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文献综述毕业设计题目：汽车防撞报警系统超声波测距的研究汽车防撞报警系统的设计陈吉鸣(电子信息工程2班Xb11610204)1前言自从1886年1月29日卡尔•本茨发明了人类第一辆汽车，至今世界汽车工业经过了近126年的发展，当代汽车已经非常成熟和普遍了。汽车已经渗透于国防建设、国民经济以及人类生活的各个领域之中，成为人类生存必不可少的、最主要的交通工具，为人类生存和社会的发展与进步起到了至关重要的作用。目前，在每年的车祸中有120多万人死亡，1200多万人伤残，全球50%的交通事故受害者年龄在15-24岁，每年交通事故造成的经济损失达5180亿美元，相当于每年发生两次日本广岛核爆炸[1~2]。美国高速公路交通安全管理局NHTSA表示，每年因倒车事故导致的平均死亡人数达292人[3]。伴随着汽车保有量的增加和诚实布局的日益密集化，汽车活动空间越来越小，特别是汽车倒车时司机由于视野不能很好的达到后面加上车后盲区，使得倒车事故逐年上升。对于公路交通事故的分析表明，超过65%的交通事故属于追尾相撞，80%以上的交通事故是驾驶员由于反应不及时引起的[4]。尽管每辆车都有后视镜，但不可避免地都存在一个后视盲区，汽车防撞报警系统则可以在一定程度上帮助驾驶员扫除视角死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性，减少剐蹭事件。因此，本次课题我们采用了基于单片机的超声波测距技术来设计汽车防撞报警系统。2汽车防撞报警系统的现状汽车防撞系统的快速发展始于20世纪末21世纪初，经过几年的时间，随着技术发展和用户需求的变化，汽车防撞系统在几年的时间里大致经过了六代的演变[5]。第一代：倒车时通过喇叭提醒。“倒车请注意”！想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意，不能算真正的倒车雷达，基本属于淘汰产品。第二代：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后1.8m～1.5m处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。第三代：数码波段[6~7]显示具体距离或者距离范围。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在1.8m开始显示；如果是人，在0.9m左右的距离开始显示。第四代：液晶屏动态[8]显示。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过LCD外观虽精巧，但灵敏度较高，抗干扰能力不强，所以误报也较多。第五代：魔幻镜倒车雷达[9]。结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2m以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。第六代：专为高档轿车生产[10]。第六代产品在第五代的基础上新增了很多功能：外观上看，比第五代产品更为精致典雅；功能上看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。2.1国内外研究现状的概况综述利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法提高的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统（AVCSS）的主要研究内容。世界各大汽车公司、大学在政府的支持下，都在开展这方面的研究与开发工作。日本各大汽车制造企业如丰田、日产、马、本田、三菱等公司，为实现其运输省提出的发展“先进的安全汽车(ASV)计划”致力于新型安全汽车技术研究开发，并取得了重要的进展。丰田汽车公司使用毫米波雷达和CCD摄像机对本车的距离进行动态监测，当两车距离小于规定值时，系统将发出直观报警信号提醒本车驾驶员。日产汽车公司使用紧急制动劝告系统，利用先进的车距监测系统对跟车距离进行动态监测，当需要减速或制动时，用制动灯亮来提醒驾驶员，并及时监测驾驶员操纵驾驶踏板的踏踩状态，必要时使汽车的自动制动系统前起作用降低车速，在最危险时刻自动制动。本田公司使用具有扇形激光束扫描的雷达传感器，即使车辆在弯道行使也能检测到本车与前方汽车或障碍物的距离降到规定值时，驾驶员仍未及时采取相应措施，便发出警告信号。三菱和日立公司在毫米波雷达防撞方面也做了大量的研究，其雷达中心频率主要选择60~61GHz或76~77GHz,探测距离为120米，尼桑公司为41LV-Z配备了自适应巡航控制系统，该系统利用毫米波雷达作为探测器，为巡航驾驶提供了判断依据。德国和法国等欧洲国家也对毫米波雷达技术进行了研究，特别是奔驰、宝马等著名汽车生产厂商，其采用的雷达为调频毫米波雷达（FrequencyModulationContinuousWave）,频段选择76~77GHz。如奔驰汽车公司和英国劳伦斯电子公司联合研制的汽车防撞报警系统，探测距离为150米，当测得的实际车间距离小于安全车间距离时，发出声光报警信号。该系统已经得到应用。美国的汽车防碰撞技术已经相当先进，福特汽车公司开发的汽车防碰撞系统的工作频率为24.725GHz,探测距离约106米。据说该系统理论上能根据转弯的角度信息自动适应路面的转弯情况，仅探测本车道内车辆的信息，从而可避免旁车道上目标物的影响。戴姆勒-克莱斯勒公司的防撞结构主要是两个测距仪和一个影像系统，她能够测出安全距离，发现前方有障碍物，计算机能够自动引发制动装置。戴姆勒-克莱斯勒公司的实验结果显示，车速以每小时32.18公里/小时的速度行驶，在距离障碍物2.54cm的地方停下来。我国汽车防碰撞系统的研究开发同国外发达国家相比，存在较大差距，近几年相继有一些科研院所、大专院校和公司厂家进行此方面的研究。近距离报警如倒车雷达现已蓬勃地车辆上安装使用，但国内目前生产的中远距离测量普遍达不到要求，表现在最远测距距离近，测距误差大，远远不满足高速公路的安全车距离要求，需进一步研究。2.2汽车防撞系统中的测距技术声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量，机器人视觉识别，倒车防撞雷达，海洋测量，物体识别等方面得到广泛的应用。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点。与激光测距、红外线测距相比,超声波对外界光线、色彩和电磁场不敏感,更适于黑暗、电磁干扰强、有毒、灰尘或烟雾的恶劣环境,可在潮湿高温，多尘等恶劣环境下工作，例如：液位、厚度、管道长度等场合。在识别透明及漫反射性差的物体上也更有优势[11]。由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统。相比于其它定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短距离测量定位。因而超声波测距器电路易实现、结构简单和造价低，而且以声速传播，便于检测和计算。然而基于超声波倒车预警系统在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波预警的精度。一是超声波在空气中衰减极大,由于测量距离的不同,造成回波信号的起伏,使回波到达时间的测量产生较大的误差;[12]二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽,影响了测距的分辨率,尤其是对近距离的测量造成较大的影响。这两个是主要影响倒车预警系统的精度因素，当然还有一些其他的因素,诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响,这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用,由于汽车倒车预警系统对精度要求并不是那么，这些误差都是在允许接受的范围内的[13]。2.3选题主要研究内容本课题主要研究的是如何避免汽车在倒车的时候发生与物体的碰撞而引起交通事故，因为汽车在倒车的时候后视镜只能看到车尾左右的车况而不能看到尾部正中央的情况，所以在这种情况下很容易发生碰撞事故。而我们选的这个课题可以通过模拟制作车尾部的超声波测距器来模拟车在倒车时候与物体之间是否有碰撞，通过超声波测距器不断的发射超声波和接收超声波来模拟车与障碍物之间是否有碰撞，并且显示具体还剩的距离，这样驾驶员就可以清晰的了解到车后的情况从而避免碰撞事故的发生。2.4主要技术超声波在空气中的传播速度为340米/秒（因温度大小会有规律变化），因此，如果能测出超声波在空气中的传播时间，就能算出其传播的距离。超声波测距是一种利用声波特性、电子计数、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。它在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括非损害测量、过程测量、机器人检测和定位、以及流体液面高度测量等。所谓的时间测距法，即通过测定超声波传播的时间间隔来测出声波传送的距离就是超声波测距的一种。单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O（Input/Output）口电路等主要微型机部件，集成在一块芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，它已具有了计算机系统的属性。单片机主要应用于控制领域，用以实现各种测试和控制功能，为了强调其控制属性，也可把它称为微控制器MCU（MicroControllerUnit）。而本课题的实现，需要运用到我们所学的模拟电路与单片机两本书内的知识。首先我们需要通过proteus仿真软件来模拟一个超声波测距电路，再使用编程软件keil来编写程序导入模拟的AT89C52芯片中，达到测距与显示和报警的效果。我们先要针对超声波测距来制作超声波发射电路和超声波接收电路，测距开始时发出一连串脉冲信号，单片机开启计数器，当单片机接受到反射回来的回波后，运行中断程序来关闭计数器，根据计数周期T，得到过渡时间。3总结部分基于超声波的倒车预警系统因其具有精度高，抗干扰能力强，成本低，安全，操作简单、工作稳定可靠等优点目前已经成功的应用在汽车领域。在目前的倒车预警系统中，主要朝着高精度，高可靠性，低成本方面发展，其在汽车领域内的应用也越来越广泛。参考文献[1]张维刚，汽车碰撞安全性设计与改进技术[D].湖南大学博士学位论文,2002年10月.10~15[2]雷正保.汽车纵向碰撞控制结构设计的理论与方法[M].长沙：湖南大学出版社，2000.50~60[3]中国机械工程学会，超声波检测[M].北京：机械工业出版社,2005.30~45[4]马义德，李柏年，申建军，汽车防撞系统研究[J].刑警与科技，20047.[5]纪寿文等，国内外智能车辆研究进展.中国交通研究与探索.第三届全国交通领域青年学者会议武汉.2001.60~70[6]林莉，李喜孟.超声波频谱分析技术及其应用.机械工业出版社，2009.60~75[7]史亦韦.超声检测.机械工业出版社，2005.55~68[8]田民波，叶锋.TFT液晶显示原理与技术.科学出版社，2010.77~84[9]Sekine,M.;Senoo,T.;Morita,I.;Endo,H;Designmethodforanautomotivelaserradarsystemandfutureprospectsforlaserradar;IntelligentVehicles’92Symposium.[10]王振成，刘爱荣.自动检测技术.北京理工大学出版社，2010.[11]QangLiZhang,Y,P,Zheng,G.Gain.FlatnessConsiderationontheUltra-WidebandLow-NoiseAmplifierDesign[S]IEEETrans,2005,6[12]童峰，许肖梅，许天增.基于遗传算法的超声LMS自适应时延估计[S].应用声学，2000，69.[13]马志敏，等.一种自动抑制超声测量盲区的方法［J］.声学技术，2005，24（1）126-127