-32.

[3］彭翠云,赵广耀,戎海龙.汽车倒车系统中超声波测距模块的设计［M]。

压电与声光，2008;30.

［4]金元郁，张海鹰.超声波自主探路车探测方法的改进［M］.传感器与仪器仪表,2009，

（1）209-211。

[5]童峰，许肖梅，许天增。

基于遗传算法的超声LMS自适应时延估计［S］。

应用声学，2000，69。

[6]YangYichun，MaChizhou.Algorithmstudyoffastandaccuratetime—delayestimationwithfineinterpolationofcorrelationpeak［J］ActaAcustica2003，28。

[7]汪恩军,等.车辙检测中超声测距数据采集方法［N］.武汉理工大学学报,2008,30

（1）

［8]马志敏，等。

一种自动抑制超声测量盲区的方法［M］。

声学技术，2005，24

（1）126—127

［9］QangLiZhang,Y，P，Zheng，G.Gain.FlatnessConsiderationontheUltra-WidebandLow-NoiseAmplifierDesign［S]IEEETrans，2005,6

指导师意见和建议：

指导教师（签字）：

　　　　　　年月日

文献综述

超声波倒车雷达系统

我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”.超声波具有方向性好，穿透能力强,易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。

可用于测距,测速，清洗，焊接,碎石等。

在医学，军事,工业,农业上有很多的应用,本次设计主要是利用超声波做汽车的倒车预警系统。

倒车雷达系统主要是由超声波测距实现。

超声波测距是一种非接触式的检测方式.与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。

对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。

特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力,因而其准确度也较其它方法为高。

超声波测距器,可以应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控和移动机器人的研制上，也可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作。

例如:

液位、厚度、管道长度等场合,汽车在行驶的过程中,各种恶劣的环境都会遇到，如何保证在汽车倒车时不受到周围环境的干扰呢？

我们可以利用超声波超强的搞干扰特性,保证汽车在各种情况下都能准确的做出倒车预警。

倒车雷达系统的研究现状

倒车雷达系统目前有很多种，但目前应用得最多的还是基于单片机的超声波倒车雷达系统，超声波倒车雷达系统的主要原理是测量汽车到障碍物的距离，一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量.常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种。

红外测距的优点是便宜，易制，安全,缺点是精度低，距离近,方向性差。

激光测距的优点是精确，缺点是需要注意人体安全，且制做的难度较大，成本较高,而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。

激光测距主要运用于军事方面，而在汽车领域，要求设备成本低，安全可靠，所以基本单片机的超声波倒车预警系统将成为首选.

相信将来随着科学技术的不断进步，超声波倒车雷达系统也会越来越完善。

倒车雷达系统中的测距技术

超声波测距作为一种典型的非接触测量方法,在很多场合，诸如工业自动控制,建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。

超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。

与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感，更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作，例如：

液位、厚度、管道长度等场合。

在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势[7].由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度,对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统.相比于其它定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠,非常适合于短距离测量定位。

因而超声波测距器电路易实现、结构简单和造价低,而且以声速传播，便于检测和计算。

然而基于超声波倒车雷达系统在实际应用也有很多局限性,这都影响了超声波雷达的精度。

一是超声波在空气中衰减极大,由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏,使回波到达时间的测量产生较大的误差[8］;二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。

这两个是主要影响倒车预警系统的精度因素，当然还有一些其他的因素,诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响,这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用，由于汽车倒车雷达系统对精度要求并不是那么高，这些误差都是在允许接受的范围内的［9］。

测距原理

超声波倒车雷达的原理一般采用渡越时间法TOF（timeofflight）.超声波发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c，这样只要计算出从发出超声波信号到接受到返回信号所以的时间，就可以计算出汽车距障碍物的距离（s），即：

s=c＊t/2［5].

测距方法

声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制,建筑工程测量，机器人视觉识别,倒车防撞雷达,海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。

超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点.与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境，可在潮湿高温,多尘等恶劣环境下工作,例如:

液位、厚度、管道长度等场合.在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势[7]。

由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统。

相比于其它定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短距离测量定位。

因而超声波测距器电路易实现、结构简单和造价低,而且以声速传播,便于检测和计算。

然而基于超声波倒车雷达系统在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波雷达的精度。

一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏,使回波到达时间的测量产生较大的误差[8］;二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽,影响了测距的分辨率,尤其是对近距离的测量造成较大的影响.这两个是主要影响倒车雷达系统的精度因素，当然还有一些其他的因素,诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用,由于汽车倒车雷达系统对精度要求并不是那么高，这些误差都是在允许接受的范围内的[9］。

倒车雷达系统的核心处理器

近年来，随着单片机在我国的推广,以其简单实用、功能强、体积小而日益广泛的被广大设计师采用，尤其在控制领域中的应用更为突出,单片机在汽车领域的应用尤其突出,现在汽车的电路系统大多都是由单片机控制的,而本设计的倒车雷达系统,是单片机在汽车领域的典型应用。

单片机出现的历史并不长,但发展十分迅猛，在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等全方位向更高水平发展。

目前单片机已用于工业控制、机电一体化设备、仪器仪表、信号处理、现代兵器、交通能源、商用设备、医疗设备及家用电器等各个领域,随着单片机性能的不断提高，它的应用将会更加广泛。

单片机技术发展非常快，所以目前的产品都致力于在功能全面、技术先进、操作简便、安全可靠、价格合理等方面进行仔细研究，精心设计；及时掌握最新的单片机技术,在条件允许的情况下，尽可能地利用最新的单片机技术来研制其应用系统，再利用单片机体积小、价格低、功能强等特点，以保证所设计的产品在未来的一段时间内仍具生命力.在生活和生产的各个领域中，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方几乎都有使用单片机的需求。

它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革.单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题[1—3]。

未来单片机将在汽车领域的应用更加广泛.

单片机STC89C52RC

STC89C51RC/RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰，高速，低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路［6］。

特点：

1。

增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU

2.工作电压：

5。

5V—3。

4V（5V单片机）/3。

8V—2.0V（3V单片机）

3。

工作频率范围：

0—40MHz，相当于普通8051的0～80MHz。

实际工作频率可达48MHz。

4。

用户应用程序空间4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节

5.片上集成1280字节/512字节RAM

6.通用I/O口（32/36个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，

7。

ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片

8。

EEPROM功能

9.看门狗

10。

内部集成MAX810专用复位电路（D版本才有）

因此，本次基于单片机的超声波倒车雷达系统的设计具有一定的实用和参考价值。

参考文献：

［1］彭翠云，赵广耀,戎海龙。

汽车倒车系统中超声波测距模块的设计［M］.压电与声光，2008;30

[2]刘升平,王剑，葛红．超声波测距系统的开发与研究　[M］．计算机工程与应用，2009,45（25）；78-81

［3］高飞燕．基于单片机的超声波测距系统的设计[M］．信息技术,2005，29（7）128-129.

[4］仇成群，胡天云。

基于超声波的汽车防撞报警系统的设计［N].传感技术学报，2009，31—32

[5］YangYichun，MaChizhou.Algorithmstudyoffastandaccuratetime-delayestimationwithfineinterpolationofcorrelationpeak[J]ActaAcustica2003,28

［6］汪恩军,等。

车辙检测中超声测距数据采集方法［N］.武汉理工大学学报，2008,30

（1）

[7］QangLiZhang,Y,P,Zheng，G.Gain。

FlatnessConsiderationontheUltra-WidebandLow-NoiseAmplifierDesign[S]IEEETrans,2005，6

[8]童峰,许肖梅，许天增.基于遗传算法的超声LMS自适应时延估计［S].应用声学，2000，69.

[9］马志敏，等。

一种自动抑制超声测量盲区的方法［M］.声学技术,2005，24

（1）126-127

[10]金元郁,张海鹰.超声波自主探路车探测方法的改进［M］.传感器与仪器仪表,2009，

（1）209—211