浅谈汽车测距系统的设计

第一章绪论

1.1 前言

近些年，我国经济的发展正在飞快的前进，用于交通运输的车辆也在源源不断的增多，人们越来越关注的话题也因此转向了交通拥堵的问题。汽车的倒车后视镜是存在一定的死角的，视线不清楚，开车司机肉眼看到的距离误差等多种原因，倒车事故发生的频率远远大于了汽车在前进时发生事故的频率。倒车事故不仅仅是会对自己的爱车和他人的财物造成不同程度的损伤，更严重的会伤及到儿童，这样的后果不堪设想。因为会产生严重的后果，在汽车产品的大家族中，“倒车测距仪”的诞生就是专门为倒车而设计的。通过调查，有一种可以发现汽车车尾障碍物的“后视眼”成为了绝大多数非职业汽车驾驶者们的希望。然而倒车测距仪的问世成功地解决了驾驶者的后顾之忧，倒车事故的发生率也被大大地降低了。

倒车测距仪是一个专门为汽车倒车泊车的安全而设计的一个辅助装置，它通过单片机来实现控制的。这个倒车测距仪对单片机的实时控制和数据处理的功能进行了说明，并且与超声波的测距技术、传感器技术互相结合，从而能够测量并显示出车辆尾部障碍物和车辆之间的距离，同时使用间歇的“嘟嘟”声作为警报，“嘟嘟”声的间隙大小随障碍物离车尾的距离的缩小而不断缩短，这样驾驶员不仅可以直接看到车上显示的距离，还可以通过听觉判断出车后的障碍物到底和车尾有多远，这就可以让驾驶者不用一直不断地左右观察了，也成功的让视线死角与视野不清晰的问题从驾驶者身上解除了，驾驶的安全性相对就提升了好多。

1.2 国内外发展的现状

倒车雷达系统分类与应用在目前状态下分布较为广泛，超声波倒车测距系统就是其中的一种，测距雷达在车辆挂倒车挡的时候才会进行工作，倒车雷达时由探头、主机和显示器三个主要部分构成。

总的概括的系统三个经历阶段，六代的改良、改进技术过程如下，最早期，有倒车防撞仪，通过发出警报声，在一定的有限范围内测出车后的障碍物，后来这项技术逐渐得到改善然后，发出警报的距离由远及近得到区分。总体来说，前两个阶段的倒车雷达相对来讲的操作原理较为简单，即均采用一般的专用集成电路。从目前来讲这样的倒车雷达系统远远不能满足人们对汽车的辅助驾驶系统的要求，结合单片机的价格越来越低和汽车电子系统面向网络化发展的需求和现状，采用单片机作为核心的智能测距传感系统基本都是新一代的倒车雷达的主要系统。驾驶者在倒车过程中运用雷达系统能够连续不断地测试距离并且不断地显示出障碍物与车尾之间的距离，运用不同频率、起伏不定的的报警声音来报警，从而达到让驾驶者注视场景时更加集中注意力的效果。此外，倒车雷达如果作为一个具有通讯功能的驾驶辅助系统子系统也是需要汽车电子系统的网络化发展，各项数据才能够完整的传输到汽车线上。例如世界上先进的倒车雷达系统“智能可视倒车雷达系统”，通过在汽车尾部安装上针孔摄像头，在倒车的时候车后的广角真实情况可以完整地呈现在车内DVD显示屏上。

超声波测距技术应用到倒车雷达上有德国的大众汽车公司。此外其他各国的一些大型汽车公司都表示投入了不少的的人力、物力，开发研究采用最先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等技术制成的预警系统，大多数的高级汽车将运用所开发的这套预警系统。目前，公司表示，他们已成功的开发出了电子刹车系统使用于供商用车(尤指卡车)，与行业内的其他汽车刹车系统的区别在于，通过在卡车的车头装设雷达感应器，感应器的作用在于可以在车前观察周围的环境，并将所有收集到的信息交给一控制器加上处理，形成一个虚拟的景象，然后再借助演算法的辅助来判断出所发生的状况是否需要使用刹车。在未来的两三年内这种新型的刹车系统便可以量产上市，但是价格会昂贵，其过高的生产成本从根本上限制了它应用的普遍性。安装了公司生产的以摄像机为基础的后视镜系统，是通用汽车公司的Precept概念车的做法。该系统采集汽车周围的景象主要采用一个内后视镜和两个外后视镜来，一个全景图像就是通过这样的三个景象会合形成，最后显示在汽车内置的显示屏上，此外传达信息说明还会运用辅助文字。在倒车的时候摄像机也可以使用，如果发现车后有消火栓等障碍物时，驾驶员就可以及时看到。采用全新一代的“蓝鸟智尊”配备了倒车影像显示功能和NAVI卫星导航系统是有限公司最近所推出的，这种全新的智能化系统直接从“概念”引入到了现实基本“应用”。当驾驶者倒车操作是，车内的成像系统会自动化的切换画面，从而转化成车后的环境状况，最大程度地方便驾驶者泊车，其最重要的价值主要还是体现在夜间泊车状况。

1.3 本课题研究的主要内容

随着科技在汽车上的广泛应用，汽车发动机、底盘和车身中使用了各种电控系统。电控系统主要由传感器、电子控制单元和执行器组成。传感器和电子控制单元共同完成汽车内各种物理参数的测量，传感器负责信息的采集和传输工作，电子控制单元负责信息的处理工作。

汽车测距系统是利用超声波传感器（超声波探头）和电子控制单元来测量汽车倒车距离的系统，涉及方案设计、硬件电路设计和软件设计，主要包括以下研究内容。

（1）研究超声波传感器的输出特性。超声波传感器基本都是安装的超声波探头，对传感器的输出特性进行研究。

（2）测量方案设计。针对汽车倒车距离测量的应用场合，设计合适的倒车距离测量方案，包括器件选型、测量方法等。

（3）ECU（单片机）的选型及其最小系统的电路设计。选择适合本系统应用场合的单片机，并设计其最小系统，包括电源、晶振等电路的设计。

（4）倒车距离测量硬件电路设计。主要包括倒车距离测量电路设计、I/O接口的电路设计、A/D转换模块的电路设计。

（5）倒车距离测量软件程序设计。主要包括主程序、A/D转换程序、距离信息处理程序的设计。

第二章汽车测距系统的测量原理

2.1 超声波传感器

利用特性研制开发的传感器是超声波传感器比较常见的的使用原理。是一种的机械波，它的振动频率比一般的声波要高很多,晶片通过在电压的激励下发出的波长比较短、频率相对较高、绕射现象不明显，方向性非常好的传播，这就是超声波发生振动的原理，射线定向传播这样类似的特性也是存在的。穿透数十米厚度的超声波也是不在话下的，在作用在液体和固体的穿透本领方面时，超声波的作用也将会非常大，当超声波遇到杂质或者是分界面的时候会产生非常显著反射同时会形成反射变成回波，在碰到活动物体的情况下便可以产生多普勒效应。因此的检测已经大量的使用在了工业、国防、生物医学等等的各个方面。