超声波测距倒车雷达的设计与仿真
摘 要
现今，大多数倒车雷达运用超声测距结合单片机智能技术，其作为一种倒车安全辅助装置在汽车电子领域中得到广泛应用。论文研究了倒车雷达的超声测距原理及其软硬件设计，本文对超声测距的发展和原理及所用超声波传感器的原理和特性进行介绍。根据系统功能的要求，提出了系统的总体构成；倒车雷达部分分为发射接收模块、系统控制模块和显示报警模块。
本文研究了以 STC51单片机为主控单元的系统硬件和软件设计。 Proteus 软件进行了倒车雷达的软件仿真，并利用C语言和Keil51软件完成了系统的软件设计。给出实验测试和误差分析。论文完成了超声测距倒车雷达软硬件设计及系统调试。实验结果表明，本设计能够达到预期设计的技术指标，具有高的测量精度及可靠性。在倒车雷达的设计上具有一定指导意义。
关键字：超声测距；倒车雷达； STC51单片机；
第一章 绪 论
1.1 课题研究的意义
现今，大多数的倒车雷达应用超声测距结合单片机智能技术，其作为一种倒车安全辅助装置在汽车电子领域中得到 了广泛应用。主要是针对在倒车中驾驶员无法观察到汽车后方的障碍物与车体的距离而开发的。超声测距倒车雷达具有结构简单、能够智能测距不受可见光的限制等优点，通常包括探头（现价段大多使用超声波传感器作为探头）、单片机主控制器、LCD 液晶显示器以及蜂鸣器等部分，能够通过声音或者视频显示等更加直观的信息给驾驶员提示，在泊车或者启动汽车时排除视觉盲区，同时避免反复进行前后目视所引起的困扰，充分的提高了汽车驾驶的便捷性及安全性。
随着中国经济的持续增长和汽车工业的发展及价格的不断下降，人们生活水平的日益提高，汽车作为代步工具进入了千家万户。然而汽车数量的不断增加，给我们带来便利的同时，与之产生的倒车难、倒车引发的交通事故增加等问题也日益突显。在当今这个迅速发展的时代，交通日益拥堵，行驶中的车辆之间、车与行人及障碍物之间的擦撞等交通事故频繁发生。倒车成为了汽车驾驶员最烦恼的事情之一，即使是驾驶经验已经十分丰富的司机也感觉倒车非常耗费精神。有数据统计指出，如果在危险状况即将发生前能够给驾驶员多半秒钟的预反应时间的话，那么汽车相互追尾事故可减少30%，路面交通事故可减少50%，车辆迎面相撞事故可减少60%等等。因此针对这个棘手的问题，改善驾驶员倒车时遇到的困难被更多的人所关注，人们对汽车的操纵便捷性提出了更高的要求，非常渴望有一种装置能够解决倒车时给驾驶员和行人造成的不便，减少驾驶中的诸多不安全因素，最终能够将车辆准确方便快速的停放到规定的停车位，降低交通事故的发生率。根据相关调查表明，在现今的汽车市场上，汽车的档次越高配置的车载装置也越多，一些高档轿车拥有超过上百样的相关电子产品，极大的提高了驾驶便捷性。可以预见，将来会有更多的先进技术被应用到提高驾驶安全性和便捷性设计中。
随着单片机价格的不断下降以及性能的不断提高，现阶段大部分的倒车雷达超声测距倒车雷达都是以单片机作为主控制单元的智能测距和显示报警系统。要求系统能够对汽车后方进行不间断探测，显示车体与障碍物的间距，并采用语音提示或者不同频率的鸣叫声进行报警，让驾驶员可以全神贯注的进行倒车操作，使得驾驶员的视觉感观不受占用。过去，倒车雷达装置因为受制于单片机及相关电子技术的发展水平，使用的电子元器件较多，产品重量较大，辅助功能却比较简单，并且绝大多数都作为车体内单一的电控单元存在，无法与车体其他电控设备实现通信和数据共享。基于以上分析本文提出对于超声测距倒车雷达及其车载CAN 总线智能节点的研究。
1.2 课题的主要研究内容
详细介绍基于超声测距的倒车雷达的基础研究，包括超声测距原理，给出倒车雷达的工作的预期信号及波形图，并根据该预期信号研究自制系统的硬件组成、软件设计，进行系统的软件仿真及实验结果分析。
1.3 本文结构
本文以超声波测距倒车雷达研发工程项目作为应用背景，超声波测距技术进行了研究。全文共分为七章，各章的主要内容如下：
第一章扼要地介绍了超声波测距的概念、特点与相关研究背景及设计任务安排。
第二章研究了超声波测距的发展史及其工作特性，超声波的测距原理和系统方案的设计。
第三章对超声波测距的发射接收显示报警模块进行系统详细阐述与说明，并给出了硬件的设计思路以及部分电路图。
第四章对超声波测距的软件设计部分进行了说明，并给出了软件设计的思路和部分仿真图。
第五章是本文所有设计的软硬件的仿真与示波器检测图和调试的方法，给出了存在的问题和进一步研究的方向。
第六章对本课题的发展的方向和应用前景。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 课题研究的意义 1
1.2 课题的主要研究内容 2
1.3 本文结构及设计任务书 3
第二章 超声波测距介绍与系统方案设计 4
2.1 超声测距的发展概述 4
2.2 超声波特性研究 4
2.2.1 超声波简介 4
2.2.2 超声波传感器工作原理 5
2.2.3 超声波传感器的谐振特性 5
2.2.4 影响超声波探测的因素 6
2.2.5 超声波脉冲测距原理 6
2.3 系统方案设计 9
2.3.1 系统功能要求 9
2.3.2 系统总体组成及各部分实现功能 9
2.4 本章小结 10
第三章 倒车雷达硬件设计研究 11
3.1 超声波发射接收模块 11
3.1.1 超声波发射电路 11
3.1.2 超声波接收电路 11
3.2 控制模块设计 14
3.3 显示报警模块 14
3.3.1 蜂鸣器 14
3.3.2 数码管显示 15
3.4 本章小结 16
第四章 倒车雷达程序设计及仿真 17
4.1 信号产生程序设计 17
4.2延时程序 17
4.3 显示程序 18
4.4 报警电路程序 19
4.5 外部中断程序 19
4.6 本章小节 19
第五章 系统硬件软件仿真与调试 20
5.1 显示部分调试 20
5.2 动态测量软件的设计 21
5.3 发射电路调试 23
5.4 接收电路 25
5.5 报警电路设计与调试 25
5.6 存的问题 26
第六章 总结与展望 27
6.1全文总结 27
6.2 展望 27
6.2.1 多探头检测探讨 27
6.2.2 加入左右和前方的测距系统 28
致谢 29
参考文献 30
附录A：硬件设计原理图 31
附录B：软件程序清单 32
附录C:仿真调试图 38
附录C:仿真调试图………………………………………………46
参考文献
[1] 赵德安. 单片机原理与应用.机械工业出版社， 2010
[2] 赵建领 51系列单片机开发宝典. 电子工业出版社， 2007
[3] 康华光、陈大钦、张林 电子技术基础.高等教育出版社 2005
[4] 谭浩强 C程序设计 清华大学出版社 2008
[5] T. Ito, K.Yamada. Preceding Vehicle and Road Lanes Recognition Methods for RCAS Using Visual System. Intelligent Vehicles’94, Paris,1994: 85-90.
[6] M. Breakstone, M. Mc Donald, Car-following: a historical review, Transportation Research Part F2,1999:181-196
[7] 程德福、林君 智能仪器，机械工业出版社 2010
www.bysj360.com www.bysj360.com/page.asp?id=37 www.bylw520.net www.bylw520.net/page.asp?id=31
