超声波测距技术及其在倒车警报中的应用研究论文

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1、1研究背景世界各国汽车数量日益增多，车速逐年提高，尽管在车速、车距、制动和驾驶人员素质等多方面有很多规定，仍接连发生撞车事故，因此非常需要一种有效的防撞装置。许多国家都在研究汽车防撞技术，至今仍无产品问世。我国的汽车除了加装安全带、倒车发声警告以及很少一部分加装气囊外，没有其它防撞措施。随着经济的发展，高速公路逐年增多，汽车交通愈来愈繁忙，汽车防撞已是一个十分值得重视的问题。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，在测量精度方面能达到

2、工业实用的要求，并且汽车防撞使用超声波控测技术有以下优点：1、超声波是机械波，波长短，绕射小，可形成射线定向传播；2、超声波穿透性好，可在浓雾、风沙、阴雨、污染环境中工作；3、超声波抗干扰能力强，不受空间电磁波干扰，也不受一般机械振动的干扰；4、超声波传播速度低，用于短距离探测如100米以内容易实现；5、稳定性好，可靠性高，造价低，便于推广。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。人能听到的声音频率为：20Hz~20kHz，即为可听声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为低频声波，20kHz以上的声音称为超声波。

3、超声波是一种只有少数生物（如蝙蝠、海豚）才能感觉的机械波，其频率在20kHz以上，波长短，绕射小、能定向传播。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。为此，利用超声波的这种性能就可制成超声波传感器。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。综上所述本系统我采用了超声波测距用声音和更为直观的显示来指示在倒车过程中汽车和周围障碍物的情况，这样有利于解除了驾驶员泊车和起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

4、线模糊的缺陷，提高了安全性，减少了事故的发生率。汽车倒车防撞测距报警器是国家八.五期间重点开发的重大科研项目之一。以往的汽车倒车测距一般有四种：1、嘀嘀声加闪光，2、音乐声加闪光，3、语音声加闪光，4、倒车到危险距离时发出警报声的超声波倒车报警器。本设计将以上功能结合起来加以改进发展，使其在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，提醒驾驶员注意刹车，如果和制动系统联系在一起也可以形成自动刹车。可以通过检测超声波的发射波与反射波之间的关系来实现测量距离的功能，目前主要有三种测距方法：（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

5、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。其原理为：检测从发射传感器发射超声波，经气体介质传播到接收传感器的时间，这个时间就是渡越时间。目前超声波测距技术得到了广泛的应用，如：基于AT89C2051的超声波泊车防撞系统设计；基于LM1812的超声波汽车防撞报警器；毫米波汽车防撞雷达系统中数字信号处理机的设计；激光测距技术在汽车防碰撞领域中的应用；伪码数字相关在超声波测距中的应用；超声定位技术在汽车安全预警系统中的应用；基于PIC单片机的超声波测距系统。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性—

6、—折射、反射、干涉、衍射和散射。超声波测距即是利用其反射特性，当车辆后退时，超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方的障碍物位置，并利用指示灯及蜂鸣器把车辆到障碍物的距离及位置通知驾驶人员，起到安全的作用。2系统总体方案及工作原理超声波发射模块驱动电路AT89S52单片机复位电路时钟电路LED数码显示距离部分报警电路放大超声波接受模块比较图一：系统设计总框图以上图一为系统总框图，包括复位电路，时钟电路，超声波发射模块，超声波接受模块，LED数码管显示部分，报警电路。这些模块分别承担着不同的功能，并且分别由不同的器件完成。系统的连接情况：AT89S52的P0口连接共阳数码管的a-h；P1.1

7、连接超声波接受器；P1.3连接蜂鸣器报警系统；P1.4-P1.7连接数码管的四个位显；P2.0连接超声波发射器。2.2AT89S52单片机2.2.1单片机的现状及发展趋势单片机诞生于20世纪70年代，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(CenterProcessingUnit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上