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毕业论文:新型倒车雷达软件系统开发

发表时间:2013/5/14 14:14:07


毕 业 论 文
(科 学 研 究 报 告)

题 目 新型倒车雷达软件系统开发

院(系)别 机电及自动化学院
专 业 测控技术与仪器
级 别 2008

摘 要
随着人们驾车时行车环境(诸如公路、车库、停车场等)的日渐拥挤,加之人眼存在着视觉盲区,人们停车或倒车时引发车体刮擦甚至事故的情况屡见不鲜。倒车雷达就是在此形势下应运而生的一种汽车防护系统,在倒车过程中,倒车雷达系统能借由超声波的发射接收从而识别出车后部的障碍物并能够测量车与障碍物之间的距离,在达到危险距离前,及时发出报警声提醒司机。而如今,人们对倒车系统智能性、便捷性、实用性的要求也不断提高。旧型的功能单一、价格昂贵的倒车雷达已无法满足人们的要求,因此,新型倒车雷达的开发需求日趋迫切。以往的倒车雷达设计使用的元器件较多,功能较为简单,且实用性上仍有所欠缺。本设计从实用性、易用性的角度出发,兼顾低成本与较高精度,并为此进行了市场调研分析、硬件电路设计及绘制、软件(C51)编写及仿真、电路板焊制及系统外围电路制作、软硬件调试、误差分析等环节。本文在对现行倒车雷达市场中常用的几种传感器进行简要分析的基础上,提出了基于超声波测距原理的一种倒车雷达实现方案。本设计方案具备价格低廉、精度较高、简单易用的特点,主要采用了市面上最为流行的8051系列单片机及超声波测距集成芯片US-100,以该测距芯片测定系统与障碍物间的距离,由单片机提取计算距离值并在显示主机界面显示障碍物的位置,而当障碍物距离小于预设值时还可进行语音报警。




















关键词:倒车雷达,实用性,8051,超声波测距芯片US-100






ABSTRACT
With the driving environment (such as roads, garage, parking lot, etc.) is becoming more and more crowded nowadays, let alone the visual blind spot of human eyes, it is often seen that vehicles get scratched when people try to stop or reverse the cars. Reversing radar is a vehicle protection system came into being in this situation, the system can detect and measure the distance by receiving the signal generated by the transducer, besides, it can also alarm the drivers
……(新文秘网https://www.wm114.cn省略1987字,正式会员可完整阅读)…… 
计 16
4.2.1 测距模块启动子程序 16
4.2.2 距离计算子程序 17
4.2.3 中断服务子程序 19
4.3 基于Proteus与Keil联调的软件仿真 19

第五章 样机制作及程序下载 23
5.1 样机电路板的焊制 23
5.2 程序下载 23

第六章 实验与误差分析 25

6.1 静态直线测距实验 25
6.2 动态直线测距实验 26
6.3 整体实验结论与误差分析 27

第七章 结束语………………………………………………………...28
致谢…………………………………………………………………….29
参考文献……………………………………………………………….30
附录……………………………………………………………….........31
附录1 系统主程序 31
附录2 头文件1602.h 37
附录3 系统总体电路图 40
附录4 测距效果图 41



第一章 绪论
1.1 课题背景与意义
随着社会的发展,人民生活质量的提高以及汽车工业的飞速发展,近几年我国汽车数量不断增加,而由此也衍生了一系列问题,如人们对汽车操作的便捷性和安全性越加挑剔,公路、车库、停车场越来越拥挤等,故而在倒车或停车时引发的安全问题已不容忽视。汽车数量的日益增长,加之人眼存在着视觉盲区,人们停车或倒车时引发车体刮擦甚至事故的情况屡见不鲜。
倒车雷达就是在此形势下应运而生的一种汽车防护系统,通常,倒车雷达由传感器(俗称探头)、控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分组成。系统在控制器的控制下,由传感器发射超声波信号,当遇到障碍物时,产生回波信号,传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理、判断出障碍物的位置,由显示器显示距离并发出其他警示信号,得到及时警示,解除了驾驶员泊车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰,并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷,提高驾驶的安全性。
倒车雷达作为一种特殊的电子类消费品,其整个行业的发展与汽车工业的发展水平、汽车的消费趋势、汽车整车技术的更新速度密切相关,同时倒车雷达的销售市场存在于汽车生产企业到汽车购买用户这一条产业链的各环节。由于我国的倒车雷达产业是近两年才发展起来的,有相当一部分倒车雷达生产企业是从生产防盗器的厂家转行而来,因此起步晚,起点低,企业的规模小,资金和技术实力比较弱,所生产的产品技术含量低、功能单一、性能不稳定、产品的质量和外观方面也处于低水平层次,大部分企业及产品缺乏与倒车雷达安装配置率最高的中高档车整车生产企业的配套能力。所以与国外产品相比,无论在技术含量、产品功能质量、性能的稳定性方面,还是在产品的外观、品牌口碑、返修率等方面缺乏竞争力。总体来说,当前国内倒车雷达市场存在着行业集中度低、市场成熟度低、技术含量低等特点,而功能单一、价格昂贵的倒车雷达已无法满足人们日渐提高的要求。
因此,新型倒车雷达的开发需求日趋迫切。以往的倒车雷达设计使用的元器件较多,功能较为简单,且实用性上仍有所欠缺。本设计从实用性、易用性的角度出发,兼顾低成本与较高精度,基于单片机系统开发汽车倒车雷达软件系统,并以此为平台学习和掌握51系列单片机编程基础知识,主要完成硬件电路设计及绘制、软件(C51)编写及仿真、电路板焊制及系统外围电路制作、软硬件调试、误差分析等环节,同时在显示主机界面能正确显示障碍物的位置。从而完成单片机开发系统的系统学习。


1.2 倒车雷达发展趋势与当前存在的问题
1.2.1倒车雷达的发展趋势
倒车雷达经过近年来的发展,至今已经过了几代的技术改良,不管从结构外观上,还是从性能价格上,每代产品都各有特点:
第一代和第二代倒车雷达都是以声响报警为主要功能,汽车在倒车状态,语没有语音提示,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有多远,对驾驶员帮助不大,价格便宜,已基本退出市场。
第三代数码波段显示:可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体,在1.8米开始显示;如果是人,在0.9米左右的距离开始显示。 这一代产品有两种显示方式,数码显示产品显示距离数字,而波段显示产品由三种颜色来区别:绿色代表安全距离,表示障碍物离车体距离有0.8米以上;黄色代表警告距离,表示离障碍物的距离只有0.6~0.8米;红色代表危险距离,表示离障碍物只有不到0.6米的距离,你必须停止倒车。 该代产品由于比较实用,价格不高,中低档车和车铃超过三年的车安装使用较多,但安装在车内不太美观。功能单一。
第四代液晶荧屏显示:这一代产品有一个质的飞跃,特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档,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。 动态显示,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,目前已逐渐成为新购中高档车安装使用的主流产品。不过目前国产的液晶显示器外观虽精巧,但灵敏度较高,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_提示和直观的显示提醒驾驶员。 魔幻镜倒车雷达把后视镜、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,是目前市面上比较先进的倒车雷达系统,部分进口的高档车已有安装使用。因为其外形就是一块倒车镜,所以可以不占用车内空间,直接安装在车内倒视镜的位置。而且颜色款式多样,可以按照个人需求和车内装饰选配。
第六代可视雷达(简称TFT):第六代产品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。采用摄像头配有专用显示器以影象形式显示倒车情况,价位很高客户很少接受,是专门为高档轿车生产的。代表着高档车未来几年的配置趋势。
目前,很多科研机构已对汽车雷达技术进行深入开发,国内外也已有相应的产品。经过总结分析,倒车雷达按提示方式可分为数码显示、液晶、后视镜、可视雷达、语言和_提示几种;目前使用较多的倒车雷是数码显示、液晶显示和语音三种提示功能的倒车雷达。按信号的接收方式倒车雷达又可分为无线传输和有线传输两种。无线倒车雷达是近年来随着无线传输技术的应用快速发展起来的新一代产品,就产品本身功能上来说,与有线倒车雷达的基本相同,没有什么突破,但该类产品最突出的卖点是在具有有线倒车雷达相同功能的前提下,在安装过程中避免了对汽车内饰结构改动而导致的破坏,缩短等候时间,因此该类产品严格意义上来说是一种意识创新、观念创新、服务创新的新产品。而按照工作方式分主要有激光、超声波、红外、毫米波等一些测量方法,它们的工作原理虽然不完全一样,但最终作用都是通过不同的探测方法判断车后方障碍物与本车的相对距离,并根据程序中定义好的危险等级做出相应的预防措施。在此,我们探讨下这几种工作方式的特点:
激光方式:激光具有高定向性,能以定向的光束无发散地直线向前传播;单色性好,它可以达到的亮度比太阳光还高几百亿倍;相干性好,激光的频率、振动方向、相位高度一致。因此激光波束近似直线性,很少扩散,波束能量集中,传输距离较远。但它在对气候的适应能力方面具有局限性,因为激光测距方式受恶劣天气、汽车激烈震动、发射镜表面磨损、污染等因素影响,则探测距离减少二分之一至三分之一,降低了实用精度,所以在汽车倒车雷达领域激光测距方式没有得到很好发展。
红外线方式:红外线可以人为制造,自然界中也广泛存在,一般的生物都会辐射出红外线,体现出来的宏观效应就是热度。 红外线透视和夜视是分别利用了红外线的不同性质。红外线测距系统成本低廉,但是容易受到天气和路边等物体干扰的影响,在恶劣的天气与环境下探测距离仍然不能满足要求。
毫米波方式:毫米波是微波的一个波段,频率在30~300G,相应波长为1~10mm。毫米波电子系统具有如下特性: 小天线孔径具有较高的天线增益;高跟踪精度和制导精度;不易受电子干扰;低角跟踪时多径效应和地杂波干扰小;多目标鉴别性能好;雷达分辨率高;大气衰减“谐振点”可作b_m传输。但其价格昂贵,结构复杂。

图1.1 宝马汽车上的超声波倒车雷达
超声波方式:超声波是频率大于20 kHz的声波, 具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点;用于测距计算方法简单, 常用于非接触式距离测量, 其传感器种类较多;由于超声波指向性强,在传输过程中能量损耗缓慢,反射能力强,经常被用于距离的测量。由于超声波测距的探测距离较短,主要用于倒车雷达等近距离测距。
由于倒车雷达检测距离比较短,可选择红外线和超声波,因考虑到应用场合、成本控制及易用性,故本设计着重考虑超声波测距方法,在此我们也着重对超声波倒车雷达进行具体的分析研究。
目前,很高汽车生产商已经开始在生产的汽车当中加入超声波倒车雷达,一些汽车维护部门已引进了这方面的修理维护技术。(图1.1)所示即为德国宝马公司为其轿车所配置的倒车雷达。
1.2.2倒车雷达当前存在的问题
超声波倒车雷达运用超声波测距原理结合单片机或IC的智能技术作为一种汽车倒车安全辅助装置具有结构简单、智能判断不受可见光限制等特点应用到了轿车当中,但现有的倒车雷达还仍然存在如下一些问题:
 最大有效探测距离的问题偏小,等到报警后再减速就很紧张,感到预警时间不充足;
 多数成品倒车雷达的显示速度因为考虑到抗干扰等因素,显示更新的速度约0.2~0 4 s,算上从倒车雷达发现目标到发出警报将需要1~2s,这时车已经行使了一段距离,这显然存在反应迟钝;
 多数倒车雷达的超声波传感器2~3个,单个传感器的水平探测角度约60~70度,这样势必造成2~3个盲区,而增加传感器的个数不但增加成本,而且提高故障率;
 以往关于倒车雷达的研究都采用的是不容易 ……(未完,全文共31024字,当前仅显示5580字,请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文:新型倒车雷达软件系统开发》