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1、指导文件5：毕业设计（论文）开题报告题 目（中文）基于单片机的超声波测距倒车雷达设计（英文）Based on Singlechip ultrasonic ranging reverse radar design 课题类型 课题来源 学生姓名 专业班级 指导教师 职 称 填写日期： 20*年 * 月 * 日一、选题的目的及研究意义随着社会的不断发展，尤其是近几年来，汽车已逐渐成为人们不可或缺的交通工具。然而，由于汽车的普及，因汽车所萌生的一系列问题正渐渐凸显出来。倒车，是每位驾驶员都必须掌握的技能，如同前行一样需要小心谨慎，每年都有倒车引起事故的报道，轻则对自己的车和他人的财物造成损伤，重则可能
2、危及人的性命，尤其是对儿童危害较大，他们体型较小，仅从后视镜来获取视野指导倒车仍有可能会对让们造成伤害。现如今后视镜已越来越不能满足人们安全倒车的需求了。因此，增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。安全避免障碍物的前提是快速、准确地测量障碍物与汽车之间的距离。为此，设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。本系统介绍了一种基于51单片机的超声波测距倒车系统的硬件和软件设计，该系统可以精确测得车尾与障碍物的距离，指导司机安全倒车。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 超声波是指频率在 20kHz106kHz
3、的机械波,波速一般为 1500m/s,波长为 0.01cm10cm。超声波的波长远大于分子尺寸 ,说明超声波本身不能直接对分子起作用 ,而是通过周围环境的物理作用影响分子 ,所以超声波的作用与其作用的环境密切相关。超声波既是一种波动形式 ,又是一种能量形式 ,在传播过程中与媒介相互作用产生超声效应。超声波与媒介相互作用可分为机械作用、空化作用和热作用。随着科学技术的发展 ,相关技术领域相互渗透 ,使超声波技术广泛应用于工业、化工、医学、石油化工等许多领域。超声波作为一种特殊的能量输入方式 ,所具有的高效能在材料化学中起到光、电、热方法所无法达到的作用 。仅从超声波在液体中释放的巨大能量来说就是
4、其他方法所望尘莫及的 ,更不用说超声波定量控制的效果了。近年来 ,随着超声波技术的日益发展与成熟 ,其在新材料合成、化学反应、传递过程的强化以及废水处理等领域都得到了广泛的应用 。在材料合成中 ,尤其是纳米材料的制备中 ,超声波技术有着极大的潜力。通过超声波方法制备纳米材料 ,达到了目前我们采用激光、紫外线照射和热电作用所无法实现的目标 ,具有很好的前景。 20年前出现的倒车雷达，严格而言，不属于雷达(无线电波)的产品。以最早出现的类似装置来讲，它是利用红外线的发射与接收的原理而做出的“倒车雷达”。最大的缺点是红外线波易受干扰，整个系统的警示音常呈现不稳定的乱鸣状态，另外对深黑色粗糙表面物体的
5、反应也较差。但更糟糕的是，无论是红外线发射器或接受器，只要任何一方让一层薄薄的冰雪或泥尘覆盖，系统就会失效。 最近在欧美又出现了一种电磁感应倒车雷达。在一线路套上一环型的感应圈(此线圈贴在后保险杠的内侧，车外表完全看不出有此装置)，以感应车后物体的有无。此种装置价格中等，并且完全隐密，算是一种好产品，但可惜的是，安装困难(必须卸下保险杠贴在内侧)，而且只能探测动态物品，当车在后退行进时，可探测到物体，但车一旦停止后退行进，则任何物体都不被认可。换言之，如有任何物品贴在后保险杠，当车一旦停止再启动后，此装置并不会告知驾驶者后方有物品贴在保险杠，此车不能再后退等。因此，实用性也相当有限。 日本、美
6、国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级汽车上。据海外媒体报道，戴姆勒克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车(尤指卡车)使用的电子刹车系统，它与其他刹车系统的区别在于，其在卡车车头设有雷达感应器，感应器在车前观察四周环境，并将所有收集的信息交由一控制器加工处理，形成一虚拟景象。之后再借助演算法的辅助来判断所发生状况是否需要利用刹车。未来两三年内这种新型刹车系统即可量产上市，但价格昂贵，目前定为3745欧元，其过高的成本限制了它应用的普遍性。在底特律国际车展上，通用公司的Precept概念车装了Do
7、nnelly公司生产的以摄像机为基础的后视镜系统。该系统用一个内后视镜和两个外后视镜采集汽车周围的景象，三个景象合成一个全景图像在中控台的视屏上显示出来，还用文字说明来传达信息。摄像机也可在倒车时使用，当车后近处有障碍物时，就及时让驾驶员知晓。迄今为止，国内外许多学者均着眼于测距传感器的研究。通常的倒车雷达主要由感应器、主机、显示设备等三部分组成。感应器发出和接受超声波信号，并将接收到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角45辐射，检查目标，能探索到那些低于保险杠而司机从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛，蹲在车后玩耍的儿童等：显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽
8、车据后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示司机停车。根据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式等种。转帖式感应器后有一层胶，可直接粘在后保险杠上：钻孔式感应器是在保险杠上钻一个洞，然后把感应器嵌进去：悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可以分为数字式、颜色式和蜂鸣式等三种。数字式显示设备是一只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接用数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这几代产品都各有特点，目前使用较多的是数码显示、荧屏
9、显示和魔幻镜倒车雷达这3种。因为，大力研究开发倒车雷达等主动式汽车辅助安全装置，将减少驾驶员的负担和判断错误，对于交通安全起到重要作用。显然，此类产品的研发具有极大的现实意义和广阔的应用前景。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或 设计（实验）方案进行说明 1.方案选择：目前常见的有超声波短距离测距，毫米波雷达长距离测距，激光测距，摄像系统测距等几种方法，按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择：方案1、采用毫米波雷达。优点：适合长距离测距。缺点：成本比较高，信号处理难度高。不适合处理短距离测距。方案2、红外测距。优点：成本低，精度高。缺点：测量距
10、离较近且受环境影响较大。方案3、激光测距。优点：精度最高，稳定性好，适合远距离测量。缺点：成本高，技术要求太高。 方案4、摄像系统测距：优点：能比较直观观察到车辆后面的实际情况。缺点：视频信号处理复杂，涉及到数字图像处理等，成本较高，一般消费者很难接受。 方案5、超声波测距。优点：原理简单，成本低，制作方便，适合在一般短距离的测距，其最佳距离为45米。缺点：有一定局限性（这时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；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）。通过对应用场合、成本和技术原因的研究，认为采用方案5最为实际有效。2.方案实现：系统采用超声波测
11、距原理。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，超声波发射器发出超声波脉冲，超声波接收器接收遇到障碍物反射回来的反射波，准确测量超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间，根据超声波的传播速度，可以计算出障碍物距离。作为一种非接触式的检测方式，和红外、激光、无线电测距相比，由于超声波具有穿透性较强、空气传播衰减小、反射能力强的特点，所以超声波测距具有在近距离范围内不受光线和雨雪雾的影响、结构简单、制作方便、成本低等优点。高速的单片机微秒级的机器周期，可实现较精确的时间测量。本电路采用12MHz的晶振，满足系统的性能要求。四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明参考文献
12、目录 1 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析M.北京航空航天大学出版社，2001（7）：298312 2 张毅刚.单片机原理及应用M.北京：高等教育出版社，2001 .3974073 杨恢先，黄辉先.单片机原理及应用M.上海：复旦大学出版社, 2002.36524 徐淑华，程退安，姚万生.单片机微型机原理及应用M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1994.85 5 戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用设计实例精讲.北京：电子工业出版社，20076 何立明.单片机应用系统抗干扰技术M.北京:北京航空航天大学出版社，2000.991107 涂时亮等编.单片微机软件设计技术M.重庆:科学技术文献出版社
13、重庆分社，2003.72 8 邦田. 电子电路实用抗干扰技术M.北京：人民邮电出版社，1994 .349 童诗白,华成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社,200110 夏路易,石宗义.电路原理图与电路板设计教程PROTELL99SE.北京：北京希望电子出版社,200211 高鹏 安涛 寇怀成.电路设计与制版一 PROTEL99入门与提高M 北京: 人民邮电出版社，2000，1-305 12 赵晶.电路设计与制版 PROTEL99高级应用M 北京:人民邮电出版社，2000，1-40513 贾兴泉.连续波雷达数据处理专著 北京:国防工业出版社，2005，1-22314 黄培康，殷红成，许小
14、剑.雷达目标特性专著 北京:电子工业出版社，2005，1-338 15 张谦琳.超声波检测原理和方法.北京：中国科技大学出版社，1993.10 16 沈小丰等. 电子技术实践基础.清华大学出版社，2005.09，130141 五、毕业设计进程安排2012、2、20 -2012、3、8：收集相关设计材料并熟悉设计要求、完成开题报告2011、3、9-2011、3、17： 初步进行硬件设计，并绘制电路图2012、3、18 -2012、4、14： 制作实物并调试2012、4、15-2012、5、10：撰写毕业设计文稿2012、5、11-2012、5、20： 定稿、打印、装订成册2012、5、21-2012、5、30：准备毕业答辩