基于AVR单片机倒车雷达设计开题报告

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开题报告基于AVR单片机倒车雷达设计一、选题的背景、意义随着汽车普及率的逐年增加,消费者在将汽车作为交通运输工具的同时,由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而倒车事故给车主带来许多麻烦，例如撞上别人的车、消防水笼头，如果伤及儿童更是不堪设想，有鉴于此，汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生，倒车雷达的加装可以解决驾驶人员的后顾之忧，大大降低了倒车事故的发生。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，解除了驾驶员泊车、倒车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。倒车雷达通常是在车的后保险杠或前后保险杠设置雷达侦测器，用以侦测前后方的障碍物，帮助驾驶员“看到”前后方的障碍物，或停车时与它车的距离，此装置除了方便停车外更可以保护车身不受刮蹭。它以超音波感应器来侦测出离车最近的障碍物距离，并发出警笛声来警告驾驶者。而警笛声音的控制通常分为两个阶段，当车辆的距离达到某一开始侦测的距离时，警笛声音开始以某一高频的警笛声鸣叫，而当车行至更近的某一距离时，则警笛声改以连续的警笛声，来告知驾驶者。倒车雷达其实跟我们所知道的雷达是一样的，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有没有障碍物，以及障碍物的距离，大小，方向，形状等[1]。不过由于倒车雷达大小和实用性的限制，目前的倒车雷达主要具备的就是判断障碍物的距离，并作出提示，让驾驶者便于判断。AVR单片机与51单片机或CPU相比具有以下有点：①在相同的系统时钟下AVR运行速度最快。7 ①芯片内部的FLASH、EEPROM、SRAM容量最大。②所有型号的FLASH、EEPROM都可以反复烧写，全部支持在线编程烧写。③多种频率的RC振动器、上电自动复位、看门狗启动延时等功能，零外围电路也可以工作。④每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动功能强。⑤内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；丰富的中断源等。AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发的增强型内置FLASH的RISC精简指令级高速8位单片机。AVR单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备家用电器等各个领域。二、相关研究的最新成果及动态随着我国经济的快速发展，人们的收入稳步提高，可以说汽车是当今人们生活中不可缺少的一部分[2]。当今汽车业的四大主题是：安全、环保、节能和舒适，这也是中国未来汽车的发展方向。而其中的安全性则是设计车型时首先要考虑的因素，而倒车雷达技术可以提高倒车的安全性。倒车雷达系统是保障汽车倒车安全的辅助系统，通过超声波探头发出超声波，使用高速单片机计算距离，并加入了温度补偿电路，提高了距离计算的精度。系统安装的液晶显示器可以直观的显示温度和距离，给驾驶员提供了方便。在倒车时，当汽车与障碍物的距离小于我们所设定的安全距离时，系统便通过集成电路发出报警，提醒驾驶员，防止汽车的碰撞或擦伤，具有很强的实用性。通常的倒车雷达主要由感应器（探头）、主机、显示设备等3部分组成。感应器发出和接收超声波信号，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，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员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，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车[3]。根据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式等种。粘贴式感应器后有1层胶，可直接粘在后保险杠上；钻孔式感应器是在保险杠上钻1个洞，然后把感应器嵌进去[4]7 ；悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式等3种。数字式显示设备是1只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接用数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。基于AVR单片机的倒车雷达发展到现在具有以下优势特征：AVR单片机是高速嵌入式单片机：1）AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。　　2）多累加器型，数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。3）中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。　　AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8V即可工作。　　AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁LockBit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。I/O口功能强,具有A/D转换等电路。1）AVR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。2）AVR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。3）部分AVR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低。4）AVR单片机可重设启动复位，以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护，可防止程序走乱，提高了产品的抗干扰能力。有功能强大的定时器/计数器及通讯接口。1）定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出，某些型号的AVR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。2）AVR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K。三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标3.1研究内容系统的硬件设计7 1、超声波发送超声波发送脉冲信号由AVR单片机送出，其脉冲宽度及脉冲间隔均由软件控制。脉冲发送间隔取决于要求测量的最大距离及测量通道数。检测距离要求在0.4-2.0m。若在有效测距范围内有被测物的话，则在后一路超声波束发出之前应当接收到前一路发同的反射波，否则认为前一路无被测物。因此按有效测距范围可以估算出最短的脉冲间隔发送时间。2、超声波接收回波很弱，因而转换为电信号的幅值也较小，为此要求将信号放大60万倍左右。采有三级放大。放大后的交流信号经光电隔离送入比较器，比较器的作用是将交流信号整形输出一个方波信号，此方波信号上升沿使D触发器触发，向CPU发中断申请。在中断服务程序中，读取时间计数器的计数值，并结合温度换算出的速度算出发射到接收的距离。3、时间计测超过波从发射到接收的间隔时间的测定是由单片机内部的计数器T1来完成的。在调试过程中出现的发送部分与接收部分的直接串扰问题是由于换能器之间的距离不大，有部分声波未经被测物就直接绕射到接收换能器上。从发射开始一直到“虚假反射波”结束这段时间，不会发中断申请，可有效躲避干扰，但也会形成所谓的“盲区”。4、报警灯显示由AVR驱动发光二极管作为报警显示器。系统的软件设计中断服务程序分为INT0，INT1，T0T0设置为30ms中断一次，其任务就是每隔30ms产生5~8个40kHz的方波作为超声波脉冲并按顺序送到四个通道产生超声波发射脉冲。INT0中断子程序读取A/D转换结果，并将相应数据值转换为环境温度值;INT1停止T0、T1计数，根据T1内容计算时间T，并进行最终距离的计算。先计算超声波传播速度，再计算距离，并将计算结果送入缓冲区以备通讯。T1工作在方式1。3.2研究方法项目实现需要掌握和熟悉AVR单片机，超声波传感器，A/D转换器，LCD显示和相关芯片的工作原理和实现方法。（1）单片机应用能力7 熟悉AVR系列单片机的硬件结构，指令系统，中断系统，定时器计数器，扩展存储器的设计，IO接口设计及其与显示器，DA和AD等的接口设计。（2）超声波传感器熟悉超声波传感器的硬件结构以及测距的原理和方法。（3）LCD显示和相关芯片熟悉使用单片机来LCD显示的方法，和相关的编程。以及接口电路。（4）电路的设计EEPROMAVR单片机显示距离外中断扩展距离超声波传感器数据采集电源报警器（5）软件设计T0中断入口关中断T0,T1重置初值D触发器重置位通道号+1启动T0，T1发射超声波，开始计数盲区超时开中断，允许接收返回7 3.3研究难点误差分析(1)入射角。超声波波束对探测目标的入射角的影响。(2)过零点触发。超声波回波声强与待测距离的远近有关系，所以实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发。(3)声速修正。超声波传播速度对测距的影响。波的传播速度取决于传播媒质的特性。传播媒质的温度、压力、密度对声速都将产生直接的影响。因此需对声速加以修正。对于测距而言，引起声速变化的主要原因是媒质温度的变化。采用声速预置和媒质温度测量结合的方法对声速进行修正，可有效地消除温度变化对精度的影响。3.4预期达到的效果有LCD距离显示、声音提示报警、方位指示、语音提示、探头自动检测等，此外还有距离显示、声音提示报警、方位指示等功能。四、论文详细工作进度和安排2010年11月20日—2010年12月1日：完成毕业设计选题，了解毕业设计涉及到的各种方面的知识。2010年12月1日—2010年12月5日：完成毕业设计任务理解以及相关调研工作，了解毕业设计涉及到的各种方面的知识。2010年12月6日—2011年1月5日：查阅相关资料，深入了解所选课题，完成外文翻译2篇，文献综述。2011年1月6日—2011年2月21日：完成开题报告。2011年2月22日—2011年5月5日：制作毕业设计实物，参加实习，撰写毕业论文2011年5月5日—2011年5月25日：上交初稿，并进行论文修改、定稿。2011年5月27日—2011年5月30日：参加毕业答辩五、主要参考文献7 [1]牛余朋，成曙.基于单片机的超声波测距系统．兵工自动化出版社，2005[2]吴文琳，蚁文荣.新型汽车电控与电气系统检修自学读本．中国电力出版社[3]苏长赞.红外线与超声波遥测．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999-6:128-134[4]何希才.传感器技术及应用．北京航空航天大学出版社，2005[5]张谦琳.超声波检测原理和方法．北京：中国科技大学出版社，1993-10:11-16[6]陈光东.单片机微型计算机原理与技术接口（第二版）．武汉：华中理工大学出版社，1999-4:21-25[7]郭天祥.概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展．电子工业出版社[8]李广弟，朱月秀.王秀山.单片机基础（修订本）．北京：北京航空航天大学出版社，2001[9]何莉，曾宪文.基于PIC单片机的超声波测距系统．重庆工学院电子信息与自动化学院出版社，2006-7[10]恒清.张靖，加强单片机系统抗干扰能力的方法．通化师范学院报社，2004-10：2[11]戴巍.现代汽车防撞系统．汽车维修出版社，2006[12]丁镇生.传感器及遥测技术．电子工业出版社，1998-5[13]马忠梅，籍顺信.单片机的C语言应用程序设计．第三版，北京航天航空大学出版社，2003-11[14]黄继吕.电子元器件应用手册．人民邮电出版社，2007[15]恒盛杰资讯.Protel电路板设计从入门到精通．中国青年出版社，20067