第一章緒論

1.1 前言

近些年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展正在飛快的前進(jìn)，用于交通運(yùn)輸?shù)能囕v也在源源不斷的增多，人們?cè)絹碓疥P(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(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于了汽車在前進(jìn)時(shí)發(fā)生事故的頻率。倒車事故不僅僅是會(huì)對(duì)自己的愛車和他人的財(cái)物造成不同程度的損傷，更嚴(yán)重的會(huì)傷及到兒童，這樣的后果不堪設(shè)想。因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，在汽車產(chǎn)品的大家族中，“倒車測(cè)距儀”的誕生就是專門為倒車而設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)距儀是一個(gè)專門為汽車倒車泊車的安全而設(shè)計(jì)的一個(gè)輔助裝置，它通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制的。這個(gè)倒車測(cè)距儀對(duì)單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理的功能進(jìn)行了說明，并且與超聲波的測(cè)距技術(shù)、傳感器技術(shù)互相結(jié)合，從而能夠測(cè)量并顯示出車輛尾部障礙物和車輛之間的距離，同時(shí)使用間歇的“嘟嘟”聲作為警報(bào)，“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(yuǎn)，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(duì)就提升了好多。

1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀

倒車?yán)走_(dá)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(cè)距系統(tǒng)就是其中的一種，測(cè)距雷達(dá)在車輛掛倒車擋的時(shí)候才會(huì)進(jìn)行工作，倒車?yán)走_(dá)時(shí)由探頭、主機(jī)和顯示器三個(gè)主要部分構(gòu)成。

總的概括的系統(tǒng)三個(gè)經(jīng)歷階段，六代的改良、改進(jìn)技術(shù)過程如下，最早期，有倒車防撞儀，通過發(fā)出警報(bào)聲，在一定的有限范圍內(nèi)測(cè)出車后的障礙物，后來這項(xiàng)技術(shù)逐漸得到改善然后，發(fā)出警報(bào)的距離由遠(yuǎn)及近得到區(qū)分。總體來說，前兩個(gè)階段的倒車?yán)走_(dá)相對(duì)來講的操作原理較為簡(jiǎn)單，即均采用一般的專用集成電路。從目前來講這樣的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)汽車的輔助駕駛系統(tǒng)的要求，結(jié)合單片機(jī)的價(jià)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(jī)作為核心的智能測(cè)距傳感系統(tǒng)基本都是新一代的倒車?yán)走_(dá)的主要系統(tǒng)。駕駛者在倒車過程中運(yùn)用雷達(dá)系統(tǒng)能夠連續(xù)不斷地測(cè)試距離并且不斷地顯示出障礙物與車尾之間的距離，運(yùn)用不同頻率、起伏不定的的報(bào)警聲音來報(bào)警，從而達(dá)到讓駕駛者注視場(chǎng)景時(shí)更加集中注意力的效果。此外，倒車?yán)走_(dá)如果作為一個(gè)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(xiàng)數(shù)據(jù)才能夠完整的傳輸?shù)狡�車線上。例如世界上先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)“智能可視倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)”，通過在汽車尾部安裝上針孔攝像頭，在倒車的時(shí)候車后的廣角真實(shí)情況可以完整地呈現(xiàn)在車內(nèi)DVD顯示屏上。

超聲波測(cè)距技術(shù)應(yīng)用到倒車?yán)走_(dá)上有德國(guó)的大眾汽車公司。此外其他各國(guó)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(jìn)的毫米波雷達(dá)、CCD攝像機(jī)、GPS和高檔微機(jī)等技術(shù)制成的預(yù)警系統(tǒng)，大多數(shù)的高級(jí)汽車將運(yùn)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(dá)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(gè)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(jià)格會(huì)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(jī)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(gè)內(nèi)后視鏡和兩個(gè)外后視鏡來，一個(gè)全景圖像就是通過這樣的三個(gè)景象會(huì)合形成，最后顯示在汽車內(nèi)置的顯示屏上，此外傳達(dá)信息說明還會(huì)運(yùn)用輔助文字。在倒車的時(shí)候攝像機(jī)也可以使用，如果發(fā)現(xiàn)車后有消火栓等障礙物時(shí)，駕駛員就可以及時(shí)看到。采用全新一代的“藍(lán)鳥智尊”配備了倒車影像顯示功能和NAVI衛(wèi)星導(dǎo)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(shí)基本“應(yīng)用”。當(dāng)駕駛者倒車操作是，車內(nèi)的成像系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(jià)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(dòng)機(jī)、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(cè)量，傳感器負(fù)責(zé)信息的采集和傳輸工作，電子控制單元負(fù)責(zé)信息的處理工作。

汽車測(cè)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(cè)量汽車倒車距離的系統(tǒng)，涉及方案設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，主要包括以下研究?jī)?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(duì)傳感器的輸出特性進(jìn)行研究。

（2）測(cè)量方案設(shè)計(jì)。針對(duì)汽車倒車距離測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合，設(shè)計(jì)合適的倒車距離測(cè)量方案，包括器件選型、測(cè)量方法等。

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

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

（5）倒車距離測(cè)量軟件程序設(shè)計(jì)。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(jì)。

第二章汽車測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)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(jī)械波，它的振動(dòng)頻率比一般的聲波要高很多,晶片通過在電壓的激勵(lì)下發(fā)出的波長(zhǎng)比較短、頻率相對(duì)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(dòng)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(shí)，超聲波的作用也將會(huì)非常大，當(dāng)超聲波遇到雜質(zhì)或者是分界面的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生非常顯著反射同時(shí)會(huì)形成反射變成回波，在碰到活動(dòng)物體的情況下便可以產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此的檢測(cè)已經(jīng)大量的使用在了工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等等的各個(gè)方面。