畢業(yè)論文：新型倒車?yán)走_(dá)軟件系統(tǒng)開發(fā)

畢 業(yè) 論 文
（科 學(xué) 研 究 報 告）

題 目 新型倒車?yán)走_(dá)軟件系統(tǒng)開發(fā)

院(系)別 機(jī)電及自動化學(xué)院
專 業(yè) 測控技術(shù)與儀器
級 別 2008

摘 要
隨著人們駕車時行車環(huán)境（諸如公路、車庫、停車場等）的日漸擁擠，加之人眼存在著視覺盲區(qū)，人們停車或倒車時引發(fā)車體刮擦甚至事故的情況屢見不鮮。倒車?yán)走_(dá)就是在此形勢下應(yīng)運(yùn)而生的一種汽車防護(hù)系統(tǒng)，在倒車過程中，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)能借由超聲波的發(fā)射接收從而識別出車后部的障礙物并能夠測量車與障礙物之間的距離，在達(dá)到危險距離前，及時發(fā)出報警聲提醒司機(jī)。而如今，人們對倒車系統(tǒng)智能性、便捷性、實用性的要求也不斷提高。舊型的功能單一、價格昂貴的倒車?yán)走_(dá)已無法滿足人們的要求，因此，新型倒車?yán)走_(dá)的開發(fā)需求日趨迫切。以往的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計使用的元器件較多，功能較為簡單，且實用性上仍有所欠缺。本設(shè)計從實用性、易用性的角度出發(fā)，兼顧低成本與較高精度，并為此進(jìn)行了市場調(diào)研分析、硬件電路設(shè)計及繪制、軟件（C51）編寫及仿真、電路板焊制及系統(tǒng)外圍電路制作、軟硬件調(diào)試、誤差分析等環(huán)節(jié)。本文在對現(xiàn)行倒車?yán)走_(dá)市場中常用的幾種傳感器進(jìn)行簡要分析的基礎(chǔ)上，提出了基于超聲波測距原理的一種倒車?yán)走_(dá)實現(xiàn)方案。本設(shè)計方案具備價格低廉、精度較高、簡單易用的特點(diǎn)，主要采用了市面上最為流行的8051系列單片機(jī)及超聲波測距集成芯片US-100，以該測距芯片測定系統(tǒng)與障礙物間的距離，由單片機(jī)提取計算距離值并在顯示主機(jī)界面顯示障礙物的位置，而當(dāng)障礙物距離小于預(yù)設(shè)值時還可進(jìn)行語音報警。




















關(guān)鍵詞：倒車?yán)走_(dá)，實用性，8051，超聲波測距芯片US-100






ABSTRACT
With the driving environment (such as roads, garage, parking lot, etc.) is becoming more and more crowded nowadays, let alone the visual blind spot of human eyes, it is often seen that vehicles get scratched when people try to stop or reverse the cars. Reversing radar is a vehicle protection system came into being in this situation, the system can detect and measure the distance by receiving the signal generated by the transducer, besides, it can also alarm the drivers
……（新文秘網(wǎng)http://120pk.cn省略1987字，正式會員可完整閱讀）……　
計 16
4.2.1 測距模塊啟動子程序 16
4.2.2 距離計算子程序 17
4.2.3 中斷服務(wù)子程序 19
4.3 基于Proteus與Keil聯(lián)調(diào)的軟件仿真 19

第五章 樣機(jī)制作及程序下載 23
5.1 樣機(jī)電路板的焊制 23
5.2 程序下載 23

第六章 實驗與誤差分析 25

6.1 靜態(tài)直線測距實驗 25
6.2 動態(tài)直線測距實驗 26
6.3 整體實驗結(jié)論與誤差分析 27

第七章 結(jié)束語………………………………………………………...28
致謝…………………………………………………………………….29
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………….30
附錄……………………………………………………………….........31
附錄1 系統(tǒng)主程序 31
附錄2 頭文件1602.h 37
附錄3 系統(tǒng)總體電路圖 40
附錄4 測距效果圖 41



第一章 緒論
1.1 課題背景與意義
隨著社會的發(fā)展，人民生活質(zhì)量的提高以及汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，近幾年我國汽車數(shù)量不斷增加，而由此也衍生了一系列問題，如人們對汽車操作的便捷性和安全性越加挑剔，公路、車庫、停車場越來越擁擠等，故而在倒車或停車時引發(fā)的安全問題已不容忽視。汽車數(shù)量的日益增長，加之人眼存在著視覺盲區(qū)，人們停車或倒車時引發(fā)車體刮擦甚至事故的情況屢見不鮮。
倒車?yán)走_(dá)就是在此形勢下應(yīng)運(yùn)而生的一種汽車防護(hù)系統(tǒng)，通常，倒車?yán)走_(dá)由傳感器(俗稱探頭)、控制器和顯示器(或蜂鳴器)等部分組成。系統(tǒng)在控制器的控制下，由傳感器發(fā)射超聲波信號，當(dāng)遇到障礙物時，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、判斷出障礙物的位置，由顯示器顯示距離并發(fā)出其他警示信號，得到及時警示，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。
倒車?yán)走_(dá)作為一種特殊的電子類消費(fèi)品，其整個行業(yè)的發(fā)展與汽車工業(yè)的發(fā)展水平、汽車的消費(fèi)趨勢、汽車整車技術(shù)的更新速度密切相關(guān)，同時倒車?yán)走_(dá)的銷售市場存在于汽車生產(chǎn)企業(yè)到汽車購買用戶這一條產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)。由于我國的倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)業(yè)是近兩年才發(fā)展起來的，有相當(dāng)一部分倒車?yán)走_(dá)生產(chǎn)企業(yè)是從生產(chǎn)防盜器的廠家轉(zhuǎn)行而來，因此起步晚，起點(diǎn)低，企業(yè)的規(guī)模小，資金和技術(shù)實力比較弱，所生產(chǎn)的產(chǎn)品技術(shù)含量低、功能單一、性能不穩(wěn)定、產(chǎn)品的質(zhì)量和外觀方面也處于低水平層次，大部分企業(yè)及產(chǎn)品缺乏與倒車?yán)走_(dá)安裝配置率最高的中高檔車整車生產(chǎn)企業(yè)的配套能力。所以與國外產(chǎn)品相比，無論在技術(shù)含量、產(chǎn)品功能質(zhì)量、性能的穩(wěn)定性方面，還是在產(chǎn)品的外觀、品牌口碑、返修率等方面缺乏競爭力�？傮w來說，當(dāng)前國內(nèi)倒車?yán)走_(dá)市場存在著行業(yè)集中度低、市場成熟度低、技術(shù)含量低等特點(diǎn)，而功能單一、價格昂貴的倒車?yán)走_(dá)已無法滿足人們?nèi)諠u提高的要求。
因此，新型倒車?yán)走_(dá)的開發(fā)需求日趨迫切。以往的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計使用的元器件較多，功能較為簡單，且實用性上仍有所欠缺。本設(shè)計從實用性、易用性的角度出發(fā)，兼顧低成本與較高精度，基于單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)汽車倒車?yán)走_(dá)軟件系統(tǒng)，并以此為平臺學(xué)習(xí)和掌握51系列單片機(jī)編程基礎(chǔ)知識，主要完成硬件電路設(shè)計及繪制、軟件（C51）編寫及仿真、電路板焊制及系統(tǒng)外圍電路制作、軟硬件調(diào)試、誤差分析等環(huán)節(jié)，同時在顯示主機(jī)界面能正確顯示障礙物的位置。從而完成單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)。


1.2 倒車?yán)走_(dá)發(fā)展趨勢與當(dāng)前存在的問題
1.2.1倒車?yán)走_(dá)的發(fā)展趨勢
倒車?yán)走_(dá)經(jīng)過近年來的發(fā)展，至今已經(jīng)過了幾代的技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價格上，每代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)：
第一代和第二代倒車?yán)走_(dá)都是以聲響報警為主要功能，汽車在倒車狀態(tài)，語沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對駕駛員幫助不大，價格便宜，已基本退出市場。
第三代數(shù)碼波段顯示：可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在1.8米開始顯示；如果是人，在0.9米左右的距離開始顯示。 這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物離車體距離有0.8米以上；黃色代表警告距離，表示離障礙物的距離只有0.6~0.8米；紅色代表危險距離，表示離障礙物只有不到0.6米的距離，你必須停止倒車。 該代產(chǎn)品由于比較實用，價格不高，中低檔車和車鈴超過三年的車安裝使用較多，但安裝在車內(nèi)不太美觀。功能單一。
第四代液晶熒屏顯示：這一代產(chǎn)品有一個質(zhì)的飛躍，特別是熒屏顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離。 動態(tài)顯示，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便，目前已逐漸成為新購中高檔車安裝使用的主流產(chǎn)品。不過目前國產(chǎn)的液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強(qiáng)，所以誤報也較多。
第五代魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)：結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，采用了最新仿生超聲雷達(dá)技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準(zhǔn)確地測知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的_提示和直觀的顯示提醒駕駛員。 魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設(shè)計了語音功能，是目前市面上比較先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)，部分進(jìn)口的高檔車已有安裝使用。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)倒視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配。
第六代可視雷達(dá)（簡稱TFT）：第六代產(chǎn)品除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。采用攝像頭配有專用顯示器以影象形式顯示倒車情況，價位很高客戶很少接受，是專門為高檔轎車生產(chǎn)的。代表著高檔車未來幾年的配置趨勢。
目前，很多科研機(jī)構(gòu)已對汽車?yán)走_(dá)技術(shù)進(jìn)行深入開發(fā)，國內(nèi)外也已有相應(yīng)的產(chǎn)品。經(jīng)過總結(jié)分析，倒車?yán)走_(dá)按提示方式可分為數(shù)碼顯示、液晶、后視鏡、可視雷達(dá)、語言和_提示幾種；目前使用較多的倒車?yán)资菙?shù)碼顯示、液晶顯示和語音三種提示功能的倒車?yán)走_(dá)。按信號的接收方式倒車?yán)走_(dá)又可分為無線傳輸和有線傳輸兩種。無線倒車?yán)走_(dá)是近年來隨著無線傳輸技術(shù)的應(yīng)用快速發(fā)展起來的新一代產(chǎn)品，就產(chǎn)品本身功能上來說，與有線倒車?yán)走_(dá)的基本相同，沒有什么突破，但該類產(chǎn)品最突出的賣點(diǎn)是在具有有線倒車?yán)走_(dá)相同功能的前提下，在安裝過程中避免了對汽車內(nèi)飾結(jié)構(gòu)改動而導(dǎo)致的破壞，縮短等候時間，因此該類產(chǎn)品嚴(yán)格意義上來說是一種意識創(chuàng)新、觀念創(chuàng)新、服務(wù)創(chuàng)新的新產(chǎn)品。而按照工作方式分主要有激光、超聲波、紅外、毫米波等一些測量方法，它們的工作原理雖然不完全一樣，但最終作用都是通過不同的探測方法判斷車后方障礙物與本車的相對距離，并根據(jù)程序中定義好的危險等級做出相應(yīng)的預(yù)防措施。在此，我們探討下這幾種工作方式的特點(diǎn)：
激光方式：激光具有高定向性，能以定向的光束無發(fā)散地直線向前傳播；單色性好，它可以達(dá)到的亮度比太陽光還高幾百億倍；相干性好，激光的頻率、振動方向、相位高度一致。因此激光波束近似直線性，很少擴(kuò)散，波束能量集中，傳輸距離較遠(yuǎn)。但它在對氣候的適應(yīng)能力方面具有局限性，因為激光測距方式受惡劣天氣、汽車激烈震動、發(fā)射鏡表面磨損、污染等因素影響，則探測距離減少二分之一至三分之一，降低了實用精度，所以在汽車倒車?yán)走_(dá)領(lǐng)域激光測距方式?jīng)]有得到很好發(fā)展。
紅外線方式：紅外線可以人為制造,自然界中也廣泛存在,一般的生物都會輻射出紅外線,體現(xiàn)出來的宏觀效應(yīng)就是熱度。 紅外線透視和夜視是分別利用了紅外線的不同性質(zhì)。紅外線測距系統(tǒng)成本低廉，但是容易受到天氣和路邊等物體干擾的影響，在惡劣的天氣與環(huán)境下探測距離仍然不能滿足要求。
毫米波方式：毫米波是微波的一個波段，頻率在30~300G,相應(yīng)波長為1~10mm。毫米波電子系統(tǒng)具有如下特性: 小天線孔徑具有較高的天線增益；高跟蹤精度和制導(dǎo)精度；不易受電子干擾；低角跟蹤時多徑效應(yīng)和地雜波干擾�。欢嗄繕�(biāo)鑒別性能好；雷達(dá)分辨率高；大氣衰減“諧振點(diǎn)”可作b_m傳輸。但其價格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

圖1.1 寶馬汽車上的超聲波倒車?yán)走_(dá)
超聲波方式：超聲波是頻率大于20 kHz的聲波, 具有方向性強(qiáng)、能量衰減緩慢、在介質(zhì)中轉(zhuǎn)播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)；用于測距計算方法簡單, 常用于非接觸式距離測量, 其傳感器種類較多；由于超聲波指向性強(qiáng)，在傳輸過程中能量損耗緩慢，反射能力強(qiáng)，經(jīng)常被用于距離的測量。由于超聲波測距的探測距離較短，主要用于倒車?yán)走_(dá)等近距離測距。
由于倒車?yán)走_(dá)檢測距離比較短，可選擇紅外線和超聲波，因考慮到應(yīng)用場合、成本控制及易用性，故本設(shè)計著重考慮超聲波測距方法，在此我們也著重對超聲波倒車?yán)走_(dá)進(jìn)行具體的分析研究。
目前，很高汽車生產(chǎn)商已經(jīng)開始在生產(chǎn)的汽車當(dāng)中加入超聲波倒車?yán)走_(dá)，一些汽車維護(hù)部門已引進(jìn)了這方面的修理維護(hù)技術(shù)。（圖1.1）所示即為德國寶馬公司為其轎車所配置的倒車?yán)走_(dá)。
1.2.2倒車?yán)走_(dá)當(dāng)前存在的問題
超聲波倒車?yán)走_(dá)運(yùn)用超聲波測距原理結(jié)合單片機(jī)或IC的智能技術(shù)作為一種汽車倒車安全輔助裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、智能判斷不受可見光限制等特點(diǎn)應(yīng)用到了轎車當(dāng)中，但現(xiàn)有的倒車?yán)走_(dá)還仍然存在如下一些問題：
 最大有效探測距離的問題偏小，等到報警后再減速就很緊張，感到預(yù)警時間不充足；
 多數(shù)成品倒車?yán)走_(dá)的顯示速度因為考慮到抗干擾等因素，顯示更新的速度約0.2~0 4 s，算上從倒車?yán)走_(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到發(fā)出警報將需要1~2s，這時車已經(jīng)行使了一段距離，這顯然存在反應(yīng)遲鈍；
 多數(shù)倒車?yán)走_(dá)的超聲波傳感器2~3個，單個傳感器的水平探測角度約60~70度，這樣勢必造成2~3個盲區(qū)，而增加傳感器的個數(shù)不但增加成本，而且提高故障率；
 以往關(guān)于倒車?yán)走_(dá)的研究都采用的是不容易 ……（未完，全文共31024字，當(dāng)前僅顯示5580字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：新型倒車?yán)走_(dá)軟件系統(tǒng)開發(fā)》）