1、汽车倒车防撞自动测距报警系统设计毕业设计毕业设计开题报告理工类题 目: 汽车倒车防撞自动测距报警系统设计 学 院： 电子工程学院 专业班级： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留
2、并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日淮海工学院毕业设计开题报告1.课题研究的意义，国内外研究现状、水平和发展趋势1.1课题研究背景目前我国社会经济高速发展，人民生活水平不断提高。汽车已经成为很多人日常生活中必不可少的一部分，我国汽车的数量逐年增加,但是随着汽车数量和驾驶员的逐渐增加也引发了一系列问题。随着汽车的日益普及,道路和停车场越来越拥挤,
3、车辆常常需要在停车场穿行、掉头或倒车。由于这些低速行驶的车辆与其它车辆非常接近,加之驾驶员的视野受限制,碰撞和拖挂的事故时有发生,在雨雾天气更有难度。为降低此类事故发生频率, 本文介绍一种超声波测距自动报警装置, 可有效地避免车辆倒车时发生碰擦。此装置主要是针对汽车倒车时驾驶员无法目测到车尾与障碍物体的距离而设计开发的。1.2 汽车辅助倒车系统国内外现状1.2.1国内汽车辅助倒车系统现状目前在国内，汽车倒车辅助系统大多数仍停留在语音报警或图像显示的阶段上，还没有智能可视倒车辅助系统出现。最近随着GPS在汽车领域的应用和发展，借助GPS的屏幕来显示车后图像的可视倒车产品在国内市场开始不断出现。该
4、类产品借助车载GPS的屏幕，通过连接在车后的摄像头，将车后景像传送给驾驶员，从而实现安全倒车。但是此类产品在辅助倒车方面也只能提供车后的视频图像信息，对距离信息仍然无法感知。1.2.1国外汽车辅助倒车系统现状在辅助倒车研究领域，美国、德国、日本等发达国家的技术远远走在前面。他们在汽车信息化技术的研究上起步较早，并且自身在半导体、微电子领域也具有很大的优势，因此在这些国家智能化车载电子设备的发展已经达到了相当高的水平。很多高科技车载电子设备已经相当普及。随着汽车工业的飞速发展，在辅助倒车领域，国外已经出现了停车入位导航系统。梅赛德斯车厂已经在使用雷达探测技术来帮助驾驶者更快更安全地停车。导航雷达
5、探测器能够探测出经过路线上的停车空位，并向驾驶者发出信号。这个时候，驾驶者可以通过探测器显示的位置找到空位。在整个停车过程中，当驾驶员切换到倒档后，导航系统会由始至终地监测汽车的位置和角度。如果驾驶者中断了倒车，导航系统还会自动计算出新的最佳停车路线和角度。在日本，丰田公司研制的导航系统已经可以实现准确的全自动停车。当导航系统锁定一个合适的停车空位之后，只要驾驶者切换了倒档，仪表盘上的屏幕上就会开始显示由安装在汽车背部的摄像头传送过来的车后图像。此时，驾驶者只需对导航系统选择的停车位置进行确认，在此之后，就可以松开方向盘和脚刹，保持适当的速度。从这里开始，停车过程便由配备了超声波雷达和摄像头的
6、停车导航系统全权接手。如果想要中止停车程序，驾驶者只需踩下刹车就可以了。而且这款设备现在已经开始在一些高档轿车上装配使用。淮海工学院毕业设计开题报告2.课题的基本内容，可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施此系统是在单片机的控制下, 利用超声波测距原理, 测量汽车在倒车过程中与障碍物之间的距离。当汽车与障碍物的距离小于安全距离时, 发出声光报警并显示车辆与障碍物之间的距离, 提醒驾驶员及时采取减速或刹车等措施, 以防发生事故。整个系统的硬件由发送部分、接收处理部分、温度检测部分、语音部分和距离显示及声光报警部分组成。超声波测距装置通常由超声波(探头)、控制器、显示器或报警器等部分组成。当驾驶
7、员换到倒车档位(R)时，倒车雷达自动开启，在控制器的控制下，由传感器(探头)发射超声波信号，当遇到障碍物后，就会有回波信号返回，传感器(探头)接收到回波信号后传到控制器，经过控制器的数据处理后可以计算出汽车与障碍物之间的距离，然后根据距离的远近不同发出警示信号(显示器显示，或者声音报警)，从而使驾驶者不至于撞上障碍物。这样就可以大大提高倒车和泊车的效率和安全性。该设备可以大大提高倒车的效率和安全性，具有很大的现实意义。本课题可能遇到的困难：对于超声波测距的原理没有理解透彻，会导致实际设计时不能熟练运用。另外，在实际驾驶环境中，倒车的环境不如实验设计的理想，如车后的物质会影响超声波判断确切距离。
8、对车后方的水沟、凸出的钢筋、竹竿等物质其都无法感知，这也是安全上的隐患。解决问题的方法和措施：（1）查阅超声波测距相关书籍资料，透彻理解其原理，制成设计的方案；（2）根据方案，结合实际环境中问题设计电路，使设计电路与实际要求结合。3.课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析3.1课题研究手段此课题利用单片机控制的超声波测距系统的原理,给出系统构成。该系统由单片机控制时间计数、控制超声波的发射和接收。通过上网查询资料及学习相关的书籍，请教指导教师等有效途径来进行硬件设计和软件设计。此系统具有易控制、工作可靠、测量精度高的优点等。3.2课题的可行性分析3.2.1技术可行性超声波传感器的特性:(1)
9、 在自身特性谐振点40kHz 附近可获得较高的灵敏度;(2) 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;(3) 不受无线电频谱资源限制, 易于抗电磁干扰设计;(4) 超声系统成本低、性能稳定可靠, 应用前景好。因此该汽车倒车防撞装置中采用了超声波测距。通常, 超身波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两级外加脉冲信号, 其频率等于压电晶片的固有振荡频率时, 压电晶片将会发生振,动 并带动共振板振动, 便产生超声波。在超声波探测电路中, 发射端输出一系列脉冲方波, 其宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔, 被测物距越远, 脉冲宽度越大, 输出脉冲个数与被测
10、距离成正比。超声波测距的方法有多种, 如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。因此，在技术上，此课题是完全可行的。3.2.2经济可行性超声波系统成本较低，而且单片机控制，单片机的典型特点就是性价比高。在经济上，此系统的实现应该没有问题。3.2.3操作可行性近年来随着微电子技术发展而产生的小型价廉的微处理器单片机的出现, 使超声波测距传感器的功能得到了提升。有了微处理器不仅使测距的精度大为提高, 而且为超声波测距技术的应用开辟更大的空间。利用超声波制作汽车防撞雷达可以帮助驾驶员及时了解车周围阻碍情况, 防止汽车在转弯、倒车等情况下撞伤、划伤。硬件电路部分，单片机对外围电路的适时控制, 并
11、提供给外围电路各种所需的信号, 包括频率振荡信号、数据处理信号和译码显示信号等, 大大简化了外围电路的设计难度。同时更重要的是该设计方案大大节省了设计成本, 并且由于是采用软件编程技术, 所以其移植性能好, 在设计电路时可以将其它更多的功能设计进去。综上所述，系统开发是完全可行的。淮海工学院毕业设计开题报告指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对设计结果的预测）指导教师（签名） 年 月 日系审查意见：系主任(签名)： 年 月 日毕业设计外文资料翻译学 院： 电子工程学院 专业班级： 电子信息工程 电子063 学生姓名： 陈 芬 学 号：030611301 指导教师： 曹双贵(讲师)
12、外文出处： (外文)Obstacle Detectability of Ultrasonic Ranging System and Sonar Map Understanding 附 件：1.外文资料翻译译文； 2.外文原文 指导教师评语：签名： 年 月 日超声波测距系统的障碍物检测摘要从超声波传感器获取的信息受传感系统的特性如敏感度，方向性等影响。为了探讨其影响力，我们建立了两个特性互不相同的超声波测距系统，相互借鉴，研究，以检测他们的性能如障碍物检测性及合成的声纳图。关键词：超声波测距，障碍物检测，声纳地图。 引言对于移动机器人，无论是否具有环境地图，其都需要具有识别环境的功能来寻找不可预
13、知的障碍物和机器人可以通过的路径，。至于射程传感器，可以测量与物体间的距离，超声波传感器普遍用于移动机器人中，因为它体积小，价格低廉，更易于距离的计算。目前的超声波传感器系统通常使用的飞行时间计算距离（飞行时间）方法。到反射物的距离l通过公式l=ct/2计算。其中c是超声波在空气中的传播速度，t是往返飞行时间（图1）。飞行时间方法在回波幅度首次超过临界值后产生一个范围值。尽管像这样简单的方法，从超声波传感器获取的信息仍受传感系统的特性影响，例如它的环境等。为了探讨传感器系统的影响，我们建立了两个特性互不相同的超声波测距系统，相互借鉴，研究，检测他们的性能如障碍物检测性及合成的声纳图。图1 TO
14、F 原理图在第二节，我们介绍两个我们开发的超声波测距系统，。其障碍物检测的可用性在第三节验证，声纳地图制作使用在第四部分。最后，给出的结论是在第五节。 两个超声波测距系统图2显示了反射波的模型，其中有两个对象在视野中。随着一个超声波的衰减和传播，反射回波幅度越远，对象就较小（甚至来自同一对象）。由于我们使用的压电式超声波传感器，我们分别使用一个发射器和接收器。因此，收到的波，包括从发射器接收的直接波必须被忽视。我们已经开发出一种超声波测距系统A，其中一个根本的方法是采用以下的4 3。超声波是由具有长爆破波的发射器发出，为了压电振子充分振动。一个范围值的计算方式是使用扩增回声飞行时间和阈值法水平
15、。检测回声的阈值恒定不变，以简化电路。A系统每个信号的概念如图3所示。但是，这种系统存在一些问题。首先，回波信号是缓慢上升，然而回波信号强度没有那么大。因此，易造成测量误差。为了减少这种测量误差，超声波必须加速增加。其次，测量范围是有限的，它由固定阈值水平决定。当级别设置较高时，不可能检测远距离物体。或者它当级别设置为低时可能检测出近距离的噪声。此外，喇叭连接到A体系中增加波强度。然而，它使方向性狭窄。图2反射波的模型图3 A系统信号的概念为了解决A系统的问题，我们改进了发送和接收电路，开发了一种新型超声波传感器系统B。B系统每个信号的概念如图4所示。为了扩大回波信号的强度，加快了它的增加，一
16、个单脉冲高电压用于发射器。峰值电压约为720V，尽管它在系统A中是 12V的。这种方法有以下好处。首先，掩蔽时间随着传送时间的缩短可缩短。因此，它可以测量近距离物体。其次，通过利用高电压超声波脉冲发射，发射波上升时间缩短了。因此，测量误差可减少。对于接收，阈值水平随时间递减，并逐步适应回波振幅减少随距离增加。我们把这种方法称为时间阈值控制。此方法对于近处物体具有很强的噪声，而且可以测量较远距离的对象。宝丽来超声波测距定位传感器解决了随时间变化的放大系数这个问题。这就是所谓的时间增益控制。但电路复杂。为了以一个简单的电路解决这个问题，而不是放大因素，阈值水平应随时间变化。系统B增加衡量的范围，减
17、少测量误差，并以一个简单的电路提高测量性能。图4 B系统信号的概念图5 A系统获取的信号举例图5显示了由A系统获得的回声信号的例子。左边是一个直接波，右边是一个回音。在这种情况下，如果忽视了直接波，这时附近返回回声的物体则无法测量。此外，由于超声波缓慢上升造成测量误差。图6显示了由B系统获得的回声信号的例子。其表明直接波缩短，以及超声波上升时间也缩短。图7显示了B系统中的放大接收信号和阈值水平。接收波在4V左右达到饱和。直接波通过起初设置高的阈值水平被忽略。在此之后，阈值水平随时间递减。 图6 B系统获取的信号举例图7 B系统中放大的接收信号及极限值举例 障碍物检测为了检测前面提到的两个超声波
18、测距系统障碍物检测的实用性，我们测量了一个反射物体宽度的最大量测距离。传统的系统连接到角，以增加回波强度。我们测量的最大范围，而这些数据可以检测对象与实际距离误差。实验设置如图8，实验结果如图9所示。在图9，系统A的结果在图形下方，系统B在图形上方。实线表示测量值，虚线表示的到物体的实际距离。如图所示在A和B两个系统中，如果反射物体的宽度小于10厘米其可测量的距离锐减。不过，这个数字表明，系统B在不使用喇叭时可以比系统A测量得更远，而且系统B与实际物体的误差比A小。我们得出结论可靠性和测量性能的改善B系统实现。在许多情况下，超声波传感器连接到一个喇叭，以增加换能器视线内波的强度，所以方向性变窄
19、。窄指向性是为了更好地知道确切存在障碍的方向。然而，只有障碍物垂直于换能器的视线内，其才可以被检测到。了解障碍物存在与否及有多远对于移动机器人的障碍物检测很重要。因此，如图10所示宽指向性对于障碍物检测也很需要。带有喇叭的系统B较系统A可以获得较多的敏感性，因此，在下一节验证系统B的指向性可以较宽，并提供更适合的障碍检测。 图8 反射物体宽度的最大量测距离实验设置 图9 反射物体宽度的最大量测距离实验结果图10 障碍物检测的超声波测距方向性 声纳地图理解我们调查了使用两个超声波测距系统制作的环境地图。该地图的制作方法是为将一定范围的数据沿传感器放置在一个方向测量范围内。其有围墙和直角弯道（凸，
20、凹）。A系统使用了一个喇叭，以增加其强度。每个系统都安装在我们的移动机器人“YAMABICO”上5（图11），以及该系统的旋转方向是由机器人改变。实验环境如图12，系统A和B的实验结果分别显示在图13和14中。这些传感器被放在原点（0，0）。图11系统B安装在移动机器人“YAMABICO”上。右侧是一个方向的发送和接收电路（70毫米*60毫米），左边是为4个发送和接收电路供电的高电压电路（70毫米*72毫米）。传感器直接连接到电路板，没有喇叭。图12实验环境。传感器被置于0点 图13表明系统A只可以检测到传感器视线内到墙的垂直回声。因为此系统中回声信号的强度很低，而且当回声从传感器反射回来时，
21、其信号幅度无法超过其极限值。作为一个结果，看来这个系统有一个狭窄的方向性。另外，当传感器的线路和围墙的法线方向角变大时，回波强度变小。然后，后来的回声振幅超过一个阈值水平。因此，该区域的数据显示在圆与墙的接触弧上，其中心在墙外。与上述相比，图14表明，系统B可以检测在每一个方向的回声，由于在这个系统中的回波信号的强度足够大。从这个图形可以看到，该系统B指向性宽，由于距离数据躺在一个传感器与圆的弧线上且其中心在传感器上。因此，当一个机器人移动，障碍是可以检测到的，即使他们没有垂直面对到换能器的视线。因此，系统B可以改善检测障碍物的能力。 结论从上述结果可以得到以下结论：障碍物检测的性能随着不同传
22、感器系统变化。传感器的指向性不仅取决于换能器得方向性，而且取决于传感器的敏感性。由此得到的声纳地图形状急剧变化，根据传感器的特点，如灵敏度，方向性等。声纳地图的认识应当做到细心，因为声纳地图形状可能在很大程度上与真实的环境不符合。如果机器人感知能力与人类几乎无异，我们可以信任机器人。不幸的是，几乎大多数的电流传感器并没有那么聪明，而且能力是有限的。因此，我们必须小心处理机器人的存在。图13 系统A 的合成声纳地图 图14 系统B 的合成声纳地图Obstacle Detectability of Ultrasonic Ranging Systemand Sonar Map Understandi
23、ngAbstractInformation obtained by the ultrasonic sensor is influenced by the characteristics of the sensing system such as sensitivity, directivity and so on. In order to investigate its influence, we constructed two ultrasonic ranging systems of which characteristics differs from each other and exa
24、mined their performance such as obstacle detectability and resultant sonar map.Keywords: Ultrasonic Sensing, Obstacle Detection, Sonar MapI. IntroductionFor mobile robots, functions which recognize environments are required to find unpredictable obstacles and paths through which the robot can pass,
25、whether having an environmental map or not. As for range sensors, which can measure a distance to objects, ultrasonic sensor is more commonly used with mobile robots because it is small, inexpensive and easy to calculate distances.Present ultrasonic sensor systems generally calculate distance using
26、the time-of-flight (TOF) method. The distance l to a reflected object is calculated by l =c t/2; (1) where c is the speed of sound, and t is the round-trip time-of-flight (Fig. 1). The TOF method produces a range value when the echo amplitude first exceeds the threshold level after transmitting. In
27、spite of the simple method like this, information obtained by the ultrasonic sensor is influenced by the characteristics of the sensing system, it of environment and so on.In this paper, in order to investigate the influence of the sensor system, we constructed two ultrasonic ranging systems of whic
28、h characteristics differs from each other and examined their performance such as obstacle detectability and resultant sonar map.In section II, we introduce two ultrasonic ranging systems which we developed. Their availability for obstacle detection is examined in section III, sonar map making using
29、them in section IV. Finally, the conclusions are presented in section V. Fig. 1. The principles of the time-of-flight (TOF) methodII. Two Ultrasonic Ranging SystemsFig. 2 shows a model of reflected waves, where there are two objects in a field of view. As an ultrasonic wave attenuates and spreads, t
30、he echo amplitude reflected off farther object is smaller (even from the same object2). Because we use piezoelectric ultrasonic sensors, we use a transmitter and a receiver separately. So, the received waves include the direct wave from the transmitter which must be neglected.We have developed a ult
31、rasonic range finding system A in which the following fundamental method is employed43. Ultrasonic waves are discharged from a transmitter given comparatively long burst waves in order to vibrate its piezoelectric vibrator fully. A range value is calculated by TOF method using the amplified echo and a threshold level. The threshold level to detect echoes is constant in order to simplify the circuit. The concept of each signal for System A is shown in Fig. 3. However, this system has some problems. First, the rise of echo signal is slow, since the intensity of the echo signal is not so
