汽车倒车雷达系统的研究 - 图文(2)

致

谢

三年的研究生学习生活即将结束，过去的三年中，得到过许多老师、同学和 朋友无私的关怀和帮助。在这里我要向所有帮助、支持过我的人们致以最真挚的 谢意。 感谢我的导师桂冰教授和封维忠副教授。两位导师不仅在学习上对我严格要 求，而且在生活上给了我无限关心和帮助。他们学识渊博、思维敏捷、治学严谨、 为人真诚，使我在三年学习过程中不但获得了许多新的知识，而且学会了许多为 人处事的道理，将使我在今后的道路上得到很大的帮助。我为有这样的导师而感 到非常的骄傲，作为导师的学生，我又感到非常的自豪和幸运。 感谢刘云飞院长和阮锡根教授，在我攻读硕士学位期间学习和工作中所给予 的极大关怀与帮助，并提出了许多宝贵意见。 感谢实验室中与我朝夕相处的马文杰、张瑛、袁哲、卢红伟、蔡芳芳、陈彬、 吕开亮、陈维、辛克廷、胡莲成、朱蕾等同学给予我的支持和帮助，在此向他们 表达我深深的感激之情。 感谢父母对我的辛勤培育和默默支持，他们的恩情和期望将伴我终生。

衷心感谢所有关心和帮助过我的人，谢谢你们！ 作者：吴琼 ２００９年６月于南京

第一章绪 １．１课题的研究背景

论

随着汽车产业的高速发展，汽车的数量逐年增加，造成公路、街道、停车场、 车库等越来越拥挤。在享受汽车给我们带来的便利的同时，由于倒车而产生的问 题也同益突出。因为驾驶员在驾车时的视野范围是很有限的，通过车内和外侧的 反光镜可以大幅度提高驾驶员的视野范围，但位于车正后方的障碍物以及高度不 足以通过反光镜看到的或者距离车身过近的障碍物都可能处于驾驶员的视野死 角或者视野模糊区中。这样，小则对驾驶员的泊车、倒车造成不便，大则也会带 来一些危险。据初步调查统计，１ ５％的汽车事故是由汽车倒车“后视”不良造成的 …。因此，人们对汽车操纵的便捷性提出了更高的要求，希望有种装置能够解决 汽车倒车给人们带来的不便，消除驾驶中的不安全因素，可将车辆快速准确地停 放到指定的位置。鉴于此，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生。 倒车雷达全称“倒车防撞雷达”，又称“泊车辅助装置”，或称倒车电脑警示系 统。它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，一般由超声波传感器（俗称探头）、 控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。倒车雷达的主要作用是在倒车时，利用 超声波测距原理，由装置于车尾保险杠上的超声波传感器发送超声波，超声波遇 到障碍物后反射至超声波传感器，从而计算出车体与障碍物之间的实际距离，再 给驾驶员以提示，使停车和倒车更容易、更安全。倒车雷达能够在驾驶员视野的 死角处，通过声音、数据、图像等形式为驾驶员提供信息和警示来告知驾驶员周 围障碍物的情况，使驾驶员能够更清楚的了解周围障碍物的情况，对驾驶员的起 步、泊车、倒车等环节有很大帮助，提高了驾驶的安全性。

１．２课题的国内外研究现状 １．２．１倒车雷达的发展

我国倒车雷达从２０００年开始起步，从最初只是奔驰、宝马等高档车的专利， 发展到现在成为许多轿车的标准配置【２１。经过多年的发展，倒车雷达系统已经历 了六代技术改良，不管从结构外观上还是性能价格上，这六代产品都各有特点。 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“ｄｉ、 ｄｉ、ｄｉ”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，通过数码管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。

１．２．２倒车雷达测距方式研究 迄今为止，在倒车雷达的研究中，国内外许多学者均着眼于测距传感器的研 究【３】。目前测定汽车安全距离的技术主要有超声波测距、激光测距、微波雷达测 距以及ＣＣＤ摄像系统测距等几种方式【４１。 超声波测距是利用其反射特性来实现的。超声波测距的原理是：通过超声波 发射器发出超声波信号，再由超声波接收器连续检测超声波发射后遇到障碍物所 反射的回波，由测出的从发射到接收到回波的时间差来计算出障碍物到车体的距 离。超声波倒车雷达就是利用超声波测距原理，测量出障碍物到车体的距离，并 通过数码管或ＬＣＤ实时的显示倒车距离来实现的。超声测距传感器也可以全天 候工作，而且价格低廉、便于安装使用，是一种较为理想的测距传感器。超声波 的探测距离一般在ｌ ０米以内。 ２

激光测距对外界自然环境敏感，具体的测距方式有连续波和脉冲波两种。激 光测距的基本原理是通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离，激光测距 的探测距离可达ｌ ５０ｍ，但成本较高。 微波雷达测距是利用目标对电磁波的反射特性来发现目标并测定其位置的， 容易受电磁环境干扰。采用微波雷达测距方式的汽车防撞雷达是通过对电磁波发 射后遇到障碍物反射的回波进行不断检测和计算，经过分析判断，对构成危险的 目标按程度不同进行报警，控制车辆自动减速，直到自动刹车。 使用ＣＣＤ摄像头与普通电视监视器配合的ＣＣＤ摄像系统可以使驾驶员了解 后方障碍物的大体情况与相对位置，但价格较高且环境适应性差。 综上所述，由于超声波测距主要用于短距离测量，且超声波传感器的成本较 低，环境适应性好，所以目前的倒车雷达一般采用超声波测距方式。

１．３课题研究的目的及意义 目前越来越多的汽车装有驾驶辅助装置一倒车雷达。开始的倒车防撞仪可以 测得车后一定距离范围的障碍物从而发出警报，后来发展到根据距离分段报警。 前两个阶段的倒车雷达一般功能较简单，随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要 求的提高，以及单片机价格的不断下降和电子技术的发展，今天新型的倒车雷达 不仅要求能连续测距并显示障碍物距离，而且要求它采用不同的声音报警来提示 驾驶员，以使驾驶员全神贯注地注视场景。 超声波测距是倒车雷达所采用的主要方式。超声波频率越高，其衰减越快， 传播的距离也越短，同时超声波频率过高会产生较多的副瓣，引起近场区的干涉。 但是，超声波频率越高，指向性越强，越不容易受到空气和声音产生的干扰噪声 的影响，这一点有利于距离测量。权衡这两点，为达到良好的测距效果，本课题 采用４０ＫＨｚ的收发一体式的超声波传感器进行测距系统的设计。在设计超声波 发射和接收电路时，有些使用专用集成芯片来实现，有些使用分立元件来分别设 计超声波的发射和接收电路。常用的超声波测距芯片有ＬＭ １ ８ｌ ２、ＳＢ００１２和 ＳＢ５０２７ｔ５】等。本课题中超声波发射和接收电路采用超声波专用集成芯片ＬＭｌ８１２ 来实现。采用ＬＭｌ ８１２专业集成芯片，不仅外围元件较少，电路简单，而且有更 好的稳定性及可靠性。为保证有效覆盖车后区域，本系统采用四个收发一体式超 声波传感器设计了四路超声波电路同时测距，ＬＣＤ显示的倒车距离是四路测距 值中的最小值，保证了倒车的安全性。同时，通过判别四路超声波电路中哪路超 声波的测距值最小，从而得知障碍物的大致位置，让驾驶员对障碍物的具体方位 有了更直观的认识。本系统具有ＬＣＤ实时显示倒车距离、车内外温度、障碍物 方位以及语音报警等功能，且具有集成度高、测量范围广、成本低等特点，能满 足驾驶员在实际倒车中的需求，本课题的研究具有一定的理论和实用价值。

１．４论文主要内容及章节安排 １．４．１论文主要内容

为避免汽车在倒车过程中发生碰撞，设计了一种基于ＳＳＴ８９Ｅ５８ＲＤ２单片机 的倒车雷达系统。介绍了超声波测距的基本原理，阐述了倒车雷达系统的结构组 成、硬件电路设计以及软件设计，并在数据处理部分采用温度补偿来消除温度对 声速的影响，提高了测距精度。倒车距离采用ＬＣＤ进行实时显示，并通过语音 报警电路对不同距离段作出不同的语音提示。 该系统由单片机控制电路、超声波发射和接收电路、温度补偿电路、ＬＣＤ 显示电路以及语音报警电路等几部分组成。ＳＳＴ８９Ｅ５８ＲＤ２单片机是整个系统的 核心部件，协调各部分电路的工作。单片机在超声波信号发射的同时丌始计时， 超声波信号在空气中传播，遇到障碍物后发生发射，反射的回波信号经过处理后 输入到单片机的外部中断口产生中断，单片机停止计时。通过单片机可得到超声 波信号往返所需要的时间，再结合温度补偿后的声速即可求得车体与障碍物之间 的距离。为提高系统测距的准确性和可靠性，该系统配置了四路超声波电路，保 证四路超声波信号同时发射，分别用四个中断口来接收经过处理后的回波信号， 从而分别测出四路倒车距离。倒车距离显示的是四路测距值中的最小值，同时， 通过判别四路超声波电路中哪路超声波电路的测距值最小，从而得知障碍物的大 致位置。超声波传感器选用ＴＣＦ４０．２５ＴＲｌ型收发一体式超声波传感器，谐振频率为４０ＫＨｚ；超声发射和接收电路采用ＬＭｌ８１２专业集成芯片来设计，不仅外围 元件较少，电路简单，而且有更好的稳定性及可靠性；温度补偿电路采用单线制 数字温度传感器ＤＳｌ８８２０，利用声速和温度之间的关系对声速进行修正，从而 消除了温度对声速的影响；语音报警电路采用语音芯片ＩＳＤ４００４，可实现汽车倒 车过程中的分段语音报警功能。 实验表明该系统在３０ｅｍ～３５０ｃｍ范围内可实现准确测距，且重复性较好。系统具备ＬＣＤ实时显示倒车距离、车内外温度、障碍物方位以及语音报警等功能， 能满足驾驶员在实际倒车中的需求，达到了原设计要求。

１．４．２论文章节安排

本文共七章，详细地阐述了倒车雷达系统的意义，超声波测距理论，倒车雷 达系统的硬件设计和软件设计，以及调试与实验结果。下面分别介绍。 第一章，绪论。本章主要论述了目前倒车雷达的发展状况及论文研究的目的， 并介绍了本论文的主要工作。 第二章，超声波理论基础。本章主要介绍了超声波、超声波传感器的一些基 础知识以及超声波测距原理等。

４

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说教育文库汽车倒车雷达系统的研究 - 图文(2)在线全文阅读。