第一章緒論

1.1 前言

近些年，我國經(jīng)濟的發(fā)展正在飛快的前進，用于交通運輸?shù)能囕v也在源源不斷的增多，人們越來越關(guān)注的話題也因此轉(zhuǎn)向了交通擁堵的問題。汽車的倒車后視鏡是存在一定的死角的，視線不清楚，開車司機肉眼看到的距離誤差等多種原因，倒車事故發(fā)生的頻率遠遠大于了汽車在前進時發(fā)生事故的頻率。倒車事故不僅僅是會對自己的愛車和他人的財物造成不同程度的損傷，更嚴重的會傷及到兒童，這樣的后果不堪設(shè)想。因為會產(chǎn)生嚴重的后果，在汽車產(chǎn)品的大家族中，“倒車測距儀”的誕生就是專門為倒車而設(shè)計的。通過調(diào)查，有一種可以發(fā)現(xiàn)汽車車尾障礙物的“后視眼”成為了絕大多數(shù)非職業(yè)汽車駕駛者們的希望。然而倒車測距儀的問世成功地解決了駕駛者的后顧之憂，倒車事故的發(fā)生率也被大大地降低了。

倒車測距儀是一個專門為汽車倒車泊車的安全而設(shè)計的一個輔助裝置，它通過單片機來實現(xiàn)控制的。這個倒車測距儀對單片機的實時控制和數(shù)據(jù)處理的功能進行了說明，并且與超聲波的測距技術(shù)、傳感器技術(shù)互相結(jié)合，從而能夠測量并顯示出車輛尾部障礙物和車輛之間的距離，同時使用間歇的“嘟嘟”聲作為警報，“嘟嘟”聲的間隙大小隨障礙物離車尾的距離的縮小而不斷縮短，這樣駕駛員不僅可以直接看到車上顯示的距離，還可以通過聽覺判斷出車后的障礙物到底和車尾有多遠，這就可以讓駕駛者不用一直不斷地左右觀察了，也成功的讓視線死角與視野不清晰的問題從駕駛者身上解除了，駕駛的安全性相對就提升了好多。

1.2 國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀

倒車雷達系統(tǒng)分類與應(yīng)用在目前狀態(tài)下分布較為廣泛，超聲波倒車測距系統(tǒng)就是其中的一種，測距雷達在車輛掛倒車擋的時候才會進行工作，倒車雷達時由探頭、主機和顯示器三個主要部分構(gòu)成。

總的概括的系統(tǒng)三個經(jīng)歷階段，六代的改良、改進技術(shù)過程如下，最早期，有倒車防撞儀，通過發(fā)出警報聲，在一定的有限范圍內(nèi)測出車后的障礙物，后來這項技術(shù)逐漸得到改善然后，發(fā)出警報的距離由遠及近得到區(qū)分。總體來說，前兩個階段的倒車雷達相對來講的操作原理較為簡單，即均采用一般的專用集成電路。從目前來講這樣的倒車雷達系統(tǒng)遠遠不能滿足人們對汽車的輔助駕駛系統(tǒng)的要求，結(jié)合單片機的價格越來越低和汽車電子系統(tǒng)面向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需求和現(xiàn)狀，采用單片機作為核心的智能測距傳感系統(tǒng)基本都是新一代的倒車雷達的主要系統(tǒng)。駕駛者在倒車過程中運用雷達系統(tǒng)能夠連續(xù)不斷地測試距離并且不斷地顯示出障礙物與車尾之間的距離，運用不同頻率、起伏不定的的報警聲音來報警，從而達到讓駕駛者注視場景時更加集中注意力的效果。此外，倒車雷達如果作為一個具有通訊功能的駕駛輔助系統(tǒng)子系統(tǒng)也是需要汽車電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，各項數(shù)據(jù)才能夠完整的傳輸?shù)狡�車線上。例如世界上先進的倒車雷達系統(tǒng)“智能可視倒車雷達系統(tǒng)”，通過在汽車尾部安裝上針孔攝像頭，在倒車的時候車后的廣角真實情況可以完整地呈現(xiàn)在車內(nèi)DVD顯示屏上。

超聲波測距技術(shù)應(yīng)用到倒車雷達上有德國的大眾汽車公司。此外其他各國的一些大型汽車公司都表示投入了不少的的人力、物力，開發(fā)研究采用最先進的毫米波雷達、CCD攝像機、GPS和高檔微機等技術(shù)制成的預(yù)警系統(tǒng)，大多數(shù)的高級汽車將運用所開發(fā)的這套預(yù)警系統(tǒng)。目前，公司表示，他們已成功的開發(fā)出了電子剎車系統(tǒng)使用于供商用車(尤指卡車)，與行業(yè)內(nèi)的其他汽車剎車系統(tǒng)的區(qū)別在于，通過在卡車的車頭裝設(shè)雷達感應(yīng)器，感應(yīng)器的作用在于可以在車前觀察周圍的環(huán)境，并將所有收集到的信息交給一控制器加上處理，形成一個虛擬的景象，然后再借助演算法的輔助來判斷出所發(fā)生的狀況是否需要使用剎車。在未來的兩三年內(nèi)這種新型的剎車系統(tǒng)便可以量產(chǎn)上市，但是價格會昂貴，其過高的生產(chǎn)成本從根本上限制了它應(yīng)用的普遍性。安裝了公司生產(chǎn)的以攝像機為基礎(chǔ)的后視鏡系統(tǒng)，是通用汽車公司的Precept概念車的做法。該系統(tǒng)采集汽車周圍的景象主要采用一個內(nèi)后視鏡和兩個外后視鏡來，一個全景圖像就是通過這樣的三個景象會合形成，最后顯示在汽車內(nèi)置的顯示屏上，此外傳達信息說明還會運用輔助文字。在倒車的時候攝像機也可以使用，如果發(fā)現(xiàn)車后有消火栓等障礙物時，駕駛員就可以及時看到。采用全新一代的“藍鳥智尊”配備了倒車影像顯示功能和NAVI衛(wèi)星導航系統(tǒng)是有限公司最近所推出的，這種全新的智能化系統(tǒng)直接從“概念”引入到了現(xiàn)實基本“應(yīng)用”。當駕駛者倒車操作是，車內(nèi)的成像系統(tǒng)會自動化的切換畫面，從而轉(zhuǎn)化成車后的環(huán)境狀況，最大程度地方便駕駛者泊車，其最重要的價值主要還是體現(xiàn)在夜間泊車狀況。

1.3 本課題研究的主要內(nèi)容

隨著科技在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車發(fā)動機、底盤和車身中使用了各種電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元和執(zhí)行器組成。傳感器和電子控制單元共同完成汽車內(nèi)各種物理參數(shù)的測量，傳感器負責信息的采集和傳輸工作，電子控制單元負責信息的處理工作。

汽車測距系統(tǒng)是利用超聲波傳感器（超聲波探頭）和電子控制單元來測量汽車倒車距離的系統(tǒng)，涉及方案設(shè)計、硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計，主要包括以下研究內(nèi)容。

（1）研究超聲波傳感器的輸出特性。超聲波傳感器基本都是安裝的超聲波探頭，對傳感器的輸出特性進行研究。

（2）測量方案設(shè)計。針對汽車倒車距離測量的應(yīng)用場合，設(shè)計合適的倒車距離測量方案，包括器件選型、測量方法等。

（3）ECU（單片機）的選型及其最小系統(tǒng)的電路設(shè)計。選擇適合本系統(tǒng)應(yīng)用場合的單片機，并設(shè)計其最小系統(tǒng)，包括電源、晶振等電路的設(shè)計。

（4）倒車距離測量硬件電路設(shè)計。主要包括倒車距離測量電路設(shè)計、I/O接口的電路設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換模塊的電路設(shè)計。

（5）倒車距離測量軟件程序設(shè)計。主要包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、距離信息處理程序的設(shè)計。

第二章汽車測距系統(tǒng)的測量原理

2.1 超聲波傳感器

利用特性研制開發(fā)的傳感器是超聲波傳感器比較常見的的使用原理。是一種的機械波，它的振動頻率比一般的聲波要高很多,晶片通過在電壓的激勵下發(fā)出的波長比較短、頻率相對較高、繞射現(xiàn)象不明顯，方向性非常好的傳播，這就是超聲波發(fā)生振動的原理，射線定向傳播這樣類似的特性也是存在的。穿透數(shù)十米厚度的超聲波也是不在話下的，在作用在液體和固體的穿透本領(lǐng)方面時，超聲波的作用也將會非常大，當超聲波遇到雜質(zhì)或者是分界面的時候會產(chǎn)生非常顯著反射同時會形成反射變成回波，在碰到活動物體的情況下便可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此的檢測已經(jīng)大量的使用在了工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等等的各個方面。