超声测距汽车倒车雷达的设计学士学位论文.docx
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超声测距汽车倒车雷达的设计学士学位论文
学位论文
超声测距—汽车倒车雷达的设计
太原工业学院
TaiyuanInstituteofTec
诚信申明
本人申明：
本人所提交的毕业设计（论文）《超声测距—汽车倒车雷达的设计》的所有材料是本人在指导教师指导下独立研究、写作、完成的成果，设计（论文）中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在设计（论文）中加以说明；有关教师、同学和其他人员对我的设计（论文）的写作、修订提出过并为我在设计（论文）中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。
本设计（论文）和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
特此申明。
本人签名：
2013年06月09日
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：
超声测距—汽车倒车雷达的设计
系部：
电子工程系专业：
通信工程学号：
学生：
指导教师（含职称）：
专业负责人：
1．设计（论文）的主要任务及目标
随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。
现阶段声纳的发展趋势基本为：
研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。
无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
主要任务：
提高超声波测距精度，减小测量盲区和扩大应用范围。
目标：
通过超声波的发送和接收的时间差侧得距离，通过LED显示测得的距离。
利用超声波的指向性强、能量消耗慢、传播距离远等特点设计实现生活中很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距的工作
2．设计（论文）的基本要求和内容
基本要求：
1）进行方案分析论证，原理综述，方法拟定。
2）进行器件选择，电路设计与制作工作并进行系统联调.
内容：
了解超声波测距仪的原理；根据超声波测距仪原理设计出超声波测距仪的硬件结构电路；对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送和接收，从而实现利用超声波方法实现测距；编写主程序和中断服务程序；以数字的形式显示测量距离；总体分析设计方案。
3．主要参考文献
[1]张永瑞.电子测量技术基础[M].西安电子科技大学出版社,1994.
[2]汪德彪.MCS-51单片机原理及接口技术[M].电子工业出版社,2007.
[3]徐英慧,等.ARM嵌入式系统设计———基于S3C2410与Linux[M].北京航空航天大学出版社,2007.
[4]孙琼.嵌入式Linux应用程序开发详解[M].人民邮电出版社,2006.
[5]马忠梅,李善平,等.ARM&Linux嵌入式系统教程[M].北京航空航天大学出版社,2004.
[6]王其民.Linux实务操作及程序应用[M].中国青年出版社,2001.
[7]张谦琳.超声波检测原理和方法.北京：
中国科技大学出版社，1993.10
[8]九州.放大电路实用设计手册.沈阳：
辽宁科学技术出版社，2002.5
[9]樊昌元，丁义元.高精度测距雷达研究.电子测量与仪器学报，2000.10
[10]苏伟，巩壁建.超声波测距误差分析.传感器技术，2004.
[11]永学等.1-Wire总线数字温度传感器DS18B20及应用.电子产品世界，2003.12
[12]胜全.D18B20数字温度计在微机温度采集系统中的序编制.南京：
南京大学出版，1998.3
[13]M.Toda.CylindricalPVDFfilmTransmitterandReceiversforAirUltrasound.IEEEtransUltrasonic?
Ferroelect.，Freq.ContL，2002
[14]E.Maioneetal.TransducerDesignforPortableUltrasoundEnhancedTransdermalDrug-DeliverySystem.IEEETrans.UltrasonicFerroelect.，Freq.Contr.，2002
[15]HongjiangHeJianyiLiu.TheDesignofUltrasonicDistanceMeasurementSystemBasedonS3C2410[C].2008InternationalConferenceonIntelligentComputationTechnologyandAutomation
[16]WKappes,BRockstroh,FWalte.UltrasonicTestingStationforWheel-SetsofPassengerTrainsoftheDeutsheBahnAG.Insight.2001,43（11）:
751-753
[17]M.Parrilia,J:
J.Anaya,C.Fritsch.DigitalsignalprocessingtechniquesforhighaccuracyUltrasonicrangemeasurements[J],IEEETransonInstrumentationandMeasurement,Aug.2002:
759-763
4．进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
超声波测距的基本理论及测量方案
3.4~3.24
2
超声波测距系统的硬件设计
3.25~4.20
3
超声波测距系统的软件设计
4.21~5.15
4
测距系统实验与误差分析
5.16~6.8
5
结论与展望
6.9~6.20
超声波测距汽车倒车雷达的设计
摘要
本设计采用超声波测距，可用作汽车泊车安全辅助装置，能以声音和更为直观的LED显示告知驾驶员汽车周围障碍物的情况，解除了驾驶员在泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的烦扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高了泊车安全性。
本设计硬件部分主要由单片机控制电路、超声波发射电路、超声波接收电路、数码管显示电路、电源电路和报警电路组成，软件部分主要由主程序、超声波发射接收子程序、距离计算子程序及显示子程序等部分组成。
本设计由AT89C2051单片机控制时间计数，计算超声波自发射至接收的往返时间，利用超声波在空气中的传输速度，从而得到实测距离。
该设计的电路设计合理简单、工作稳定、性能良好、检测速度快、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量误差方面能够达到简单工业实用的要求。
关键词：
AT89C2051，超声波，数码管，汽车倒车
Carreversingradardesign
Abstract
Thisdesignusestheultrasonicranging,canbeusedforcarparkingsafetyauxiliarydevices,tosoundandmoreocularLEDdisplaytoldthedriverofthecararoundobstacles,liftingthedriverintheparkingandstartingvehiclesaroundwhenvisitingcausedthetrouble,andhelpeliminatethevisionblindAngleandthedriverofsightfuzzydefects,improvethesafetycarparking.
Thedesignofhardwaremainlybysingle-chipmicrocomputercontrolcircuit,ultrasoundcircuit,ultrasonicreceivingcircuit,digitalcircuit,thepipedisplaycircuitandalarmcircuitcomposition,thesoftwareofmainlybythemainprogram,ultrasoundreceivinginterruptionprogram,distancesubroutinesanddisplaysubroutinescomponents.ThisdesignbysinglechipmicrocomputerAT89C2051controltimecount,thecalculationtoreceivefromlaunchultrasonicround-triptime,useofultrasonictransmissionspeedintheair,soastogetthedistance.Thedesignofthecircuitdesignsimple,reasonablestableandgoodperformance,testspeed,simplecalculation,easytodoreal-timecontrol,andinthemeasurementerrorcanachievesimpleindustrialpracticalrequirement.
Keywords:
AT89C2051，Ultrasonic，Digitaltube，Automobilereverse
5.3主要部分程序流程图................................................................................................23
5.4实现重要功能的程序的分析……………………………………………………....23
5.4.1实现温度读取功能…………………………………………………………..23
5.4.2实现根据温度转化声速……………………………………………………..25
5.4.3实现距离计算………………………………………………………………..25
5.4.4主函数的结构与内容…………………………………………………….....25
参考文献……………………………………………………………………………………...31
致谢…………………………………………………………………………………………...33
绪论
1.1课题研究背景及目的
随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说，可以被人类很好掌握的测距方法还为数不多，因此，超声波测距就成为一个逐步蒸蒸日上而又有巨大潜力的技术手段及应用领域。
对未来做合理预测，超声波测距仪将成为一种崭新的极其实用的测距仪器，在很多领域都将有很大的发展空间，更加高定位高精度将成为其方向发展，以满足日益发展的社会需要，如倒车雷达，工地及工业现场，声纳探测等方面都有其广泛的应用，经济，军事，文化方面都有重要的应用价值。
毋庸置疑，未来的超声波测距仪将于自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。
随着测距仪的技术进步，测距仪从具有单纯判断动能，发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
在新的世纪里，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。
随着社会飞速发展，人们生活水平的不断提高，汽车愈来愈成为人们不可缺少的最常用的交通工具，交通安全问题变的日益严重。
而通过研究汽车倒车雷达系统，可以达到很高的采集速率和精度。
汽车倒车时可以检测车辆后面的障碍物、并显示其距离，至危险区域后会自动报警。
本设计综合了电子技术、计算机技术、数据处理技术等知识，设计利用单片机控制的汽车倒车雷达超声波测距系统，实现汽车倒车的安全保障，这就是我设计的意义。
1.2课题国内外研究状况
我国倒车雷达从2000年开始起步，从最初只是法拉利、保时捷等高档车的专属配置，到今天成为许多经济型轿车的常用配置。
历经十多年的探索发展，共计有六代的技术改良发生，根据其“性能价格”和“结构外观”，这几代产品分别有以下特点——
第一代：
倒车时通过喇叭提醒。
“倒车请注意、倒车请注意!
”，想必不少人还记得这种声音。
现在第一代的倒车雷达只有小部分大卡车、泥头车在使用。
只要司机挂上倒车档，喇叭就会响起，提醒周围的人注意。
从某种意义上说，这对司机并没有直接的帮助，不是真正的倒车雷达，只是在提示路人小心。
该类产品价格便宜，但基本属于淘汰产品。
第二代：
采用蜂鸣器产生不同声音来提示驾驶员。
在倒车时，蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的响声，这是倒车雷达系统的真正开始。
倒车时在车后一定距离内有障碍物，蜂鸣器就会开始工作，蜂鸣声音越急，表示车辆离障碍物越近。
因为没有语音提示，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体有多远，所以对驾驶员帮助不大。
第三代：
数码波段显示的倒车雷达系统。
这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。
显示车后障碍物和车体之间距离的方式有两种：
一种是数字显示方式，通过LED显示车体与障碍物间的距离；另一种是用颜色来区别：
绿色代表安全距离，黄色代表警告距离，红色代表危险距离。
这一代倒车雷达已经比较先进了，缺点是精确度不高、安装不美观。
第四代：
液晶荧屏动态显示。
这一代的倒车雷达有一个质的飞跃，可以看清车体与障碍物之间的实际距离和其图像效果。
此类倒车雷达不用挂倒车档，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。
但这一代的产品灵敏度不太高，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。
这一代倒车雷达的功能较多，但成本也比较高。
第六代：
整合影音系统。
这一代倒车雷达是专门为高档轿车生产的。
从外观上来看，它比第五代倒车雷达更为精致典雅；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，但相应的成本也更高。
目前，国内市场上的倒车雷达产品主要由国外公司占据着。
国内一些公司虽然也推出了相应的倒车雷达产品，但在质量上、市场份额上都无法与国外厂商相比拟。
一些核心元器件，国内相同产品达不到国外水平或者无法生产。
在倒车雷达等辅助倒车研究领域，美国、英国、德国等发达国家的此项技术远远领先于其他国家。
汽车信息化技术研究在这些国家发展较早，更何况又在在微电子、半导体领域同样具备很多优势。
所以，车载电子设备在这些国家或地区已经达到了相当高的水准，已经相当程度的普及了高科技车载电子设备。
汽车工业的快速发展对辅助倒车领域产生立极大影响，很多国家已经出现了停车入位导航设备。
奔驰车厂已经在使用雷达探测技术来辅助驾驶员更快捷更安全地停车入库。
经过路线上的停车空位可以被导航雷达探测器准确的探测出，同时向驾驶者发出signal。
此时，探测器可以为驾驶者显示出合理空位。
纵观完整停车过程，驾驶者换到倒档后，导航装置会从头到尾地监测汽车的角度和位置。
倘若驾驶员暂停倒车，导航系统也可以重新计算出新的最佳停车角度与路线。
在日本，斯巴鲁公司研发的导航系统已经完全做到可以准确地自动停车。
在导航系统确认一个合理的停车位以后，只要驾驶者切换到倒档，仪表盘就会开始显示汽车背部的摄像装备传送过来的汽车后面的图像。
这时，驾驶员只需要确认导航系统提供的停车位置。
这以后，就能够松开刹车、方向盘，保持合理的速度。
由这里开始，停车过程便由配备了超声波雷达和摄像头的停车导航系统完全控制。
倘若驾驶者想要暂停停车程序，就只需踩下脚刹就可以实现中断。
并且现在某些高档车上已经开始逐步安装使用这款装置。
1.3系统整体方案的设计与论证
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。
利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，超声波发生器可以分为两大类：
一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。
本设计属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。
利用超声波测距原理，测量汽车倒车时的安全距离，当车辆与后方车辆的距离小于安全距离时，发出声光报警，并显示车辆与后方车辆的距离，提醒驾驶员及时采取减速、制动等措施，从而达到避免车辆与后方车辆的碰撞等事故。
整个系统由超声波发射、超声波接收、51单片机控制系统、距离显示等设备组成。
“利用超声波的发射和接受”是超声波测距的原理，距离=超声波传播时间*超声波速度。
可被实际应用的超声测距方法一般有两种：
一种是发射波抵达物体后，然后被反射回来后再接收的反射波方式，常应用于测距仪；另一种是在被测距离的两端，一端发射，一端接收的直接波方式。
本设计采用第一种方法。
超声波传感器的选择决定了测距仪的分辨率。
超声波传感器
升级会员 