基于單片機(jī)的超聲波測距倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

指導(dǎo)文件5：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 電子信息與電氣工程學(xué)院 系（院） 20*屆題 目（中文）基于單片機(jī)的超聲波測距倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)（英文）Based on Singlechip ultrasonic ranging reverse radar design 課題類型 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 課題來源 自選 學(xué)生姓名 * 專業(yè)班級 * 指導(dǎo)教師 * 職 稱 * 填寫日期： 20*年 * 月 * 日一、本課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義隨著社會的不斷發(fā)展，尤其是近幾年來，汽車已逐漸成為人們不可或缺的交通工具。然而，由于汽車的普及，因汽車所萌生的一系列問題正漸漸凸顯出來。倒車，是每位駕駛員都必須掌握的技能，如同前行一樣需要小心謹(jǐn)慎，每年都有倒車引起事故的報(bào)道，輕則對自己的車和他人的財(cái)物造成損傷，重則可能危及人的性命，尤其是對兒童危害較大，他們體型較小，僅從后視鏡來獲取視野指導(dǎo)倒車仍有可能會對讓們造成傷害?，F(xiàn)如今后視鏡已越來越不能滿足人們安全倒車的需求了。因此，增加汽車的后視能力，研制汽車后部探測障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速、準(zhǔn)確地測量障礙物與汽車之間的距離。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。本系統(tǒng)介紹了一種基于51單片機(jī)的超聲波測距倒車系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)可以精確測得車尾與障礙物的距離，指導(dǎo)司機(jī)安全倒車。二、文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)況和發(fā)展趨向） 超聲波是指頻率在 20kHz106kHz的機(jī)械波,波速一般為 1500m/s,波長為 0.01cm10cm。超聲波的波長遠(yuǎn)大于分子尺寸 ,說明超聲波本身不能直接對分子起作用 ,而是通過周圍環(huán)境的物理作用影響分子 ,所以超聲波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。超聲波既是一種波動形式 ,又是一種能量形式 ,在傳播過程中與媒介相互作用產(chǎn)生超聲效應(yīng)。超聲波與媒介相互作用可分為機(jī)械作用、空化作用和熱作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域相互滲透 ,使超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、化工、醫(yī)學(xué)、石油化工等許多領(lǐng)域。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式 ,所具有的高效能在材料化學(xué)中起到光、電、熱方法所無法達(dá)到的作用 。僅從超聲波在液體中釋放的巨大能量來說就是其他方法所望塵莫及的 ,更不用說超聲波定量控制的效果了。近年來 ,隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與成熟 ,其在新材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過程的強(qiáng)化以及廢水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用 。在材料合成中 ,尤其是納米材料的制備中 ,超聲波技術(shù)有著極大的潛力。通過超聲波方法制備納米材料 ,達(dá)到了目前我們采用激光、紫外線照射和熱電作用所無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) ,具有很好的前景。 20年前出現(xiàn)的倒車?yán)走_(dá)，嚴(yán)格而言，不屬于雷達(dá)(無線電波)的產(chǎn)品。以最早出現(xiàn)的類似裝置來講，它是利用紅外線的發(fā)射與接收的原理而做出的“倒車?yán)走_(dá)”。最大的缺點(diǎn)是紅外線波易受干擾，整個系統(tǒng)的警示音常呈現(xiàn)不穩(wěn)定的亂鳴狀態(tài)，另外對深黑色粗糙表面物體的反應(yīng)也較差。但更糟糕的是，無論是紅外線發(fā)射器或接受器，只要任何一方讓一層薄薄的冰雪或泥塵覆蓋，系統(tǒng)就會失效。 最近在歐美又出現(xiàn)了一種電磁感應(yīng)倒車?yán)走_(dá)。在一線路套上一環(huán)型的感應(yīng)圈(此線圈貼在后保險(xiǎn)杠的內(nèi)側(cè)，車外表完全看不出有此裝置)，以感應(yīng)車后物體的有無。此種裝置價格中等，并且完全隱密，算是一種好產(chǎn)品，但可惜的是，安裝困難(必須卸下保險(xiǎn)杠貼在內(nèi)側(cè))，而且只能探測動態(tài)物品，當(dāng)車在后退行進(jìn)時，可探測到物體，但車一旦停止后退行進(jìn)，則任何物體都不被認(rèn)可。換言之，如有任何物品貼在后保險(xiǎn)杠，當(dāng)車一旦停止再啟動后，此裝置并不會告知駕駛者后方有物品貼在保險(xiǎn)杠，此車不能再后退等。因此，實(shí)用性也相當(dāng)有限。 日本、美國和歐洲等國的大汽車公司都投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力，采用先進(jìn)的毫米波雷達(dá)、CCD攝像機(jī)、GPS和高檔微機(jī)等制成安全預(yù)警系統(tǒng)，使用在其所開發(fā)的高級汽車上。據(jù)海外媒體報(bào)道，戴姆勒克萊斯勒公司日前成功開發(fā)出供商用車(尤指卡車)使用的電子剎車系統(tǒng)，它與其他剎車系統(tǒng)的區(qū)別在于，其在卡車車頭設(shè)有雷達(dá)感應(yīng)器，感應(yīng)器在車前觀察四周環(huán)境，并將所有收集的信息交由一控制器加工處理，形成一虛擬景象。之后再借助演算法的輔助來判斷所發(fā)生狀況是否需要利用剎車。未來兩三年內(nèi)這種新型剎車系統(tǒng)即可量產(chǎn)上市，但價格昂貴，目前定為3745歐元，其過高的成本限制了它應(yīng)用的普遍性。在底特律國際車展上，通用公司的Precept概念車裝了Donnelly公司生產(chǎn)的以攝像機(jī)為基礎(chǔ)的后視鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)用一個內(nèi)后視鏡和兩個外后視鏡采集汽車周圍的景象，三個景象合成一個全景圖像在中控臺的視屏上顯示出來，還用文字說明來傳達(dá)信息。攝像機(jī)也可在倒車時使用，當(dāng)車后近處有障礙物時，就及時讓駕駛員知曉。迄今為止，國內(nèi)外許多學(xué)者均著眼于測距傳感器的研究。通常的倒車?yán)走_(dá)主要由感應(yīng)器、主機(jī)、顯示設(shè)備等三部分組成。感應(yīng)器發(fā)出和接受超聲波信號，并將接收到的信號傳輸?shù)街鳈C(jī)，再通過顯示設(shè)備顯示出來。感應(yīng)器裝在后保險(xiǎn)杠上，以角45輻射，檢查目標(biāo)，能探索到那些低于保險(xiǎn)杠而司機(jī)從后窗又難以看見的障礙物并報(bào)警，如花壇，蹲在車后玩耍的兒童等：顯示設(shè)備裝在儀表板上，提醒駕駛員汽車據(jù)后面物體還有多少距離，到危險(xiǎn)距離時，蜂鳴器就開始鳴叫，提示司機(jī)停車。根據(jù)感應(yīng)器種類不同，倒車?yán)走_(dá)可分為粘貼式、鉆孔式和懸掛式等種。轉(zhuǎn)帖式感應(yīng)器后有一層膠，可直接粘在后保險(xiǎn)杠上：鉆孔式感應(yīng)器是在保險(xiǎn)杠上鉆一個洞，然后把感應(yīng)器嵌進(jìn)去：懸掛式感應(yīng)器主要用于載貨車。根據(jù)顯示設(shè)備種類不同，倒車?yán)走_(dá)又可以分為數(shù)字式、顏色式和蜂鳴式等三種。數(shù)字式顯示設(shè)備是一只如傳呼機(jī)大小的盒子，安裝在駕駛臺上，直接用數(shù)字表示汽車與后面物體的距離，并可精確到1厘米，讓駕駛員一目了然。經(jīng)過幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)過了數(shù)代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價格上，這幾代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，目前使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這3種。因?yàn)?，大力研究開發(fā)倒車?yán)走_(dá)等主動式汽車輔助安全裝置，將減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯誤，對于交通安全起到重要作用。顯然，此類產(chǎn)品的研發(fā)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。三、擬采取的研究方法（方案、技術(shù)路線等）和實(shí)現(xiàn)的可行性論證 1.方案選擇：目前常見的有超聲波短距離測距，毫米波雷達(dá)長距離測距，激光測距，攝像系統(tǒng)測距等幾種方法，按照常規(guī)技術(shù)的應(yīng)用有以下三種方案可供選擇： 方案1、采用毫米波雷達(dá)。優(yōu)點(diǎn)：適合長距離測距。缺點(diǎn)：成本比較高，信號處理難度高。不適合處理短距離測距。 方案2、攝像系統(tǒng)測距：優(yōu)點(diǎn)：能比較直觀觀察到車輛后面的實(shí)際情況。缺點(diǎn)：視頻信號處理復(fù)雜，涉及到數(shù)字圖像處理等，成本較高，一般消費(fèi)者很難接受。 方案3、超聲波測距。優(yōu)點(diǎn)：原理簡單，成本低，制作方便，適合在一般短距離的測距，其最佳距離為45米。缺點(diǎn)：有一定局限性（這時因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣仁芴鞖庥绊戄^大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；對于遠(yuǎn)距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降）。通過對應(yīng)用場合、成本和技術(shù)原因的研究，認(rèn)為采用方案3最為實(shí)際有效。2.方案實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)采用超聲波測距原理。超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。工作時，超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波脈沖，超聲波接收器接收遇到障礙物反射回來的反射波，準(zhǔn)確測量超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時間，根據(jù)超聲波的傳播速度，可以計(jì)算出障礙物距離。作為一種非接觸式的檢測方式，和紅外、激光、無線電測距相比，由于超聲波具有穿透性較強(qiáng)、空氣傳播衰減小、反射能力強(qiáng)的特點(diǎn)，所以超聲波測距具有在近距離范圍內(nèi)不受光線和雨雪霧的影響、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。高速的單片機(jī)微秒級的機(jī)器周期，可實(shí)現(xiàn)較精確的時間測量。本電路采用12MHz的晶振，滿足系統(tǒng)的性能要求。四、預(yù)期結(jié)果（或預(yù)計(jì)成果） 本系統(tǒng)可以較準(zhǔn)確的完成對汽車尾部3m以內(nèi)障礙物和突然闖入危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的行人的自動探測功能，并報(bào)警提示司機(jī)采取措施,極大的提高汽車倒車時的安全性。五、研究進(jìn)度安排2011、3、21 -2011、3、27：收集相關(guān)設(shè)計(jì)材料并熟悉設(shè)計(jì)要求2011、3、28-2011、4、17： 初步進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，并把電路圖繪制及印制電路板2011、4、18 -2011、4、24： 制作實(shí)物2011、4、25-2011、5、10：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)文稿2011、5、11-2011、5、20： 定稿、打印、裝訂成冊2011、5、21-2011、5、30：準(zhǔn)備畢業(yè)答辯六、主要參考文獻(xiàn)1、 參考文獻(xiàn)目錄 1 沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例與分析M.北京航空航天大學(xué)出版社，2001（7）：298312 2 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2001 .3974073 楊恢先，黃輝先.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社, 2002.36524 徐淑華，程退安，姚萬生.單片機(jī)微型機(jī)原理及應(yīng)用M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1994.85 5 戴佳，戴衛(wèi)恒.51單片機(jī)C語言應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例精講.北京：電子工業(yè)出版社，20076 何立明.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2000.991107 涂時亮等編.單片微機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)M.重慶:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社，2003.72 8 邦田. 電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù)M.北京：人民郵電出版社，1994 .349 童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社,200110 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