东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文) 第 2 页 1.2 倒车雷达的发展现状
倒车雷达的快速发展始于20世纪末21世纪初，经过几年的时间，随着技术发展和用户需求的变化，倒车雷达大体来说已经经过了三代的技术改良：
第一代声音提醒：
通过喇叭发音“倒车，请注意”！简单的以声音告知车辆附近的人群注意车辆位置，避免碰撞，对于辅助车主倒车没有实际意义。接着是轰鸣器，这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8米~1.5米处有障碍物，轰鸣器就会开始工作，发出声响提示车主车后有障碍物。
第二代影像显示：
数码波段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。接着是液晶荧屏显示。荧屏显示开始出现动态显示系统。车主不用挂倒档，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。
第三代综合性和人性化倒车雷达：
从综合性一体化角度厂家将倒车雷达、彩色液晶显示、免提电话和温度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。从人性化角度，为便于安装，厂家设计了采用无线连接的倒车雷达，大大简化倒车雷达的安装。
根据相关资料显示，倒车雷达在国内发展前景很好，需求量越来越大。主要有以下几个现状：
1、汽车销量增加。中国汽车工业协会公布2009年中国汽车产销统计，中国以300多万辆的优势，首次超越美国，成为世界汽车产销第一大国，中国成为全球主要的汽车消费市场。2010年中国汽车产销双超1800万，蝉联全球第一。汽车销量的增加，必将导致倒车雷达需求量的增加。
2、车位少、停车难。单位和个人拥有车辆的增加使得市区和住宅小区停车位紧张，停车越来越困难，碰撞时有发生。倒车雷达的使用有助于减少碰撞事件的发生。
东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文) 第 3 页 3、女性驾驶员增多。多数女性驾驶员由于个子小或是胆子小，停车时会非常紧张，因此越来越多的女性驾驶员开始喜欢上倒车雷达。
4、城市街道交通拥挤。随着汽车市场的繁荣，城市街道的行车越来越拥挤。倒车雷达，尤其是多探头倒车雷达不仅能在倒车、泊车时提供倒车信息，还可以在行驶时提供前后左右的信息，有助于安全行驶。
鉴于以上现状，在中国，倒车雷达的发展有以下几个特点： 1、越来越多的车辆在一出厂时就配备倒车雷达
起初，倒车雷达只是一些高档车的专利，但是近年来，一些新出厂的中低档车型在配置中也增加了倒车雷达。
2、自行安装倒车雷达成为新兴装饰
尽管新出厂的中高档甚至部分低价位的经济型轿车大都开始配置倒车雷达，但是，仍有许多中低档车型出厂时没有配置倒车雷达，而且现行中低档车型加装倒车雷达的市场需求越来越大，于是自行安装倒车雷达就成了一项新型的车辆装饰项目。目前，在一些经营汽车配件或装饰美容的商家内，甚至汽车经销商处都可安装倒车雷达。
3、品牌众多
目前后装市场上倒车雷达的品牌多达几十种，基本上国产品牌占90%，而进口产品较少，以采用2~4探头的产品居多。目前国内生产倒车雷达的企业很多，以广东省居多。
由此可见，倒车雷达在国内发展前景很广阔，充满机遇和希望。 1.3 论文的主要内容
本文以AT89S52单片机为核心，设计了倒车雷达系统。本系统实现了对倒车雷达测距及显示报警的要求，通过发射超声波，碰到障碍物返回后，接收超声波，计时往返时间，并计算出距离，显示结果和报警。整个系统主要由超声波发射模块、超声波接收模块、单片机处理模块和显示报警模块四大模块组成。超声波发射模块负责发射超声波，超声波接收模块负责接收超声波并将引起的中断信号送到单片机处理模块，单片机处理模块负责超声波发射的启动并计时超声波往返时间，接收中断处理数据算出结果，显示报警模块显示距离，并根据结果报警。
东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文) 第 4 页 2 总体设计方案
单片机发出短暂的40kHz的PWM信号，通过超声波探头发射超声波，并由另一个超声波探头接收障碍物反射回来的超声波，经过锁相环检波电路过滤后，由单片机内部定时器测量超声波在车尾与障碍物之间的往返时间，进而计算出车与障碍物之间的距离，并将结果显示在LED上。当在探头探测的一定范围内有障碍物时，蜂鸣器提示报警。
2.1 超声波测距的相关介绍 2.1.1 超声波测距原理
超声波是一种声波，其在其传播介质中被定义为纵波。当声波受到尺寸大于其波长的目标物体阻挡时就会发生反射。利用超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S=ct/2，式中的c为超声波波速。假如声波在介质中传播的速度是已知的，而且声波从声源到达目标然后返回声源的时间可以测量得到，从声波到目标的距离就可以精确地计算出来。这就是本系统的测量原理。
超声波是频率高于20kHz的机械波，由于其指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播距离远，抗干扰性强，因而可以用于距离的测量。在超声波测距系统中，超声波的频率至关重要。频率取得太低，外界的杂音干扰较多；频率取得太高，在传播的过程中衰减较大。故在超声波测量中，常使用40kHz的超声波。目前超声波测量的距离一般为几米到几十米，是一种适合短距离测量的方式。超声波发射与接收器件具有固有的频率特性，具有很高的抗干扰性能。距离测量系统常用的频率范围为25KHz～300KHz的脉冲压力波，发射和接收的传感器有时共用一个，或者两个是分开使用的。
利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也比较简单，并在测量精度方面达到要求，同时节能环保高效。因为超声波在空气中的传播速度大约为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用AT89S52，其晶振为12mHz，当要求测距误差小于1mm时，假设已知超声波速度C=344m/s (20℃室温)，忽略声速的传播误差。测距误差s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s 即2.907μs。在超声波的传播速度是准确的前提下，测
东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文) 第 5 页 量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1mm的误差。使用的12mHz晶体作时钟基准的AT89S52单片机定时器能方便的计数到1μs的精度，因此系统采用AT89S52定时器能保证时间误差在1mm的测量范围内。所以在测量精度上可以达到毫米级，适用于倒车雷达的要求。
下面是本设计中的原理图：
超声波接收器 超声波发射器 图2.1 倒车雷达测距原理框图
定时器 放大电路 锁相环 检波电路 单片机 控制 显示器 放大电路 超声波发射电路一般由振荡和功放两部分组成，负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串，并由传感器转换成声能发射出去;接收放大器用于放大回声信号以便记录，同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号，接收放大器要有足够的频带宽度;收/发隔离则使接收装置避开强大的发射信号;记录/控制部分启动或关闭发射电路并记录发射的瞬时及接收的瞬时，并将时差换算成距离读数并加以显示或记录。 2.1.2 超声波测距的实际应用
超声波测距作为一种典型的非接触型测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制、建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到广泛的应用。和其他方法相比，比如激光测距、微波测距等，由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用。
超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。
东北大学秦皇岛分校毕业设计(论文) 第 6 页 2.2 超声波传感器的相关介绍 2.2.1 超声波传感器结构
超声传感器是一种将其他形式的能转变为所需频率的超声能或是把超声能转变为同频率的其他形式的能的器件。目前常用的超声传感器有两大类，即电声型与流体动力型。电声型主要有：1 压电传感器;2 磁致伸缩传感器;3静电传感器。流体动力性中包括有气体与液体两种类型的哨笛。
超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：
1、工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
2、工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
3、灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高;反之，灵敏度低。