基于单片机的汽车倒车雷达系统设计 成都工业学院2013届毕业设计（论文）
大降低倒车事故的发生。汽车倒车雷达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，解除驾驶员泊车和起动车辆时因前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员克服视野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。通过感应装置发出超声波，然后通过反射回来的超声波来判断前方是否有障碍物，以及障碍物的距离、大小、方向、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。
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。
我国倒车雷达从2000年开始起步，从最初只是奔驰、宝马等高档车的专利，发展到现在成为许多轿车的标准配置。经过多年的发展，倒车雷达系统已经历了六代技术改良，不管从结构外观上还是性能价格上，这六代产品都各有特点，其中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。
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。
1.3测距方式的分析与比较
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。主要距离测量方式有激光测距、红外线测距、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。 (1) 激光测距
激光测距装置是一种光子雷达系统，主要根据激光束传播时间确定距离。具
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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。但由于激光测距受天气、接收器表面摩损和污染等影响较大，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少1/2到1/3损失很大，最终影响探测精度。 (2) 红外线测距
红外线传播时的具有不易扩散的特点，显著的热效应和较强的穿透云雾的能力，在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线。它主要应用于夜间行车或在军事上使用。但是它比较容易受到光源和热源影响。 (3) 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。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。 (4) 超声波测距
超声波一般是指频率在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。超声波的谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制得很窄，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，同时超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性，应用前景好。
通过对以上几种测距方式的分析比较，由于超声波指向性强、能量消耗缓慢、成本低、性能稳定可靠、在介质中传播距离远的优点，所以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。
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第二章 超声波的发展及测距原理
2.1超声波的发展与运用
一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F．Galton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。由于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响，在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西。
人类直到第一次世界大战才学会利用超声波，这就是利用“声纳”的原理来探测水中目标及其状态，如潜艇的位置等。40年代末期超声波治疗在欧美兴起，直到1949年召开的第一次国际医学超声波学术会议上，才有了超声治疗方面的论文交流，为超声治疗学的发展奠定了基础。医学上最早利用超声波是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声波技术扫描脑部结构，以后到了60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。1956年第二届国际超声医学学术会议上已有许多论文发表，超声治疗进入了实用成熟阶段。
如今，由于超声波在物理化学方面的独特特性，已广泛应用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。
2.2超声波测距原理
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距离s?ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关，表2-1列出了几种不同温度下的声速。
气温(℃) 声速（m/s） 0 331 5 334 10 337 15 340 20 343 表2-1 几种不同温度下的声速
在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往
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返的时间，即可求得距离。然而其超声波测距的时间主要有以下三种方法： ①相位检测法，相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；
②声波幅值检测法，声波幅值检测法易受反射波的影响；
③渡越时间检测法，渡越时间检测法的工作方式简单，直观，在硬件控制和软件设计上都非常容易实现，超声波测距一般所的采用方法。
本设计采用渡越时间检测法，其主要原理是当超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到发射波就立即停止计时。其具体的算法如下：
假设超声波在空气中的传播速度为v，根据计时器记录的时间t，发射点距障碍物的距离H，如图2-1所示
图2-1超声波测距原理
图2-1中两探头中心距离的一半用M表示，超声波单程所走过的距离用L表示，由图可得：
s (2-1) H?Lco?MnH? (2-2) ??arct?a将式（2-2）带入式（2-1）得：
arct?aMnH?? (2-3) H?Lco?s在整个传播过程中，超声波所走过的距离为：
2L?vt (2-4)
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式中：v为超声波的传播速度，t为传播时间，即为超声波从发射到接收的时间。将式（2-4）带入式（2-3）可得：
?MH?? (2-5) H?0.5vtcos?arctan当被测距离H远远大于M时，式（2-5）变为：
H?0.5vt (2-6)
本设计由单片机负责计时，采用12MHZ的晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
2.3 超声波测距在汽车上的运用
以超声波测距方式的汽车倒车倒车雷达是现在市场上倒车雷达的主流产品，甚至还配合以声音或者更为直观的数字形式动态显示周围障碍物的情况。其较早的产品是用蜂鸣器报警 ,蜂鸣声越急 ,表示车辆离障碍物越近，后继的产品可以显示车后障碍物离车体的距离。汽车防撞雷达之所以能实现防撞报警功能。
汽车倒车雷达的探头主要安装于前后保险杠上，根据汽车的不同价格和品牌，探头有二、三、四、六、八、十、十二只不等。其中探头能够以最大水平120度垂直70度范围辐射，上下左右搜寻目标。一般的汽车挡位杆挂入倒挡时，倒车雷达自动开始工作，超声波这把无形尺子能够测量到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物（如花坛、路肩、蹲在车后玩耍的小孩等），并显示距离与报警。
图2-2 汽车倒车雷达示意图（后4个探头） 6