車載倒車?yán)走_(dá)裝置的設(shè)計(jì)獨(dú)家優(yōu)秀】

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摘 要 近兩個(gè)世紀(jì)，工業(yè)科技的高速發(fā)展，造就現(xiàn)今繁華富裕的生活景象。汽車已經(jīng)很廣泛的進(jìn)入人們的日常生活中。隨著汽車的普遍化，汽車行駛和交通事故問題也引起人們的高度重視。能提供安全駕駛的科技已經(jīng)成為人們的首要追求。前行駕駛的安全性大部分取決于駕駛者的安全意識(shí)，而在倒車駕駛時(shí)，由于存在的盲區(qū)太大，如果沒有輔助的科技設(shè)備，是很難做到精確駕駛的。由此應(yīng)運(yùn)而生的倒車?yán)走_(dá)為駕駛者提供了很大的幫助。 本設(shè)計(jì)講述了車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和實(shí)現(xiàn)原理。對(duì)倒車景象進(jìn)行分析、概括，設(shè)計(jì)出由超聲波測(cè)距、單片機(jī)控制處理的車載倒車?yán)?達(dá)。對(duì)超聲波測(cè)距的發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)處理的原理進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用了性能、價(jià)格都有優(yōu)勢(shì)的 片機(jī)作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)了精確測(cè)距、聲音警報(bào)和具有人性化的液晶顯示系統(tǒng)。文章詳細(xì)講述系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程和軟件處理的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)用性、高性價(jià)比的倒車?yán)走_(dá)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞 ：倒車?yán)走_(dá)； 超聲波測(cè)距； 音警報(bào)；液晶顯示 of up of of in s of s on s in to of is if is no it is to to a of of of of of of of is in of of as to a a of of in in of is 目錄 目 錄 摘 要 ................................................................................................................ I .................................................................................................... 緒論 ............................................................................................................. 1 題的 研究背景和研究?jī)?nèi)容 ...................................................................................... 1 載倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向 ...................................................................... 1 題的目的和意義 ...................................................................................................... 2 章小結(jié) ...................................................................................................................... 3 2 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)原理 ............................................................................. 4 車盲區(qū)和系統(tǒng)框圖的建立 ...................................................................................... 4 車盲區(qū)和汽車倒車分析 .................................................................................... 4 區(qū)檢測(cè)傳感器的選擇 ........................................................................................ 4 統(tǒng)框圖 ................................................................................................................ 5 聲波發(fā)射接收系統(tǒng) ................................................................................................... 5 聲波簡(jiǎn)介 ............................................................................................................ 5 聲波測(cè)距原理 .................................................................................................... 6 載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) .................................................................................... 7 報(bào)提示和界 面顯示系統(tǒng) .......................................................................................... 8 報(bào)提示系統(tǒng) ........................................................................................................ 8 面顯示系統(tǒng) ........................................................................................................ 9 制處理系統(tǒng) .............................................................................................................. 9 章小結(jié) ...................................................................................................................... 9 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................................................... 10 件系統(tǒng)的組成 ........................................................................................................ 10 聲波傳感器電路的設(shè)計(jì) ........................................................................................ 10 聲波傳感器的選型 .......................................................................................... 10 聲波傳感器 介 ................................................................................. 11 聲波傳感器 電路 .............................................................................................. 12 片機(jī)主控電路的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 12 目錄 片機(jī)的選型 ...................................................................................................... 12 片機(jī)簡(jiǎn)介 ............................................................................................ 13 小系統(tǒng)電路 ........................................................................................ 14 鳴器警報(bào)電路 ........................................................................................................ 17 鳴器 的選型 ...................................................................................................... 17 鳴器電路 .......................................................................................................... 17 晶顯示電路 ............................................................................................................ 17 示器 的選型 ...................................................................................................... 17 介 ........................................................................................................ 18 接電路 ................................................................................................ 19 他電路 .................................................................................................................... 20 鍵電路 .............................................................................................................. 20 源輸入電路 ...................................................................................................... 21 章小結(jié) .................................................................................................................... 21 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ........................................................................................... 22 統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 22 塊子程序設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 24 聲波傳感器程序設(shè)計(jì) ...................................................................................... 24 示程序設(shè)計(jì) ........................................................................................ 25 章小結(jié) .................................................................................................................... 26 5 總結(jié) ........................................................................................................... 27 謝 辭 ............................................................................................................. 28 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................... 29 附 錄 ............................................................................................................. 30 附錄一 系統(tǒng)硬件電路原理圖 .......................................................................................... 30 附錄二 系統(tǒng)硬件電路 .......................................................................................... 31 附錄三 系統(tǒng)軟件原程序 .................................................................................................. 32 第 1 頁(yè) 共 36 頁(yè) 1 緒論 題的研究背景和研究?jī)?nèi)容 隨著近幾十年的高速經(jīng)濟(jì)發(fā)展， 汽車已經(jīng)是很普遍地進(jìn)入人們的生活。 隨著人口集中化和上路汽車越來(lái)越多，汽車發(fā)生事故的概率也越來(lái)越大。因此產(chǎn)生的 汽車行駛和交通事故 問題成為駕駛者日常高度關(guān)注的問題 。而在這些問題之中，汽車倒車引發(fā)事故的概率極高。倒車發(fā)生事故的原因有如下方面：汽車后視鏡存在很大死角，駕車者目測(cè)距離的能力差，天氣情況導(dǎo)致駕駛者的視線不太好，車后靜態(tài)動(dòng)態(tài)事物復(fù)雜多樣等。從實(shí)際駕駛經(jīng)驗(yàn)也可以知道，比起駕車前行，駕車后退的難度更為突出。 在汽車倒車引發(fā)的事故各種各樣，撞上他人的車、停車樁、水泥花欄等，如果傷到車后的行人更為不敢想象。鑒于此，車載倒車?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)今生產(chǎn)的汽車普遍裝載了車載倒車?yán)走_(dá)倒車輔助裝置。有了車載倒車?yán)走_(dá)的輔助，很大程度的幫助駕駛者進(jìn)行倒車 ，有效降低倒車發(fā)生事故的概率。 鑒于 車載倒車?yán)走_(dá)的重要性，及其理論技術(shù)的成熟，本研究將從車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)訴述?，F(xiàn)今的車載倒車?yán)走_(dá)都已經(jīng)產(chǎn)品，可以與車載主系統(tǒng)相連，也可以獨(dú)立于系統(tǒng)之外工作。車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，最重心的技術(shù)是超聲波測(cè)距原理，除此之外還包括主控處理、警報(bào)原則和液晶顯示。以上都是一些已經(jīng)十分成熟的技術(shù)。超聲波應(yīng)用的場(chǎng)合非常之多，涉及社會(huì)生產(chǎn)、日常生活的方方面面。其超聲波測(cè)距的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟，穩(wěn)定性和精確度都有很好的表現(xiàn)。 載倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向 經(jīng)歷幾十年 的發(fā)展創(chuàng)新，車載倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品的質(zhì)量已經(jīng)得到社會(huì)普遍認(rèn)可。特別在21 世紀(jì)，車載倒車?yán)走_(dá)就經(jīng)歷了多次的技術(shù)改良。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品外觀，到產(chǎn)品的性能價(jià)格比上，每一次改良后的車載倒車?yán)走_(dá)都更美觀智能。 首次技術(shù)的出現(xiàn)，應(yīng)用于汽車倒車的警報(bào)系統(tǒng)是基于喇叭提醒的簡(jiǎn)易倒車輔助系統(tǒng)。汽車倒車時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)喇叭發(fā)出“倒車請(qǐng)注意”的人聲提示提醒周圍的人。駕駛員還是需要通過(guò)后視鏡等輔助裝置進(jìn)行倒車操作，其對(duì)駕駛者并沒有輔助作用。一般不會(huì)用于轎車及以上級(jí)別的車身上。 第一次技術(shù)改良后，形成以超聲波測(cè)量距離、蜂鳴器發(fā)聲警報(bào)的倒車輔助系 統(tǒng)。這個(gè)才是車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)開始出世的標(biāo)志。汽車倒車時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)汽車尾部與障礙物之間的不同距離來(lái)控制蜂鳴器發(fā)出頻率不同、發(fā)聲間隔不同的警報(bào)聲。駕駛員可以根據(jù)警報(bào)聲的急促程度，判斷障礙物距離汽車的距離以輔助倒車。這一代的產(chǎn)品邁入了車載倒車?yán)走_(dá)的時(shí)代，其產(chǎn)品實(shí)用性還算不錯(cuò)，這一代的產(chǎn)品也是應(yīng)用最為廣泛，迄今還在應(yīng)用的產(chǎn)品。 第 2 頁(yè) 共 36 頁(yè) 第二次的技術(shù)改良是基于上一代的產(chǎn)品的性能改進(jìn)，其性能得到很大的改進(jìn)。這代產(chǎn)品加入了 直觀地把汽車尾部距離障礙物的距離顯示出來(lái)，還 能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示。本代的產(chǎn)品除了有數(shù)碼管直 接顯示距離數(shù)字，還有三波段顯示距離級(jí)別的產(chǎn)品。三波段顯示為了表示距離的遠(yuǎn)近程度一共用了 3種顏色：用綠色代表安全距離，表示汽車尾部距離障礙物有 上的距離；用黃色代表警告距離，表示汽車尾部距離障礙物進(jìn)入 距離內(nèi) ；用紅色代表危險(xiǎn)距離，表示汽車尾部距離障礙物只有不到 距離 ，這時(shí)需要盡快停車或更加謹(jǐn)慎駕駛。此代車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)把三波段和數(shù)碼管整合在一起，雖然功能有所提高，但要將其安裝到汽車內(nèi)部時(shí)，其并不是很受歡迎。 第二次改良后不久就迎來(lái)第三次技術(shù)改良，經(jīng)此次改良，車載倒車?yán)走_(dá)的實(shí)用 性能顯得更加實(shí)在。該代的車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)納入汽車系統(tǒng)中，其依然采用超聲波測(cè)量距離技術(shù)和蜂鳴器警報(bào)，但加入了視頻檢測(cè)和中控大屏顯示。汽車掛倒車檔，中控大屏自動(dòng)轉(zhuǎn)換到倒車顯示模式，實(shí)時(shí)顯示車后的場(chǎng)景，仍然有蜂鳴器警報(bào)功能。這一代的產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)很成熟，其實(shí)用性能的優(yōu)秀表現(xiàn)，讓很多車主都樂于選擇。 經(jīng)歷了前三次的技術(shù)改良，車載倒車?yán)走_(dá)不管是外觀還是在實(shí)用性上，都達(dá)到社會(huì)的要求。往后的技術(shù)改良，多是依靠車載控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。改良后的車載倒車?yán)走_(dá)的功能也越來(lái)越多，甚至出現(xiàn)了獨(dú)立于車載系統(tǒng)的倒車影像儀。其后的改良產(chǎn)品有 如魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這些應(yīng)用最新技術(shù)，最快速電腦控制的高端產(chǎn)品。還有一些從外觀、性能上更加豪華的產(chǎn)品。 隨著人們安全意識(shí)的提高，車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)將更多的納入汽車基本配置當(dāng)中。車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)會(huì)融入到整車的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，不再作為獨(dú)立的個(gè)體。實(shí)際上，現(xiàn)今的汽車已經(jīng)從滿足了車載倒車?yán)走_(dá)后，向汽車的其他三個(gè)方位也進(jìn)行了雷達(dá)探測(cè)。今后的汽車，必定會(huì)是能實(shí)時(shí)測(cè)量、顯示汽車周圍物體的距離。 題的目的和意義 本設(shè)計(jì)將對(duì)車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行學(xué)習(xí)，并對(duì)其中的主要的超聲波測(cè)量距離技術(shù)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。本課題將對(duì)當(dāng)前現(xiàn)有 應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)出一個(gè)更加出色的車載倒車測(cè)距雷達(dá)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)在測(cè)量距離精度上的改進(jìn)。系統(tǒng)加入溫度校正模塊，對(duì)超聲波測(cè)量的距離進(jìn)行校正，把測(cè)距的精度提高一個(gè)級(jí)別。在保證測(cè)量精度的前提下，會(huì)努力提高系統(tǒng)測(cè)量的最大距離，實(shí)現(xiàn)大范圍的精確監(jiān)控。最終模擬車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一個(gè)具有檢測(cè)距離，警報(bào)和液晶顯示的性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。 本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，將對(duì)當(dāng)代車載倒車?yán)走_(dá)的測(cè)量距離和精度上的不足進(jìn)行彌補(bǔ)。 第 3 頁(yè) 共 36 頁(yè) 章小結(jié) 本章對(duì)車載倒車?yán)走_(dá)的歷史背景進(jìn)行了闡述，介紹 車載倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展史。全面的了 解到車載倒車?yán)走_(dá)的出現(xiàn)帶來(lái)的意義所在，對(duì)當(dāng)今的倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品進(jìn)行了分析，并對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較，對(duì)產(chǎn)品的未來(lái)有所展望。分析車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)所囊括的技術(shù)，并對(duì)其主要技術(shù)進(jìn)行深入了解，最后確定出本設(shè)計(jì)的最終目的：實(shí)現(xiàn)車載倒車?yán)走_(dá)的測(cè)量距離、精度上的改良和提高整體系統(tǒng)穩(wěn)定性。 第 4 頁(yè) 共 36 頁(yè) 2 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)原理 車盲區(qū)和系統(tǒng)框圖的建立 車盲區(qū)和汽車倒車分析 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)在汽車倒車時(shí)，持續(xù)的探測(cè)汽車尾部后方阻礙汽車倒車的障礙物情況，并把 障礙物情況回饋給駕駛員，方便駕駛員做出正確的駕車操作。在駕駛位上的駕駛員，并不能看清車外的任何一個(gè)角落，其存在四大盲區(qū)。四大盲區(qū)的范圍示意圖如圖 2 圖 2車四大盲區(qū)示意圖 其中的三大盲區(qū)為：被汽車前蓋遮擋的位于汽車正前部 駕駛員平行之后的汽車的左邊、右邊后視鏡可視范圍之外的兩大盲區(qū)。這三個(gè)盲區(qū)中的物體是具有提前預(yù)知性的，因?yàn)樵谄囆旭傔^(guò)程中，進(jìn)入這三個(gè)盲區(qū)的物體是駕駛員已經(jīng)看到過(guò)的。第四個(gè)盲區(qū)是位于汽車尾部往后幾米內(nèi)的盲區(qū)，這個(gè)盲區(qū)主要在汽車倒車時(shí)存在極大的安全隱患。在 一般的倒車情況下，第四個(gè)盲區(qū)中的物體是不可以預(yù)知的，因?yàn)閷?shí)際的倒車比較難于操作而且倒車距離也不會(huì)很長(zhǎng)?；诖耍{駛員需要一個(gè)可靠的輔助倒車設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，這便是車載倒車?yán)走_(dá)。 想要設(shè)計(jì)出具有有效探測(cè)汽車尾部后方障礙物的倒車?yán)走_(dá)，首先需要了解汽車車身結(jié)構(gòu)和倒車時(shí)的影響。 其中與車載倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)息息相關(guān)的參數(shù)是車寬。市面上常見的轎車和其他一些 型中，車身寬度都在 15065上汽車倒車時(shí)尾部存在的 300要設(shè)計(jì)出能有效探測(cè)車寬與盲區(qū)長(zhǎng)度構(gòu)成的盲區(qū)區(qū)域內(nèi)的障礙物的方案。 區(qū)檢測(cè)傳感器的選擇 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)應(yīng)具有測(cè)量第四盲區(qū)內(nèi)所有障礙物的能力，并能及時(shí)有效地反應(yīng)給駕駛員。在當(dāng)前科技中，障礙物測(cè)距傳感器主要有激光測(cè)距傳感器、紅外線測(cè)距傳感器、超聲波測(cè)距超感器。各種測(cè)距傳感器的性能如下表 2 第 5 頁(yè) 共 36 頁(yè) 表 2距超感器的性能 傳感器類型 特點(diǎn) 激光測(cè)距傳感器 方向性強(qiáng)、傳光性好，測(cè)量距離遠(yuǎn)、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，存在對(duì)人體的傷害、成本高等缺點(diǎn) 紅外線測(cè)距傳感器 具有成本低、使用安全的優(yōu)點(diǎn)，存在測(cè)量精度差、方向性差、測(cè)量距離比較短等缺點(diǎn) 超聲波傳感器 波長(zhǎng)短、能量高、傳 輸性能好、測(cè)量距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)其成也較大，具有一定測(cè)量角度 由于盲區(qū)是一個(gè)三維立體存在的空間，選擇的測(cè)距傳感器需要具有一定測(cè)量長(zhǎng)度和角度。在以上三者之中，最合適的超聲波傳感器，并且超聲波傳感器價(jià)格適中，安全性好。基于等等優(yōu)點(diǎn)，采用超聲波進(jìn)行距離測(cè)量也是當(dāng)今測(cè)量障礙物并測(cè)量其距離的主流方法。 統(tǒng)框圖 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)除了具有 測(cè)量障礙物與其距離的 基本功能外，還可以加入更加人性化的 蜂鳴報(bào)警的同時(shí)，留一個(gè)必要的界面供駕駛員必要的時(shí)候查看其距離障礙物的具體距離。車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)構(gòu)成如 圖 2體可以分為四個(gè)小系統(tǒng)：超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)， 報(bào)系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)。超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)采用具有一定檢測(cè)角度的超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)， 片即可，警報(bào)可采用簡(jiǎn)單的聲音警報(bào)器實(shí)現(xiàn)警報(bào)提醒功能便可以，顯示系統(tǒng)需要具有良好的顯示界面，在滿足此要求下選擇即可。 M C U 控制處理系統(tǒng)顯示系統(tǒng)超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)警報(bào)系統(tǒng)圖 2載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)框圖 聲波發(fā)射接收系統(tǒng) 聲波簡(jiǎn)介 科學(xué)界上將聲波單位時(shí)間里振動(dòng)的次數(shù)稱為聲 音的頻率，聲波的頻率是以赫茲（ 單位。我們?nèi)祟惖亩湟话阒荒苈牭降念l率在 20～ 20000們?nèi)祟惖亩錁O少能察覺到頻率小于 20～ 20000中的 20大于 20000聲音。科學(xué)界 第 6 頁(yè) 共 36 頁(yè) 上把頻率比 20000聲波”。 超聲波被廣泛地應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域多種技術(shù)上。超聲波具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：一個(gè)是傳播能量大，另一個(gè)是沿直線傳播。 聲波傳播依靠物體的機(jī)械振動(dòng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行傳送。振動(dòng)是指物體的的質(zhì)點(diǎn)在質(zhì)點(diǎn)的平衡位置上下進(jìn)行的往往返返運(yùn)動(dòng)?？梢月牭降穆暡ê统暡ㄔ诒举|(zhì)上是同樣的，這 些聲波都是以機(jī)械振動(dòng)的形勢(shì)實(shí)現(xiàn)的，通常以縱波的方式在具有彈性的介質(zhì)里面進(jìn)行傳播，他們的不同點(diǎn)是超聲波的頻率更加高、波長(zhǎng)更加短、在能量距離內(nèi)沿直線傳播具有更好的束射性和方向性。 超聲波具有以下的性質(zhì)： 表 2聲波的性質(zhì) 1 可在液體、固體、氣體、固熔體等介質(zhì)中傳播 2 可傳遞更大的能量 3 能產(chǎn)生干涉、反射、共振和疊加 4 在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)在兩種液體界面產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化 聲波測(cè)距原理 超聲波測(cè)量距離是通過(guò)超聲波發(fā)射器發(fā)出固定頻率的一段超聲波，然后時(shí)時(shí)檢測(cè)遇到障礙物所反射的對(duì)應(yīng) 頻率的回波，檢測(cè)到回波后進(jìn)行傳輸處理，處理完成后繼續(xù)進(jìn)行超聲波發(fā)射器發(fā)出同一頻率的一段超聲波，往而復(fù)始地進(jìn)行如上工作。測(cè)量出超聲波發(fā)射到接收回波所經(jīng)歷的時(shí)間，便可以根據(jù)超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俾视?jì)算出其與障礙物直接的距離。超聲波脈沖與測(cè)距原理示意圖如圖 2 圖 2聲波脈沖與測(cè)距原 理示意圖 超聲波脈沖是具有固定為 40方波脈沖（如圖 2所示），發(fā)射器和接收器是應(yīng)該緊緊相靠放置。在圖 2聲波發(fā)送和接收是一個(gè)往返的過(guò)程，所以在計(jì)算實(shí)際距離時(shí)需要取測(cè)得時(shí)間得一半。距離計(jì)算公式為： 2/? （ 2 式中的 實(shí)際上，超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俾?有關(guān)系，在不同的溫度對(duì)應(yīng)著不同的傳輸速率。表 2出了 8種溫度下的超聲波傳輸速率。 第 7 頁(yè) 共 36 頁(yè) 表 2輸速率與溫度的關(guān)系 溫度（℃） 2 10 20 30 100 速率（ m/s） 313 319 325 322 338 344 349 386 表 2使用時(shí)，如果環(huán)境溫度的變化不大、系統(tǒng)要求不高的情況下，可以認(rèn)為傳輸速率是基本不變的，取為 340m/是，本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)在各種氣溫情況下實(shí)現(xiàn)具有高精度的距離測(cè)量，所以需要通過(guò)對(duì)超聲波發(fā) 送接收系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)募右孕Ｕ? 超聲波在空氣中的實(shí)際傳播速率為 ： 00 / ?（ 2 其中 ， 。 式 2度補(bǔ)償校正。目前， 市面上有很多的超聲波發(fā)射接收模塊中都已經(jīng)集成了溫度補(bǔ)償校正，具有很精確的距離測(cè)量性能。 載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng) 想要設(shè)計(jì)出具有有效探測(cè)汽車尾部后方障礙物的車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)， 需要設(shè)計(jì)出能有效探測(cè)車寬與盲區(qū)長(zhǎng)度構(gòu)成的盲區(qū)區(qū)域內(nèi)的障礙物的方案。其中的盲區(qū)范圍中的車身寬度在 15065間，盲區(qū)長(zhǎng)度在汽車倒車時(shí)尾部后的 300了保證距離測(cè)量的精度，一組超聲波探測(cè)器有效探測(cè)距離會(huì)在 450個(gè)完全符滿足了 300組超聲波探測(cè)器的有效探測(cè)角度并不能實(shí)現(xiàn) 180°，車 載超聲波探測(cè)器的最大探測(cè)角度寬在 120°、角度高在 60°以內(nèi)，如圖 2 圖 2聲波探測(cè)器探測(cè)角度示意圖 實(shí)際上，為了保證探測(cè)的精確性，探測(cè)角度寬一般在 70°以內(nèi)。由此可見，一個(gè)超聲波探測(cè)器并不能滿足探測(cè)的要求，有必要選擇多個(gè)超聲波探測(cè)器以實(shí)現(xiàn)汽車尾部全范圍的檢測(cè)。鑒于汽車屬于特殊產(chǎn)品，為了保證其美觀性和降低成本，在保證滿足探測(cè)要求下盡量減少超聲波探測(cè)器的組數(shù)。 第 8 頁(yè) 共 36 頁(yè) （ a） （ b） 圖 2載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)示意圖 實(shí) 際設(shè)計(jì)中，車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)一般會(huì)采用 3到 4組超聲波探測(cè)器來(lái)組成車載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)。如圖 2a）所示，其尾部安裝了 3 組超聲波探測(cè)器，圖 2b）所示的則安裝了 4 組超聲波探測(cè)器。本設(shè)計(jì)將采用圖 2的（ a）方案，將左右兩邊的超聲波探測(cè)器安裝于距離車側(cè)面一定距離的位置，同時(shí)探測(cè)方向稍向車身中線靠近。將 3 組超聲波探測(cè)器安裝在較低位置，以實(shí)現(xiàn)能探測(cè)到距離汽車尾部較近的低矮障礙物。本設(shè)計(jì)的車載超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)能夠有效探測(cè)汽車尾部盲區(qū)內(nèi)的障礙物。 報(bào)提示和界面顯示系統(tǒng) 報(bào)提示系統(tǒng) 警報(bào) 提示，是指具有發(fā)放警報(bào)信號(hào)起到提示指導(dǎo)作用的警報(bào)方式。其中起到關(guān)鍵作用的是警報(bào)器。警報(bào)器可以用于發(fā)出預(yù)防、警報(bào)還有解除警報(bào)這幾種信號(hào)。猶如現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期的防空警報(bào)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)的警報(bào)系統(tǒng)也需具有能夠明顯提醒駕駛員的聲音警報(bào)。 警報(bào)器的分類有按照發(fā)出聲音原理分類和按照設(shè)置條件的分類這兩大類，每一大類中所包含的警報(bào)器類型如下表所示： 表 2警器的分類 分類原理 報(bào)警器類型 簡(jiǎn)介 發(fā)聲原理 電動(dòng)報(bào)警器 將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聲能 電聲報(bào)警器 將音頻小信號(hào)經(jīng)低頻功率放大后轉(zhuǎn)換為聲能 ， 即電子 能轉(zhuǎn)換為聲能 氣動(dòng)報(bào)警器 將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣能 ，最終 由氣能轉(zhuǎn)換為 聲能 設(shè)置條件 固定式報(bào)警器 安裝在某一固定地點(diǎn)使用的警報(bào)器 機(jī)動(dòng)式報(bào)警器 安裝在 機(jī)動(dòng)車 輛或采取其它形式，在運(yùn)動(dòng)中使用的警報(bào)器 由于報(bào)警器是用于車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中的，所以必須是機(jī)動(dòng)式報(bào)警器，至于選擇何種發(fā)聲原理的報(bào)警器，這個(gè)只要滿足警報(bào)提示功能就可以。實(shí)際上為了節(jié)約成本和使其看起來(lái)簡(jiǎn)潔又具有明顯的提示作用，現(xiàn)在在汽車上使用的報(bào)警都是由蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。蜂鳴器是一種只能發(fā)出某個(gè)頻率蜂鳴聲的電子訊響器。蜂鳴器具有體積小、價(jià)格便宜、 第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè) 使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，此外其高頻段的蜂鳴聲具有極其出色警報(bào)效果。將蜂鳴器使用在車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中是很好的選擇。蜂鳴器外形如圖 2 圖 2鳴器形狀圖 面顯示系統(tǒng) 在汽車中加入界面顯示無(wú)疑是當(dāng) 代汽車的標(biāo)志，既實(shí)用又有很高的裝飾作用。在以超聲波測(cè)距為重心的 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，界面顯示一般情況下不起作用。但在駕駛員無(wú)法根據(jù)警報(bào)聲進(jìn)行更準(zhǔn)確快速的倒車操作時(shí)，界面顯示的距離值將更直觀地幫助駕駛員進(jìn)行正確的倒車操作。界面顯示系統(tǒng)具有其存在的意義。 制處理系統(tǒng) 控制處理系統(tǒng)是指處理各種信息，根據(jù)處理的結(jié)果輸出控制信號(hào)，使外部執(zhí)行相應(yīng)的操作達(dá)到系統(tǒng)的控制目的?？刂铺幚硐到y(tǒng)除了控制處理芯片以外還包括其內(nèi)部的軟件程序設(shè)計(jì)。車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)性能的表現(xiàn)除了與超聲波測(cè)距系統(tǒng)有很大關(guān)系外，其他的都取決于控制處理 系統(tǒng)性能的好壞。一個(gè)好的控制處理系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的快速處理能力、提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 一個(gè)系統(tǒng)，在具備性能優(yōu)良的硬件設(shè)備情況下，一個(gè)邏輯正確、處理快速的軟件設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的。邏輯性強(qiáng)、反應(yīng)靈敏的軟件設(shè)計(jì)可以提高一個(gè)系統(tǒng)的上一個(gè)等級(jí)。車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，既需要性能優(yōu)良的硬件設(shè)備，也需要反應(yīng)敏捷的軟件處理能力，這樣才能成為駕駛員滿意的安全性好、高等級(jí)的輔助倒車工具。 章小結(jié) 本章從汽車本身出發(fā)，詳細(xì)分析汽車本身引出的汽車倒車問題，并針對(duì)本身問題設(shè)計(jì)出 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的大體結(jié)構(gòu)。 從本章中可以看出 車 載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的意義所在，以及其中每一個(gè)組成所負(fù)擔(dān)的責(zé)任和應(yīng)有工作內(nèi)容。本章有助于讀者了解到有關(guān)車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的知識(shí)和設(shè)計(jì)性的指導(dǎo)。 第 10 頁(yè) 共 36 頁(yè) 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本章將開始對(duì) 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)進(jìn)行具體的硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)具體的實(shí)際情況挑選出合適的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)各種器件參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，完成最終的硬件電路設(shè)計(jì)。 件系統(tǒng)的組成 硬件系統(tǒng)由四大主要部分組成，包括 3路超聲波傳感器檢測(cè)電路、單片機(jī)主控系統(tǒng)電路、蜂鳴器電路和液晶顯示電路。硬件系統(tǒng)框圖如圖 3 單片機(jī)主控系統(tǒng)液晶顯示超聲波傳感器 1 蜂鳴器警報(bào)超聲波傳感器 2超聲波傳感器 3圖 3件系統(tǒng)框圖 車載倒車?yán)走_(dá)硬件系統(tǒng)由 3 路超聲波傳感器對(duì)車后盲區(qū)進(jìn)行障礙物監(jiān)測(cè)和距離檢測(cè)，將其采集的距離信號(hào)傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì) 3個(gè)超聲波傳感器傳回的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理并將其對(duì)應(yīng)顯示在液晶顯示屏中，同時(shí)根據(jù)所測(cè)距離判斷是否進(jìn)行警報(bào)開啟或閉關(guān)操作。 聲波傳感器電路的設(shè)計(jì) 聲波傳感器的選型 本設(shè)計(jì)中采用集成了超聲波發(fā)射和接收和簡(jiǎn)單處理后的超聲波傳感器，避免了工作量也確保距離測(cè)量的精確度。市面上的超聲波傳感器也是五花八門，需要選擇合適的超聲波傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì) 的要求。 方案一： 采用普通的超聲波傳感器和獨(dú)立的溫度測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距電路。該方案選用的是 器件如圖3 第 11 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 3案二： 采用自帶溫度補(bǔ)償?shù)某暡▊鞲衅骶嚯x測(cè)量模塊，該方案不需要額外的溫度檢測(cè)電路。器件選擇為 超聲波測(cè)距模塊，器件如圖 3 圖 3案一中的 市場(chǎng)價(jià)格都在 4 元左右，方案二中的 格在 12元左右。相對(duì)價(jià)格而言，方案一具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。 在信號(hào)處理方面，方案一需要對(duì) 量完成再根據(jù)溫度補(bǔ)償知識(shí)進(jìn)行溫度校正得出最后的距離值。方案二中只需對(duì) 集數(shù)據(jù)便可直接得出帶有溫度補(bǔ)償校正的距離值。在使用同一款單片機(jī)的情況下，方案一無(wú)疑加大了單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的壓力，不便于系統(tǒng)快速處理信息和反饋給駕駛員。如果想要達(dá)到理想處理速度必定要選擇更高級(jí)別的單片機(jī)，這也必定增加在單片機(jī)上的成本。而且方案一中，自行進(jìn)行溫度補(bǔ)償校正并不一定能達(dá)到方案二的精確度，因?yàn)閺?fù)雜的 系統(tǒng)必定會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。 綜上所訴，為了保證系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔減小體積、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測(cè)距的精度，本設(shè)計(jì)采用方案二。 聲波傳感器 介 本設(shè)計(jì)中選用了 3 個(gè) 聲波測(cè)量距離傳感器對(duì)倒車車后盲區(qū)進(jìn)行檢查。個(gè)外接引腳，引腳功能如下表 3 表 3引腳 1 作電壓引腳，接 腳 2 據(jù)通信引腳 引腳 3 據(jù)通信引腳 第 12 頁(yè) 共 36 頁(yè) 引腳 4、 5 作電源地 通信方式，一種是 用該模式時(shí)需要將引腳 2、 3 接到單片機(jī)的 腳。另一種工作方式是電平觸發(fā)通信模式， 和 3 可以接到單片機(jī)任意的兩個(gè) 引腳上，沒有特殊要求。由于本設(shè)計(jì)一個(gè)需要 3 個(gè) 聲波測(cè)量距離傳感器，為了降低對(duì)單片機(jī)選型的要求，本設(shè)計(jì)將會(huì)采用電平觸發(fā)通信模式對(duì) 聲波傳感器 電路 如下圖 33路 個(gè)引腳間距為 5引腳排針代替。超聲波傳感器 1 的通信 引腳接單片機(jī)的 11，超聲波傳感器 2的通信引腳接單片機(jī)的 30，超聲波傳感器 3的通信引腳接單片機(jī)的 33。 圖 3片機(jī)主控電路的設(shè)計(jì) 片機(jī)的選型 單片機(jī)作為車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的主控器件，其性能的高低直接影響到這個(gè)系統(tǒng)的性能好壞，也會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。當(dāng)前主要的單片機(jī)有 51 系列、 列、列和更高級(jí)的 。本設(shè)計(jì)將從現(xiàn)今主流的單片機(jī)中選取滿足設(shè)計(jì)要求下控制產(chǎn)品成本的的方案。 方案一： 采用基礎(chǔ)的 51 系列單片機(jī)。 51 單片機(jī)都是基于 031 指令操作系統(tǒng)。 51 系列單片機(jī)具有單電源 +5V 供電、四十位可輸入輸出的 I/組 8位并行 I/五個(gè)內(nèi)外部中斷源、一個(gè)全雙工的 行數(shù)據(jù)通信接口、 4 128 51系列單片機(jī)有足夠的引腳供外部電路使用，處理速度可以達(dá)到 （ 24由于 51 系列單片機(jī)出世比較早，性能跟不上近幾年的高端芯片，但其性能經(jīng)歷多年改良也能適應(yīng)大部分場(chǎng)合使用，加上其發(fā)展久遠(yuǎn)，價(jià)格也是相對(duì)最實(shí)惠的。 方案二： 第 13 頁(yè) 共 36 頁(yè) 采用 997年才開始面世的一款單片機(jī)產(chǎn)品。其性能整體都在 51系列單片機(jī)之上。價(jià)格相對(duì)于 51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)稍微昂貴一些。但是由于其定位處于中間位置，實(shí)際使用程度并沒有 51系列單片機(jī)廣泛。 方案三： 采用高級(jí) 控制芯片。這些控制單片機(jī)都是性能極其強(qiáng)大，應(yīng)用在大規(guī)模系統(tǒng)中的主控制芯片，處在比 51、 車載倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，需要對(duì) 3 個(gè) 聲波測(cè)量距離傳感器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器和驅(qū)動(dòng)一個(gè)獨(dú)立的顯示器顯示距離內(nèi) 容。這對(duì)一個(gè)單片機(jī)來(lái)說(shuō)并不是難事，以上的任一款單片機(jī)都能滿足系統(tǒng)要求。在處理速度上，人的反應(yīng)速度在 10別在汽車倒車時(shí)都會(huì)減慢行車的速度。 51 系列單片機(jī)就已經(jīng)能滿足處理速度上的要求。加上 51系列單片機(jī)得普及程度高和實(shí)惠的價(jià)格， 51單片機(jī)是最合適的選擇。在 51系列單片機(jī)中，本設(shè)計(jì)選擇性能在 51中處于中等水平的 片機(jī)作為主控芯片。 片機(jī)簡(jiǎn)介 了具有 51 系列單片機(jī)的典型特征外，還具有以下幾個(gè)更加出色的性能特點(diǎn)，見表 3 表 3序號(hào) 不同點(diǎn) ① 擁有 3 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器，較 51 單片機(jī)多出定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 ② 8程序存儲(chǔ)器（ ③ 256數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ 如圖 3 40引腳 44 引腳 4引腳 3種封裝形式，支持最大 24外部晶振輸入。 了正常工作狀態(tài)外，還有空閑工作方式和掉電保護(hù)方式。在空閑方式運(yùn)行模式下， 的 時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行中斷、外部中斷）繼續(xù)工作；在掉電方式時(shí)，單片 機(jī) 止振蕩器振動(dòng)同時(shí)禁止單片機(jī)其他的所有功能直到下一次硬件復(fù)位的到來(lái)。 第 14 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 3小系統(tǒng)電路 為了在手動(dòng)制作樣板的時(shí)候減小難度，這里采用 40 引腳 裝形式來(lái)設(shè)計(jì)電路圖。如圖 3示， 控系統(tǒng)電路就是常說(shuō) 51 單片機(jī)最小電路系統(tǒng)。其中包括 有它的下載程序 口、晶振電路、復(fù)位電路和 0 圖 3 第 15 頁(yè) 共 36 頁(yè) （ 1） 一種是傳統(tǒng)高壓編程 ， 需要大型的編程器（ 并行編程 ）， 實(shí)際使用時(shí)并不方便；另一種是基于 需要一個(gè) 載器就可以實(shí)現(xiàn)程序下載，普遍采用的下載方式。本設(shè)計(jì)中采用后一種程序下載方式， 載器實(shí)物圖如圖 3示。下載器與 連接如圖3的 示，只需對(duì)應(yīng)的連接 個(gè)引腳和共地即可實(shí)現(xiàn)程序下載。 圖 3（ 2）晶振電路 工作頻率，這個(gè)工作頻率由外部晶振電路和單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘電路組成。晶振電路中晶振的大小決定了單片機(jī)工作頻率的大小，晶振越大單片機(jī)執(zhí)行程序越快。由于是外接晶振，所以 00振電路如圖 3 圖 3振電路 4設(shè)計(jì)中選用 12個(gè)對(duì)地電容 2實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要將晶振和電容盡可能安裝在 腳 附近，減少寄生電容，以保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作。 （ 3）外部復(fù)位電路 路系統(tǒng)上電時(shí)由 到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后， 始運(yùn)行程序。 片機(jī)進(jìn)行復(fù)位的條件是復(fù)位引腳 位電路如圖 3 第 16 頁(yè) 共 36 頁(yè) 圖 3部復(fù)位電路 如上圖所示 ，復(fù)位電容的大小是 10阻的大小是 10 根據(jù) 聯(lián)電路原理，可算出 它的 時(shí)間常數(shù)為