汽车泊车辅助系统设计.docx

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1、济南高校泉城学院毕业设计题目汽车泊车协助系统设计学院工学院专业机械设计制造和其自动化（专升本）班级1502班学生高雯亭学号2015040118指导老师张兴达武华蒯建明二。一七年五月十六日随着国民经济迅猛发展，汽车保有量逐年递增。在汽车运用过程中，泊车成为摩擦事故频发的一个环节，给人们的生命财产平安带来诸多隐患。针对这一问题，本设计提出了一种基于单片机的汽车泊车协助系统。实现了泊车过程中的距离监测、报警、显示等功能，为泊车供应了牢靠助力。本设计主要包含硬件部分设计与软件部分设计。其中硬件部分主要包含核心限制部分、信号采集部分、显示部分、报警部分。详细工作主要有元器件选型、电路设计、电路制作和调试

2、等。软件部分以C语言为工具，设计了完整的程序流程框图并完成了程序编写，实现了数据接收、分析以和限制指令输出等功能，结合硬件平台实现了预期功能。通过电路制作和调试，验证了本设计系统的有效性，为进一步的探讨和应用供应了肯定的数据参考。关键词：单片机；传感器；超声波测距ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofthenationaleconomy,carownershipincreasedyearbyyear.Intheprocessofcaruse,parkinghasbecomeafrequentpartofthefrictionaccident,topeoplesliv

3、esandpropertytobringalotofhiddendangers.Aimingatthisproblem,thisdesignproposesavehicleparkingassistsystembasedonsinglechipmicrocomputer.Toachievetheprocessofparkingdistancemonitoring,alarm,displayandotherfunctionsfortheparkingtoprovideareliablepower.Th运designmainlyincludesthehardwarepartdesignandthe

4、softwarepartdesign.Thehardwarepartmainlyincludesthecorecontrolpart,thesignalacquisitionpart,thedisplaypart,thealarmpart.Specificworkmainlycomponentsselection,circuitdesign,circuitproductionanddebugging.ThesoftwarepartofthesoftwaretoClanguageasatooltodesignacompleteprogramflowdiagramandcompletethepro

5、gramtoachievethedatareception,analysisandcontrolcommandoutputandotherfunctions,combinedwiththehardwareplatformtoachievethedesiredfunction.Throughthecircuitmakinganddebugging,thevalidityofthedesignsystemisverified,whichprovidessomedatareferenceforfurtherresearchandapplication.Keywords:singlechip;sens

6、or;ultrasonicranging摘要11Abstract错误!未定义书签。1绪论01.1国内外探讨现状01.2选题目的与意义12系统设计方案62.1 超声波的工作原理62.2 超声波的测距方法72.3 超声波测距精度和补偿83系统硬件的设计133.1 系统主控部分143.2 系统信号采集部分153.3 系统显示部分183.4 系统报警部分194系统的软件设计204.1 系统主程序软件设计204.2 系统子程序软件设计224.2.1 测温部分设计224.2.2 测距部分设计235系统制作和调试255.1 系统PCB制作255.3 系统实物制作275.4 系统测试316总结与展望33致谢3

7、5参考文献36附录A电气原理图38附录B电路PCB图39附录C实物图40附录D元器件清单41附录E部分源程序图421绪论1.1 国内外探讨现状最初的泊车协助系统，是用于货车上的语音泊车警告。它在汽车挂上倒档后会发出“倒车请留意！”的语音，提示车辆四周的行人和行车，以主动避让,从而削减事故的发生。但是“泊车喇叭”对驾驶员来说主动性很差，驾驶员无法驾驭车后方的状况。虽然说它的语音提示能很大程度避开对行人损害，但由于车主泊车时无法发觉车后的障碍物，无法对车辆进行有效爱护，因此极易造成刮擦和碰撞。于是，在“泊车喇叭”的基础上生产厂家研发了其次代泊车协助系统：“超声雷达”。它是通过安装在在车辆尾部的传感

8、器，对车辆后方肯定范围内的障碍物进行探测。并通过报警的“嘀嘀”声或语音提示协助驾驶员进行泊车操作。同样，“超声雷达”在面世后没多久，驾驶员也发觉了它的一些弊端。它虽然解决了“泊车喇叭”无法发觉泊车障碍物的问题，但由于它无法推断障碍物的准确位置，也不能探测路面坑洼之处或低矮的障碍物，因此“超声波倒车雷达”泊车技术在平安泊车的问题上还是存在一点点瑕疵。因此，厂家在“超声波倒车雷达”的基础上又研发了第三代泊车协助系统：“泊车影像”。它是通过安装在车尾的高清摄像头，将车后路况信息清晰的显示于车内的显示屏上，让驾驶员可以查看后方道路状况，从而使汽车平安的泊车入库。泊车影像的出现着实让刚上路新手如释重负，

9、因为可以看到实际的路况影像，符合驾驶员的真实需求。那么，泊车影像的出现真的解决了泊车难得问题吗?其实不然，泊车影像依旧存在泊车难问题，那就是泊车影像的一个致命缺陷，泊车影像显示的不够全面，画面里存在盲区。于是第四代泊车协助系统全景影像系统横空出世，其主要包括一个图像处理单元和四个超广角摄像头。左右摄像头分别安装在左右后视镜下方，前后摄像头分别安装在前后保险杠上方。这个全景环视概念最早是由K.Kate,M.Suzuki,Y.Fujita,Y.Hirama等四人于2006年首先提出。这一概念提出后，立刻引起了国内外众多汽车生产厂家和相关科研单位的爱好。但到目前为止，基于这一观点研发出成熟产品的厂家

10、却屈指可数。2007年，日产公司发布了首款全景行车平安系统“环景监视系统AVM”，2008年本田推出了multi-viewcamerasystem,2009年阿尔派推出TOPVIEW系统，2010年Fujitsu公司研发了MUlti-ArlgIeViSion系统，宝马公司自主研发的只有左、右、后三个方位视图的泊车协助系统，首先应用在X6上，宝马740系列上的全景系统还是其供应商供应的。1.2 选题目的与意义自改革开放以来，我国经济快速发展的同时工业也发生了天翻地覆的变更，人们的生活水平越来越高，汽车已经从“万元户”的家中进入千家万户的家庭当中，由此产生的交通问题也越来越变的尖锐起来。主要针对越

11、来越拥挤的马路、停车场、街道等场所，加上驾校培育中存在问题，大量驾驶员在拿到驾照之后变身“马路杀手”，简洁刮伤汽车甚至发生交通事故等一些状况，泊车协助系统是一种旨在泊车防护的汽车防撞系统。泊车期间发生事故的频率极高，已引起了社会和交管部门的高度重视。与此同时，网络购物越来越便利订单量呈现爆发式增长，快递行业发展势头迅猛，订单量业务量不断增加，物流公司和快递公司工作量增加货运缺口使货运驾驶员工作时间延长，简洁造成疲惫驾驶导致交通事故的发生。“行百里者半于九十，此言末路之难也”在货运的最终环节由于驾驶员的麻痹大意出现事故的可能性也会大大增加图1.1运载卡车视角图1.2运载卡车驾驶员视角从图上可以看

12、出，驾驶员在驾驶运载卡车时对于侧方行车信息驾驭不全，在遇到恶劣天气时此种状况更是雪上加霜。而且运载卡车的驾驶室高大，驾驶员视线收到各种障碍物的影响，驾驶员视线之内存在许多死角为事故的发生埋下了隐患，经过实际测量与体验我发觉运载卡车在倒车时的问题主要为右侧和后侧距离无法驾驭，驾驶员习惯看离自身较近的左方后视镜而忽视了车辆右方的行人和路面状况，特别简洁发生交通事故。奔驰汽车的泊车协助系统为蓝本,奔驰汽车的全向泊车协助系统基于10个测距雷达组成，包括前后左右4个方向，特别精彩的解决了小型汽车的泊车问题。其同样适用于解决运载卡车的泊车问题。图13奔驰汽车泊车协助系统测距传感器目前国内外常用的测距方式大

13、致分为5种：红外雷达测距，毫米波雷达测距，视频测距，激光测距。光电测距激光测距与红外测距都属于光电测距。光电测距具有时间短、量程大、精度高等优点。而且光电测距所运用光波的波束近似直线，很少扩散，波束的能量比较集中，测距的精确性较高。光电测距系统又分为成像式和非成像式两种，车载测距系统偏向于非成像式应用。非成像式又分为脉冲式光电测距和相位式光电测距两种。但是在车载应用领域，要求测距系统对天气的适应实力强，而且能忍受振动的干扰，而光电测距受天气的影响很大，在高速运动的车体中，也很难在振动环境中保持较好的稳定性和牢靠性，并且外界的日光环境也会影响到光电测距系统的工作。已经处于运用阶段的光电测距系统价

14、格较高。毫米波雷达测距雷达是通过所测目标对电磁波的反射来探知目标并测定其位置的。从这个意义上讲，前面所提到的倒车雷达不能算是严格意义上的雷达。雷达的工作频率范围从到，工作在以下的称为微波雷达，在以上的称为毫米波雷达。车载雷达的一般选用在等波段，其对应的频率范围处在毫米波雷达范围。毫米波雷达是长距离测距用到的。毫米波雷达测距不易受被测对象表面状况和颜色的影响，并且不受大气流淌的影响，雨、雪、雾、阳光和灰尘等的干扰较小，且其测距的精度很高，可以实现多目标测量。毫米波雷达的缺点在于毫米波雷达的工作介质是电磁波，不同车辆之间的毫米波雷达会相互干扰以致无法工作，并且还会影响到车载通讯系统和广播系统的工作

15、有些物体对毫米波的反射较弱，如房屋、水泥或塑料隔离墩、数目、行人或牲畜等，此时毫米波雷达就会做出误判，从而影响到行车的平安性。视觉测距所谓视觉测距就是利用摄像机或照相机实时拍摄包含被测目标的图像，然后利用计算机对所拍摄的图像快速提取特征信号进行分析和计算，求出被测目标到摄像机之间的距离。单目视觉测距无法精确获得被测对象的距离值，现在广泛的探讨所关注的是双目视觉的测距系统。双目视觉系统仿照了人的视觉原理，测量的精度很高，但目前的价格很高，同时由于受软件和硬件的制约，成像速度较慢，须要软硬件的发展达到可以快速成像并且价格大幅下降的时候才能得到广泛应用。超声波测距超声波指的是工作频率在以上的机械波，

16、它具有穿透性强、衰减小、反射实力强等特点。超声波测距的原理是利用测量超声波放射脉冲和接收脉冲的时间差，再结合超声波在空气中传输的速度来计算距离。超声波测距的原理简洁、成本低、制作便利，且超声波对雨、雪、雾的穿透性较强，可以在雨、雾等恶劣天气下工作。其次，超声波对光照和色调不敏感，可用于识别透亮和漫反射性差的物体。再次，超声波对外界电磁场不敏感，可用于由电磁干扰的环境中。但是超声波测距的速度和光电测距与毫米波雷达测距的速度无法相比，且超声波具有肯定的扩散角，只可测得距离，不行以测得方位。表Ll测距方式对比表超声波测距红外线测距激光测距视频测距毫米波测距最大距离10米10米150米VIOo米375

17、ms和75OmSo出厂时，默认的辨别率是最高的，为00625摄氏度。从DS18B20中读出的整数数据乘以辨别率就可以得出所测出的环境温度的值。发送复位脉冲W跳过ROM(OCCH)演示等待温度转换完毕发送复位脉冲W一读取温度值(OBEH)V图4.2测温程序框图4.2.2测距部分设计超声波测距部分程序框图如图所示:定时器中断入口定时器初始化工开外部中断，开定时器放射超声波4是否收到回波-W开外部中断J停止放射超声波复原定时器初值（返回）（返回）a定时器中断b外部中断图4.3超声波测距程序框图超声波放射电路用来在规定的时间内放射超声波。渡越时间法中，所须要电路供应但是脉冲信号，因此须要一个方波发生器

18、。同时，为了提超群声波的发送实力，还须要对信号进行肯定的电压放大，使其能够放射强度较大的超声波。超声波接收电路须要完成的任务是将由超声波探头所获得的微弱信号进行放大，通过滤波滤掉杂波，再将滤波后的信号进行整形，输出肯定的台阶信号，从而给单片机以提示，证明已经接收到了回波信号，从而令单片机能够确认超声波在空气中所传播的时间详细究竟是多少。5系统制作和调试经过理论的辩证和分析之后，运用所选的元器件完成了汽车泊车协助系统实物的组装。并在组装之后开机运行测试功能和修改不足之处。5.1系统PCB制作L(DTO?OOQQ Q禹 QQoQQQ OQ9Q 吗。炉如 LCld02R5 R3 田口JIleIN M

19、ODE图5.4系统PCB板要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局和导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的，一般应遵循以下原则【陶。首先，要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声实力下降，成本也增加过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰，在其确定尺寸后，再确定特别元件的位置。最终，依据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法削减它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽

20、量布置在一调试时手不易触和的地方。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印刷板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2毫米。电路板的最佳形态为长方形，长宽比为3:2O电路板面尺寸大于30mm2时，应考虑电路板所受的机械强度。印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值确定。当铜箔厚度为0.05毫米，宽度为1-15毫米时，通过的电流，温度不会高于300C,因此导线宽度为可满意要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选用的导线宽度为0020.3毫米。当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源

21、线和地线。印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避开运用大面积铜箔。如要大面积铜箔时，最好用栅格状，可以有效解除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。焊盘要比器件引线直径大一些，焊盘太大简洁形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d1.2)毫米，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d1.0)毫米。PCB和电路抗干扰措施主要考虑电源线和地线的设计。电源线设计依据印刷线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，削减坏路电阻。同时使电源线、地线的走向和数据传输的方向一样，这样有助于增加抗噪声实力。地线设计：若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽

22、量分开。低频电路的地应尽量采纳单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采纳多点串联接地，地线应短而粗，高频元件四周尽量用栅格状的大面积地箔。接地线应尽量加粗，如有可能，接地线直径应在2毫米以上。接地线构成闭环路，其接地电路布成闭坏路大多能提高抗噪声实力。去藕电容配置去藕电容的一般配置原则是:(1).电源输入端跨接101。0微法的电解电容器。如有可能，接1。0微法以上的更好。,原则上每个集成电路芯片都应布置一个001皮法的鎏片电容,如遇印刷板空隙不够，可每4个芯片布置一个锂电容。(3) .对于抗噪实力弱、关断时电源变更大的器件，如RoM,RAM存储器件，应在芯片的电源线和

23、地线之间干脆接入去藕电容。(4) .电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。5.3系统实物制作实物制作完成之后对其功能进行测试，首先检查实物外观有无瑕疵各引脚有无漏焊虚焊。在对各元器件检查完毕之后，开机运行系统起先进行功能测试,看系统能否实现要求。首先在桌面上摆放一个障碍物，模拟测试系统对车辆后方障碍物距离的测量实力，并缓慢移动障碍物看系统能否按要求实现限位报警功能。如图所示在放置障碍物后，显示屏显示出与障碍物之间的距离并发出声光报警提示。系统实现了预先想要具备的功能，并且多次试验均稳定运行没有发生系统无法测量或无法报警的状况。系统胜利的实现了车辆泊车时的距离监测，实时显示，限位声光报

24、警等功能。图5.1系统实物图图5.2系统侧方测距图从图中可以看出当距离低于10厘米时系统报警部分通过声光报警的方式进行限位报警提示驾驶员车辆与后方障碍物距离过近。图5.3系统后方测距图图5.3实物背面接线图5.2系统测试为了验证泊车协助系统理论的正确性和实物的是否具备泊车协助的功能，须要进行实际实地的验证和测量。所以我们运用制作完成的泊车协助系统实物进行了必要试验。首先在等温的状况下对测距系统进行了多次测试，测试结果如下表：表5.1恒温状态测试表1234530厘米30.6厘米30.5厘米29.8厘米30.2厘米30.1厘米40厘米40.6厘米40.5厘米40.6厘米40.3厘米40.1厘米50厘米50.6厘米50.5厘米49.5厘米50.1厘米50.3厘米60厘米60.8厘米60.5厘米6