基于AVR单片机倒车雷达设计文献综述

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文献综述基于AVR单片机倒车雷达设计一、前言（说明设计或论文的目的、意义，介绍有关感念）设计的目的：倒车雷达由超声波传感器（俗称探头），控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。基于AVR单片机倒车雷达是在超声波测距的基础上，运用AVR单片机，在控制器的控制下发射超声波信号[1]，当遇到障碍时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出其他警示信号，从而达到安全泊车的目地。设计的意义：倒车雷达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、倒车和启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，提高驾驶的安全性。倒车雷达通常是在车的后保险杠或前后保险杠设置雷达侦测器，用以侦测前后方的障碍物，帮助驾驶员“看到”前后方的障碍物，或停车时与它车的距离，此装置除了方便停车外更可以保护车身不受刮蹭。它以超音波感应器来侦测出离车最近的障碍物距离，并发出警笛声来警告驾驶者。而警笛声音的控制通常分为两个阶段，当车辆的距离达到某一开始侦测的距离时，警笛声音开始以某一高频的警笛声鸣叫，而当车行至更近的某一距离时，则警笛声改以连续的警笛声，来告知驾驶者。倒车雷达其实跟我们所知道的雷达是一样的，是根据蝙蝠在黑夜里高速飞行而不会与任何障碍物相撞的原理设计开发的。通过感应装置发出超声波，然后通过反射回来的超声波来判断前方有没有障碍物，以及障碍物的距离，大小，方向，形状等[2]。不过由于倒车雷达大小和实用性的限制，目前的倒车雷达主要具备的就是判断障碍物的距离，并作出提示，让驾驶者便于判断。AVR单片机与51单片机或CPU相比具有以下有点：①在相同的系统时钟下AVR运行速度最快。②芯片内部的FLASH、EEPROM、SRAM容量最大。-7- ①所有型号的FLASH、EEPROM都可以反复烧写，全部支持在线编程烧写。②多种频率的RC振动器、上电自动复位、看门狗启动延时等功能，零外围电路也可以工作。③每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动功能强。④内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；丰富的中断源等。AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发的增强型内置FLASH的RISC精简指令级高速8位单片机。AVR单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备家用电器等各个领域。相关概念：●超声波传感器：超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点[3]。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面[4]。由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测.而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制[5]。●AVR单片机-7- 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路[6]）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统[7][8]。二、主题（阐明有关主题的背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述）●倒车雷达的发展背景：随着汽车普及率的逐年增加,消费者在将汽车作为交通运输工具的同时,由此产生的交通问题越来越成为人们关注的问题。其中倒车事故由于发生的频率极高，已引起了社会和交通部门的高度重视。倒车事故发生的原因是多方面的，倒车镜有死角，驾车者目测距离有误差，视线模糊等原因造成倒车时的事故率远大于汽车前进时的事故率，尤其是非职业驾驶员以及女性更为突出。而倒车事故给车主带来许多麻烦，例如撞上别人的车、消防水笼头，如果伤及儿童更是不堪设想，有鉴于此，汽车高科技产品家族中，专为汽车倒车泊位设置的“倒车雷达”应运而生，倒车雷达的加装可以解决驾驶人员的后顾之忧，大大降低了倒车事故的发生。●国内外倒车雷达的发展现状：通常的倒车雷达主要由感应器（探头）、主机、显示设备等3部分组成。感应器发出和接收超声波信号，并将接收到的信号传输到主机，再通过显示设备显示出来。感应器装在后保险杠上，以角45°辐射，检测目标，能探索到那些低于保险杠而驾驶员从后窗又难以看见的障碍物并报警，如花坛、蹲在车后玩耍的儿童等；显示设备装在仪表板上，提醒驾驶员汽车距后面物体还有多少距离，到危险距离时，蜂鸣器就开始鸣叫，提示驾驶员停车[9]。根据感应器种类不同，倒车雷达可分为粘贴式、钻孔式和悬挂式等种。粘贴式感应器后有1层胶，可直接粘在后保险杠上；钻孔式感应器是在保险杠上钻1个洞，然后把感应器嵌进去；悬挂式感应器主要用于载货车。根据显示设备种类不同，倒车雷达又可分为数字式、颜色式和蜂鸣式等3种。数字式显示设备是1只如传呼机大小的盒子，安装在驾驶台上，直接用数字表示汽车与后面物体的距离，并可精确到1厘米，让驾驶员一目了然。倒车防撞雷达发展到现在，已经历经5代。第一代和第二代倒车雷达都是以声响报警为主要功能，汽车在倒车状态，语没有语音提示，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，价格便宜，已基本退出市场。第三代数码波段显示，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在-7- 1.8米开始显示；如果是人，在0.9米左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由三种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物离车体距离有0.8米以上；黄色代表警告距离，表示离障碍物的距离只有0.6~0.8米；红色代表危险距离，表示离障碍物只有不到0.6米的距离，你必须停止倒车。该代产品由于比较实用，价格不高，中低档车和车铃超过三年的车安装使用较多，但安装在车内不太美观、功能单一。第四代液晶荧屏显示这一代产品有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。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。动态显示，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，目前已逐渐成为新购中高档车安装使用的主流产品。不过目前国产的液晶显示器外观虽精巧，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2米以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上比较先进的倒车雷达系统，部分进口的高档车已有安装使用。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内倒视镜的位置，而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。第六代可视雷达（简称TFT）：第六代产品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。采用摄像头配有专用显示器以影象形式显示倒车情况，价位很高客户很少接受，是专门为高档轿车生产的。代表着高档车未来几年的配置趋势。而基于AVR单片机的倒车雷达发展到现在具有以下优势特征：AVR单片机是高速嵌入式单片机：1）AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。　　2）多累加器型，数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。3）中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。　　-7- AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8V即可工作。　　AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁LockBit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。I/O口功能强,具有A/D转换等电路。1）AVR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。2）AVR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。3）部分AVR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低。4）AVR单片机可重设启动复位，以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护，可防止程序走乱，提高了产品的抗干扰能力。有功能强大的定时器/计数器及通讯接口。1）定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出，某些型号的AVR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。2）AVR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K。●倒车雷达的发展的方向及其评论我认为今后的倒车雷达应趋于人性化、智能化。从倒车雷达的技术发展来看，大部分设计都是以微处理器来驱动周边设备，又或者是以锁相环电路达到超声波量测距离，再提供警示作用。而针对单芯片整合技术，部分厂商发展出一系列相关解决方案。因此，若能采用专用倒车雷达芯片整合技术，藉此达到倒车雷达系统的功能，对生产厂家而言，除了能够大幅降低开发及生产成本，对提升整机的可靠性也有极大助益。抗干扰性、可靠性都要好。传统倒车雷达的设计过于复杂，加上采用零组件繁多，由于各个元件性能差异大，使整体不具有一致性，因而导致产品故障率提高，增加生产除错过程。因此，可在产品设计时，将周边元件复杂度降至最低，来减少倒车雷达设备的体积；而在信息可靠性方面，可与显示模块之间运用差动通讯方式，增强抗干扰能力及可靠性[10]。-7- 成本低、性能要好。目前市面上的倒车雷达一般都是利用超声波的作用原理，是藉由接收其所发射的超声波，经运算回馈时间，用以显示车辆与障碍物距离。不过，首先必须考虑角度限制问题，因为传感器接收到发射的超声波是有角度限制，一旦障碍物在传感器难以侦测到的死角之内，那么倒车雷达不会产生任何警示信号。所以在设计阶段应该评估传感器数量多寡，将侦测死角限制降至最低，又不会影响成本价格。另外，倒车雷达主要功能在于提醒驾驶者车辆与障碍物的距离，倒车雷达所搭载的传感器将因为距离长短，而有所差异。因此，设计者必须加强实车模拟，求得雷达系统对车辆与障碍物间距离具有最佳判断力。此外，我以为倒车雷达应向无盲点的方向发展。当驾驶汽车时，有时明明从反光镜及后视镜中没有看见有车跟在后面，因为反光镜及后视镜有一定的视野范围，当你要变换车道或转弯时，突然发现有汽车从侧面钻出，导致车祸的发生[11]。所以无盲区的倒车雷达是今后发展的必然趋势。三、总结（将有关主题进行扼要总结，提出自己的见解并对其发展方向做一定的展望）随着我国经济的快速发展，人们的收入稳步提高，可以说汽车是当今人们生活中不可缺少的一部分[12]。当今汽车业的四大主题是：安全、环保、节能和舒适，这也是中国未来汽车的发展方向。而其中的安全性则是设计车型时首先要考虑的因素，而倒车雷达技术可以提高倒车的安全性。倒车雷达系统是保障汽车倒车安全的辅助系统，通过超声波探头发出超声波，使用高速单片机计算距离，并加入了温度补偿电路，提高了距离计算的精度。系统安装的液晶显示器可以直观的显示温度和距离，给驾驶员提供了方便。在倒车时，当汽车与障碍物的距离小于我们所设定的安全距离时，系统便通过集成电路发出报警，提醒驾驶员，防止汽车的碰撞或擦伤，具有很强的实用性。四、参考文献（根据文中参阅和引用的先后次序按序编排）[1]牛余朋，成曙.基于单片机的超声波测距系统．兵工自动化出版社，2005[2]何莉，曾宪文.基于PIC单片机的超声波测距系统．重庆工学院电子信息与自动化学院出版社，2006-7[3]丁镇生.传感器及遥测技术．电子工业出版社，1998-5[4]何希才.传感器技术及应用．北京航空航天大学出版社，2005[5]张谦琳.超声波检测原理和方法．北京：中国科技大学出版社，1993-10:11-16-7- [6]陈光东.单片机微型计算机原理与技术接口（第二版）．武汉：华中理工大学出版社，1999-4:21-25[7]郭天祥.概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展．电子工业出版社[8]李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础（修订本）．北京：北京航空航天大学出版社，2001[9]苏长赞.红外线与超声波遥测．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999-6:128-134[10]恒清，张靖.加强单片机系统抗干扰能力的方法．通化师范学院报社，2004-10：2[11]戴巍.现代汽车防撞系统．汽车维修出版社，2006[12]吴文琳，蚁文荣.新型汽车电控与电气系统检修自学读本．中国电力出版社[13]马忠梅，籍顺信.单片机的C语言应用程序设计．第三版，北京航天航空大学出版社，2003-11[14]黄继吕.电子元器件应用手册．人民邮电出版社，2007[15]恒盛杰资讯.Protel电路板设计从入门到精通．中国青年出版社，2006[16]rotorS，ZHANGGX.GeometricErrorMeasurementandCompensationofMachines.AnnalsoftheCIRP.1995:599-609[17]OltonW.Instrumentationprocessmeasurement.LongmanscientificTechnical.1991:364-372-7-