[毕业设计]基于单片机的倒车雷达系统的设计.pdf

倒车雷达系统的设计
【摘要】倒车雷达(Car Reversing Aid Systems)的全称是“倒车防撞雷达”,
也称“泊车辅助装置”,是汽车泊车安全辅助装置,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线模糊的缺陷,提高了安全性。
本文介绍基于单片机控制的倒车雷达系统,由单片机控制时间计数,计算超声波
自发射至接收的往返时间,利用声波在空气中的传输速度,从而得到实测距离。
再根据障碍物与车尾的距离远近情况发出警报。
【关键词】单片机,超声波测距,倒车雷达,超声波换能器。
【前言】随着我国汽车产业的高速发展,尤其是近几年来,我国开始进入私家车
时代,汽车的数量逐年增加,造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。汽
车驾驶员越来越担心车的安全了,其中倒车就是一个典型。本文设计的倒车雷达
预警系统主要是针对汽车倒车时人无法目测到车尾与障碍物体的距离而开发设
计的。该系统将单片机技术与超声波的测距技术、传感器技术等相结合,可以测
到汽车倒车中,其障碍物与汽车的距离,通过 LED 显示屏显示距离,并根据远近
发出警报。
一、超声波测距原理
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知,测量声波在发
射后遇到障碍物反射回来的时间,根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍
物的实际距离。由此可见,超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为:L=C×T
式中 L 为测量的距离长度;C 为超声波在空气中的传播速度;T 为测量距离
传播的时间差(T 为发射到接收时间数值的一半)。
超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量,虽然
目前的测距量程上能达到百米,但测量的精度往往只能达到厘米数量级。
由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直
接接触的优点,是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到
毫米级的测量精度,但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的
测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因,提高测量时间差到微秒级,以
及用 LM92 温度传感器进行声波传播速度的补偿后,我们设计的高精度超声波测
距仪能达到毫米级的测量精度。
超声波测距误差分析
根据超声波测距公式 L=C×T,可知测距的误差是由超声波的传播速度误差
和测量距离传播的时间误差引起的。
时间误差
当要求测距误差小于 1mm 时,假设已知超声波速度 C=344m/s (20℃室温),忽略
声速的传播误差。测距误差 s△t<() ≈ 即 。
在超声波的传播速度是准确的前提下,测量距离的传播时间差值精度只要在达到
微秒级,就能保证测距误差小于 1mm 的误差。使用的 12MHz 晶体作时钟基准的
89C51 单片机定时器能方便的计数到 1μs 的精度,因此系统采用 89C51 定时器
能保证时间误差在 1mm 的测量范围内。
超声波传播速度误差
超声波的传播速度受空气的密度所影响,空气的密度越高则超声波的传播速
度就越快,而空气的密度又与温度有着密切的关系,如表 1 所示。
已知超声波速度与温度的关系近似如下:
C=C0+×T℃
r —气体定压热容与定容热容的比值,对空气为 ,
R —气体普适常量,·mol-1·K-1,
M—气体分子量,空气为 ×10-3kg·mol-1,
T —绝对温度,273K+T℃。
式中:C0 为零度时的声波速度 332m/s;
T 为实际温度(℃)。
测试精度:空气中测距精度小于或等于 1% ±1 厘米。温度:值精度小于或等于 1%,-20--60 摄氏度。
对于超声波测距精度要求达到 1mm 时,就必须把超声波传播的环境温度考虑
进去。例如当温度 0℃时超声波速度是 332m/s, 30℃时是 350m/s,温度变化引
起的超声波速度变化为 18m/s。若超声波在 30℃的环境下以 0℃的声速测量 100m
距离所引起的测量误差将达到 5m,测量 1m 误差将达到 5mm。
美国国家半导体公司的 LM92 温度传感器的温度测试分辨率为 ℃,
-10℃至+85℃准确度为±℃,I2C 总线接口。用 89C51 的通用 I/O 端口能很
容易的模拟 I2C 总线的读写时序,LM92 的高精度温度测量能很好的补偿超声波
在不同温度的传播速度。
为了简化设计本设计不采用温度