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基于单片机控制的泊车辅助系统设计--毕业名师资料.doc

1、基于单片机控制的泊车辅助系统设计 毕业名师(完整版)资料(可以直接使用,可编辑 优秀版资料,欢迎下载)(2021届)本科毕业设计(论文)资料题 目 名 称:基于单片机控制的泊车辅助系统设计 学 院(部): 电气与信息工程学院 专 业: 电气工程及其自动化技术 学 生 姓 名: 班 级: 电自095 学号 指导教师姓名: 职称 最终评定成绩: 湖南工业大学教务处 2021届本科毕业设计(论文)资料第一部分 毕业论文(2021届)本科毕业设计(论文)学 院(部): 电气与信息工程学院 专 业: 电气工程及其自动化技术 学 生 姓 名: 宫天立 班 级:电自095 学号 指导教师姓名: 周 翔 职称

2、 讲 师 最终评定成绩 2021年6月 摘 要现如今马路上车辆的数量正在逐年增长,因此车辆的停放问题必须得到很好的解决,否则后果不堪设想。停车时如果光是靠驾驶员的经验和技术是不够的,所以智能泊车辅助系统(倒车雷达)也就因此而诞生。泊车辅助系统是一种能够实时显示车后障碍物状况的汽车倒车辅助装置,在现实生活中应用十分广泛。泊车辅助系统又称倒车雷达,是汽车泊车安全辅助装置,能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况,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,提高了安全性。一般由超声波传感器(俗称探头)、控制器和显示器等部分组成,现在市

3、场上的倒车雷达大多采用超声波测距原理,驾驶者在倒车时,启动倒车雷达,在控制器的控制下,由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波,遇到障碍物,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警示信号,得到及时警示,从而使驾驶者倒车时做到心中有数,使倒车变得更轻松。倒车雷达的提示方式可分为液晶、语言和声音三种;接收方式有无线传输和有线传输等。本方案采用语音提示的方式,本文介绍了以AT89C51单片机为核心的一种低成本、高精度、微型化,并有数字显示和声光报警功能的倒车雷达系统。利用AT89C51单片机所具备的单芯片语音功能,外接三个超声波测距模组,组成

4、一个示例的倒车雷达系统,语音提示报警(0.35m1.5m)范围内的障碍物。其次,单片机是一种具有集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉的芯片,因此在控制,数据采集,机电一体化,智能化仪表、家用电气以及网络技术等各方面得到广泛应用,本设计主要研究了单片机在泊车辅助系统中的应用。本次设计选用的芯片为AT89C2051,AT89C2051是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器

5、的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C2051是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本AT89C2051单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。关键词:倒车雷达,单片机,超声波传感器,控制器,显示器ABSTRACTNowadays the number of vehicles on the road are increased year by year, so the c

6、ar parking problem must be solved to obtain the very good, otherwise the consequence is unimaginable. When parking, if its not enough to be on the drivers experience and technology, so the intelligent parking assist system (reversing radar) is born. Parking assist system is a kind of real time displ

7、ay barrier condition after a car reverse assist device, they are widely used in real life. Parking assistant system is also called the reversing radar, car parking auxiliary device security, more intuitive to voice or show told driver around obstacles, lifted the driver parking and starting vehicles

8、 caused by visiting around it, and help the driver to eliminate the blind spot and blurred vision defects, improve the safety. Generally by the ultrasonic sensor (commonly known as probe), controller and display components, reversing radar in the market now is mostly USES the ultrasonic ranging prin

9、ciple, the driver when reversing, start reversing radar, under the control of the controller, the device on the rear bumper send ultrasonic probe, encountered obstacles, produce echo signal, the sensor receives the echo signal from the controller for data processing, determine the position of the ob

10、stacles, the display shows distance and issued a warning signal, get timely warning, so that the driver when reversing, accomplish know fairly well, make the reversing has become more relaxed. Reversing radar of LCD, language and voice prompt can be divided into three kinds; Reception mode such as w

11、ireless transmission and cable transmission. This scheme adopts the voice prompt manner, this paper introduces the AT89C51 single-chip microcomputer as the core of a low cost, high precision, miniaturization, and has the function of digital display and audible and visual alarm reversing radar system

12、. Using AT89C51 single chip have voice capability, external three ultrasonic ranging module, composed of a sample of reversing radar systems, voice alarm (0.35 m 1.5 m) within the scope of the obstacles.Second, SCM is a kind of high integration, fast computing speed, small volume, reliable operation

13、, low price chip, so in control, data acquisition, mechanical and electrical integration, intelligent instruments, household electrical and network technology is widely used and so on various aspects, this design is mainly study the application of microcontroller in the parking auxiliary system.This

14、 design chooses the chip AT89C51, AT89C51 is a with 4 k byte FLASH Memory (FPEROM - FLASH Programmable and Erasable Read Only Memory) of low voltage, high performance CMOS 8-bit microprocessor, commonly known as the single chip microcomputer. AT89C2051 is a zone 2 k byte flash programmable microcont

15、roller can erase the read only memory (ROM). MCU can erase read-only memory can be erased repeatedly 1000 times. The mining ATMEL high-density nonvolatile memory device manufacture technology, and industry standard of MCS - 51 JiaoXiang compatible instruction set and output pipe. Due to the multi-fu

16、nction 8-bit CPU and flash memory in single chip AT89C51 of ATMEL is an effective and micro controller, AT89C2051 is it a stripped-down version of AT89C51 as many embedded control system provides a high flexibility and low price.Keywords: Reversing radar, single-chip, ultrasonic sensor, controller a

17、nd display目 录摘 要IABSTRACTII目 录IV前 言1第1章 绪 论21.1 选题的意义21.2 泊车辅助系统的应用与发展21.3 泊车辅助系统的发展方向与趋势31.4 系统工作原理4第2章 泊车辅助系统的设计方案62.1 测距方式和提示方式比较6测距方式6预警提示方式82.2 方案确定8测距探测器方案9超声波发射方案10超声波回波接收方案10温度测量及补偿方案11显示及报警方案11第3章 系统硬件设计123.1 硬件框图123.2 单片机最小系统设计123.3 超声波发送电路设计133.4 超声波接收电路设计153.5 温度测量电路设计173.6 报警电路设计193.7 显

18、示电路设计193.8 电源电路设计21+5V和+12V稳压电源21稳压电源电路223.9 器件选型22单片机22超声波传感器23第4章 系统软件设计和仿真244.1 系统软件结构244.2 软件程序设计24主程序24三通道选择程序26三通道数值比较程序26距离计算子程序27报警及显示程序31外部中断程序324.3 系统仿真33结 论36参考文献37致 谢38附 录 总电路图39前 言随着社会的发展,汽车数量不断增加,人们便对汽车操作的便捷性愈加挑剔。汽车倒车时的不便被汽车制造行业所重视。人们希望有一种装置能够实现汽车“后视”功能,在倒车时能够提示人们汽车后方是否有障碍物以及障碍物与汽车的大致距

19、离等。基于以上原因,出现了超声波汽车倒车雷达。超声波汽车倒车雷达是一种汽车泊车安全辅助装置,能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况,帮助驾驶员扫除视野死角,提高驾驶的安全性。本文设计了一种超声波汽车倒车雷达,用超声波传感器发射和接收超声波测距,DS1820芯片测温,AT89C2051单片机做处理器,处理数据并计算声速及距离,用LED数码管显示距离,报警器及示意指示灯报警。本课题的主要研究内容有以下几个方面:(1)简述了设计超声波汽车倒车雷达的目的和意义,以及超声波汽车倒车雷达的应用及发展状况。(2)简要论述了超声波汽车倒车雷达的工作原理、基本组成,以及系统的方案,工作流程和系统的

20、性能要求。(3)重点对超声波汽车倒车雷达硬件部分进行了分析与设计。主要是对超声波发射、接收、温度测量,报警及显示电路的分析与设计。(4)较为详细的说明了系统软件流程,关键部分还给出了流程图和相关程序。(5)最后对超声波汽车倒车雷达设计过程中所做工作进行了总结。第1章 绪 论1.1 选题的意义随着我国经济的飞速发展交通运输车辆的不断增多而由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。其中倒车事故由于发生的频率极高已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的倒车镜有死角,驾车者目测距离有误差视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率。尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出

21、。而倒车事故给车主带来的许多麻烦,由此汽车高科技产品家族中专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生。倒车雷达的加装可以解决驾驶人员后顾之忧从而大大降低倒车事故的发生。倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”也叫“泊车辅助装置”是汽车泊车安全辅助装置。它能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况,解除了驾驶员泊车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰并帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷,提高驾驶的安全性。倒车雷达的原理与普通雷达一样是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发生超声波然后通过反射回来的超声波判断前方是否有障碍物以及障碍物的距离、大小、方向

22、、形状等。只不过由于倒车雷达体积大小及实用性的限制,目前其主要功能仅为判断障碍物与车的距离并做出提示。1.2 泊车辅助系统的应用与发展经过五年的发展,倒车雷达系统已经过了七代的技术改良,不管从结构外观上,还是从性能价格上,这六代产品都各有特点,使用较多的是数码显示、荧屏显示、防炫目、和魔幻镜倒车雷达这四种。第一代倒车喇叭提醒“倒车请注意”!想必不少人还记得这种声音,这就是倒车雷达的第一代产品,现在只有小部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档,它就会响起,提醒周围的人注意。从某种意义上说,它对司机并没有直接的帮助,不是真正的倒车雷达。第二代轰鸣器提示这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时,如果车后1.

23、8米1.5米处有障碍物,轰鸣器就会开始工作。轰鸣声越急,表示车辆离障碍物越近。第三代数码波段显示比第二代进步很多,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0.60.8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。第四代液晶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

24、现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离。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。魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提 、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,是目前市面上最先进的倒车雷达系统。第六代无线倒车雷达全新无线液晶倒车雷达,融无线连接、 倒车雷达、彩色液晶显示、BP警示音、于一体。由于普通倒车雷达安装时,从车后雷达主机到车前仪表台上显示器要布一条线,这样要拆装车内的装饰板、胶条等,非常不方便。现在最新推出的第六代无线液晶倒车雷达,

25、一举解决此问题,车后主机和显示器之间无线连接,方便快捷。更可在大巴、卡车等车身长的车上使用,使安装更容易。第七代MP3倒车雷达这一代倒车雷达实现了行业的创新。倒车雷达与车载MP3完美结合,在倒车雷达的基础上增加了MP3调频发射功能;具备了倒车雷达功能同时融合了车载MP3的功能。当进入MP3播放时两边的色条停止显示,数字屏显示当前MP3发射频率;当车进入倒车状态时,MP3播放自动停止,色条指示开启,数字屏显示障碍物距离,屏幕进入倒车指示状态。 1.3 泊车辅助系统的发展方向与趋势随着我国经济的快速发展,人们的收入稳步提高,对中高档汽车的需求量将快速上升,并将成为主流,而中高档汽车在电子产品的配置

26、方面不仅全面,而且越来越向智能化、系统化、多功能方向发展,倒车雷达将成为整个系统中的一部分功能,而不再是一个单个的产品或零配件,倒车雷达与多媒体、GPS、各种传感器的、电脑等电子产品、软件系统的结合或集成已成为中高端市场的趋势,而这些高端汽车电子产品正是国内企业的弱势。 随着汽车整车厂商进入中国,目前国际上知名的汽车电子配套厂商也都在中国安营,除了摩托罗拉外,还有西门子、德尔福等,同时一些汽车企业还在大量从国外进口汽车电子产品。目前,国内市场70%以上的汽车电子市场份额被国外企业占领,而算上合资企业,国内企业在汽车电子领域的市场份额也不过30%。另一方面,由于汽车电子产品的集成化、系统化,大部

27、分实力较弱的电子产品,包括乘用车倒车雷达生产企业的销售将由原来的汽车销售、服务环节转为直接为汽车生产企业及相关系统集成商配套服务。因此未来几年内,包括乘用车倒车雷达产品的后装市场会逐渐萎缩,市场将逐渐朝向前方向发展。 在此趋势下,前装或者出口市场将成为后装企业的出路选择。倒车雷达企业只有企业凭借着成本等优势走出国门,将业务拓展到了海外市场,才有望打开局面。1.4 系统工作原理倒车雷达是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。探头装在后保险杠上,根据不同价格和品牌,探头有二、三、四、六、八、十、十二只不等,主要安装于前后保险杠上。探头能够以最大水平120度垂直70度范围辐

28、射,上下左右搜寻目标。它最大的好处是能探索到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物,并报警,如花坛、路肩、蹲在车后玩耍的小孩等。倒车雷达的显示器装在后视镜上,它不停地提醒司机车距后面物体还有多少距离,到距离危险时,蜂鸣器就开始鸣叫,以鸣叫的间断/连续急促程度,提醒司机对障碍物的靠近,及时停车。倒车雷达就相当于超声波探头,从整体上来说超声波探头可以分为两大类:一是用电气方式产生超声波,其二是用机械方式产生超声波,鉴于较为常用的是压电式超声波发生器,它有两个电晶片和一个共振板,当两极外加脉冲信号,它的频率等于压电晶片的固有震荡频率时,压力晶片将会发生共振,并带动共振板振动,将机械的能转为电信号

29、的这一过程,这就成了超声波探头的工作原理。为了更好地研究超声波和利用起来,人们已经设计和制造出很多超声波发声器,超声波探头加以运用在使用汽车倒车雷达上。这种原理用在一种非接触检测技术上,用于测距来说其计算简单,方便迅速,易于做到实时控制,距离准确度达到工业实用的要求。倒车雷达用于测距上,在某一时刻发出超声波信号,在遇到被测物体后的射回信号波,被倒车雷达接收到,得用在超声波信号从发射到接收回波信号这一个时间而计算出在介质中的传播速度,这就可以计算出探头与被探测到的物体的距离。探测盲区虽然倒车雷达给我们带来很多方便,但不能过分依赖,因为雷达也有盲区,在以下这几种情况下,雷达是不会做出反应的:过于低

30、矮的障碍物一般来说低于探头中心1015cm以下的障碍物就有可能被探头所忽视,而且障碍物距离车位距离越近,这一高度值也就会随之降低,危险性也随之增大。过细的障碍物由于雷达探头发射的声波信号较窄,因此在探测较细的障碍物是存在着较大的盲区,一些道路上用来阻隔车辆的隔离桩,电线杆上的斜拉钢缆都是危险物品。沟坎雷达是用来探测障碍物的,车后有着沟坎,那么雷达是绝对不会做出反应的。第2章 泊车辅助系统的设计方案2.1 测距方式和提示方式比较 测距方式测距方式对系统测量精度及稳定性都有较大影响。因此选择一种合适的测距方式对系统性能提高有很大帮助。目前汽车倒车探测器使用的距离测量方式多种多样,主要有激光测距、红

31、外线测距、CCD摄象机和超声波测距这几种,它们各有优缺点,下面对它们各自的特点进行详细分析和比较。一、 激光测距激光测距装置是一种光子雷达系统,它具有测量时间短、量程大、精度高等优点,在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。非成像式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是:从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后,用扫描镜左右扫描,向空间发射,照射在前方车辆或其他目标上,其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤,被导入到信号处理装置内的光电二极管,利用计数器计算激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间

32、的时间差,即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。成像式激光雷达又可分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。扫描成像激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来,利用扫描器控制激光的射出方向,通过对整个视场进行逐点扫描测量,即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出,照射待测区域。由于非扫描成像激光雷达测点数目大大减少,从而提高了系统三维成像速度。在汽车测距系统中,非成像式激光雷达更具有实用价值。同成像式激光雷达相比,具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光雷达测距仪器工

33、作环境是处于高速运动的车体中,振动大,对其稳定性、可靠性提出了较高的要求,其体积也受到了一定的限制,同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。目前,在汽车上,上述各种激光雷达测距仪均有应用,但成像式激光雷达还在进一步研究之中。二、红外线测距红外线的波长比可见光线长,是肉眼看不见的光,波长为0.751000m。有显著的热效应和较强的穿透云雾的能力。同时,任何物体在任何时候都会发出红外线。车载传感器通过发射并接收前方物体反射回的红外线,依据信号的强弱及波长的不同,同时分析时间差,可分析出前方物体的性质及与汽车的距离。但其由于波长及大小很难准确分辩,因此红外传感器角度分辨率高,而距离分辨率低。由于红

34、外线人类肉眼感知不到,具有极强的隐蔽性,夜间同样不妨碍测距仪的工作,故该种测距仪广泛应用在军用汽车上。但是,它比较容易受到光源和热源影响。三、 CCD 摄像机CCD ( Charge Coupled Device)摄像机即电荷耦合器摄像机,它是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确等优良特性,在汽车行业也得到了广泛的应用。利用面阵CCD,可获得被测视野的二维图像,但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD摄像机的系统称为单目摄像系统,在汽车上常用于倒车后视系统,辅助驾驶员获得后视死角信息,以避免倒车撞物。为获得目标三维信息,模拟人的双目

35、视觉原理,利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成像,通过对这两幅图像进行计算机分析处理,即可确定视野中每个物体的三维坐标,这一系统称为双目摄像系统。双目摄像系统模仿人体视觉原理,测量精度高。但目前价格较高,同时由于受软件和硬件的制约,成像速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高,最终将得到广泛应用。四、 超声波测距超声波一般指频率在40KHz以上的机械波,具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点,超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时,超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲,并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后,也向测量逻辑电

36、路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理,自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波在空气中传播的速度会受到温度、湿度、大气压力等因素的影响,在这些因素中,温度对其速度的影响更大一些,而且环境温度的变化更为经常。研究表明,声速v与热力学温度的平方根成正比,温度越高声速越大,温度越低声速越小。0时,空气中声速的实验值为331.45m / s,而空气中声速的近似表达式为: (m/s),根据计时器记录的时间t,可以计算出发射点距障碍物的距离s,即: 。这就是所谓的时间差测距法。超声波测距仪原理简单,在自身特性谐振点40KHz附近可获得较高的灵敏度;谐振带宽、波束角可以通过制作工

37、艺控制得很窄,有利于抗声波干扰设计;不受无线电频谱资源限制,易于抗电磁干扰设计;超声波测距系统成本低、性能稳定可靠,应用前景好。但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性,这是因为超声波的传输速度受天气影响较大,不同的天气条件下传播速度不一样;另一方面是对于远距离的障碍物,由于反射波过于微弱,使得灵敏度下降。故超声波测距常用于在短距离测距,最佳距离为4-5m,一般应用在汽车倒车防撞系统上。通过对以上几种测距方式的分析比较,可以看出超声波测距方式在短距和低速测量方面比上述其它几种技术更具优越性。因此本设计采用超声波测距方式。 预警提示方式预警提示方式好坏是设计的汽车倒车探测器是否实用的重要标志。目

38、前主要有轰鸣器提示、数码波段显示、液晶荧屏显示,魔幻镜显示,音响提示等单个或多种方式相结合的提示方式,下面对这几种提示方式进行分析和比较。一、轰鸣器提示车体与障碍物距离的改变使电路中电压或电流变化不同给蜂鸣器不同信号,轰鸣声越急,表示车辆离障碍物越近。此方式没有语音提示,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,对司机帮助不大。二、数码波段显示数码和波段组合在一起,数码显示产品显示距离数字,而波段显示产品由3种颜色来区别:绿色代表安全距离,一般表示障碍物与车体的距离有0.8m以上;黄色代表警告距离,一般表示与障碍物的距离只有0.60.8m;红色代表危险距离,一般表示与障

39、碍物之间只有不到0.6m的距离。这种方式比较实用,一目了然,但没有声响,警示效果不好。三、液晶荧屏显示动态显示,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。不过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。 四、魔幻镜显示,音响提示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,颜色款式多样。语音提示比较方便,避免驾驶员过度关注显示器,分散注意力。但需要专业集成芯片,技术上较为复杂。此方案造价较高,比较适合高档汽车,可以按照个人需求和车内装饰选配。 五、声音数码距离显示指示灯数码管显示距离,声音、指示灯提示,比较实用,直观,方便。

40、通过对预警提示方式的分析,综合其特点,采用声音、LED数码管灯相结合的提示方式。2.2 方案确定本次设计方案采用超声测距方式,DS1820芯片测温,AT89C2051单片机做处理器,处理数据并计算声速及距离,用LED数码管显示距离,用报警器、示意指示灯报警。倒车时倒档启动探测器系统,单片机AT89C2051作为主控器,控制DS1820芯片并处理所测得的温度数据。控制由555定时器及超声波换能器 CSB40T组成的发射电路发射超声波,同时启动内部定时器T0开始计时。当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回,经滤波电容,放大器,电压比较器传给单片机的INT0口。如果INT0接收的信号由高电平变为低电平

41、,此时表明信号已经返回,微处理器进入中断,关闭定时器。再把定时器中的数据经过换算结合由所测温度值换算出的声速值就可以得出车体与障碍物之间的距离。根据计算的车体与障碍物之间的距离值及其与设定距离值的比较结果给显示电路及提醒电路不同提醒信号,产生不同的声光效果,引起驾驶人员注意,以便采取相应行动。AT89C2051单片机系统超声波换能器驱动电路超声波换能器CSB40T超声波换能器CSB40R隔直滤波三级放大电压比较器,阀值电压可调扩音器报警电路温度测量DS1820数码管距离显示发光二极管图2.2 系统结构 测距探测器方案除了上述方案分析比较中讲述的超声波测距所独有的优点外超声波测距在某些特定场合还

42、有着显著的优点,超声波测距系统是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的,因此它是一种非接触式的测量,所以它能够在某些特定场合或环境比较恶劣的环境下使用。考虑到所设计产品是主要服务于普通用户,而且要求结构简单、制作方便、成本低廉实用性强。因此选择利用超声波传感器来作为探测器。由发射波束特性知,由于扩散角的原因,超声波的角度分辨率较低,但距离分辨率较高(1cm左右),目前最大探测距15m,最小盲区0.3-0.4m。超声波传感器具有反应灵敏、探测速度快(一个测量周期仅需几十毫秒)的优点,而且结构简单,体积小,成本低。传感器的工作频率是测距系统的主要技术参数,它直接影响超声波的扩散

43、和吸收损失,障碍物反射损失、背景噪声,并直接决定传感器的尺寸。工作频率的确定主要基于以下几点考虑:(1)如果测距的能力要求很大,声波传播损失就相对增加,由于介质对声波的吸收与声波频率的平方成正比,为减小声波的传播损失,就必须降低工作频率。(2)工作频率越高,对相同尺寸的换能器来说,传感器的方向性越尖锐,测量障碍物复杂表面越准,而且波长短,尺寸分辨率高,“细节”容易辩识清楚,因此从测量复杂障碍物表面和测量精度来看,工作频率要求提高。(3)从传感器设计角度看,工作频率越低,传感器尺寸就越大,制造和安装就越困难。综上所述,由于本测距仪最大测量量程不大 因而选择测距仪工作频率在40KHz,发射角与接收

44、角均为60度的锥角。这样传感器方向性尖锐,且避开了噪声,提高了信噪比;虽然传播损失相对低频有所增加,但不会给发射和接收带来困难。所以本方案选用的探头是收发分体式40KHz的超声传感器。 超声波发射方案发射电路通常有调谐式和非调谐式。在调谐式电路中有调谐线圈(有时装在探头内),调谐频率由调谐电路的电感、电容决定。发射出的超声脉冲频带较窄。在非调谐式电路中没有调谐元件。发射出的超声频率主要由压电晶片的固有参数决定,频带较宽。本文采用非调谐式。为了将一定频率、幅度的交流电压加到发射传感器的两端,使其振动发出超声波,电路频率的选择应该满足发射传感器的固有频率40KHz。这样才能使其工作在谐振频率,达到

45、最优的特性。发射电压从理论上是越高越好,因为对同一个发射传感器而言,电压越高,发射的超声功率就越大,这样能够在接收传感器上接收的回波功率就比较大,对于接收电路的设计就相对简单一些。但是,每一个实际的发射传感器有其工作电压的极限值,即当工作电压超过了这个极限值以后,会对传感器的内部造成不可回复的损害。因此,工作电压不能超过这个极限值。发射部分的点脉冲电压很高,但是由障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压只达毫伏级,甚至微伏。要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度。本文采用由555定时器构成的多谐震荡器驱动超声波传感器,驱动频率为40KHz。 超声波回波接收方案在超声波发射完毕后,再延迟一

46、小段时间才能进行接收,目的是为了避免单片机对发射头直接传送到接收头的信号进行响应而不能正常工作。超声波回波经过超声波接收传感器,电容隔直滤波,一、二级放大,三级增益放大后进入比较器LM324,这样在比较器的输出端将得到40KHz的方波输入到单片机INT0引脚以产生中断。但是由于超声波传感器固有特性,即盲区的存在,对回波的接收和处理造成了一定程度的影响。 温度测量及补偿方案温度对超声波波速影响非常大,极大的影响测距精度,需要进行温度补偿。本设计采用DS1820芯片进行测温。由单片机处理后进行补偿。DS1820芯片是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,温度测量范围是-55到+120 ,可编程

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