基于单片机的超声波测距系统设计+电路图(2)

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1 前言

1.1研究背景

伴随着经济的发展,我国交通网络日益完善，其家用汽车的数量逐年增长。在快节奏的都市生活中，汽车给我们的工作生活带来了诸多便利；然而伴随着汽车数量增加的将是路面上、停车场以及地下车库等场所变得愈来愈拥堵。同时近年来汽车事故的发生次数也呈现出显著的增长趋势，其中由倒车引发的事故就占到15%。众所周知，倒车和平日里泊车对驾驶者的技术有较高的要求，尤其对于新手朋友和女性朋友来说就更有难度了。倒车之所以更难些，是因为驾驶者在倒车时只能通过倒车镜来判断后方的路况，其视野十分有限。因此，随着汽车工业的不断发展，消费者对汽车的安全性、科技性及智能性提出更高的要求，驾驶者们更希望能发明一装置可以解决他们的倒车难题，能够辅助将其爱车快速、安全的驶入指定地点。在这一背景趋势下，研发一种能兼备快速性、稳定性、可靠性及经济性的汽车安全倒车防撞系统刻不容缓。

在本文中所介绍的倒车防撞报警器和如今高级轿车上配备的雷达所采用的原理都是利用超声波测距原理的。但是成本价格要比市面上的各类倒车雷达便宜得多，并且设计电路更加简单，精确度及稳定可靠性都可以满足日常的需求。该报警器作为司机朋友们倒车时的得力助手，其组成部分主要有单片机、超声波传感器、蜂鸣器以及LED显示器四大部份。它主要运用超声波测距原理，当驾驶者倒车时，位于汽车尾部的探头发出超声波，当波遇到车后的物体后反射回超声波传感器，这时通过计时器算出时间，从而算出车尾到物体的距离。并且经显示器显示出实时距离，当距离小于等于5cm时，蜂鸣器发出警报声提醒司机紧急制动，从而起到协助司机朋友安全倒车、泊车的作用。

1.2 国内外研究现状

1876年，人类史上的首个高频声波诞生于F.Galton的一次关于气哨的实验，我国则到1956年才开始对超声波进行规模化的研究。直到80年代后期，得益于高速器件以及计算机的快速发展，使得超声波的数字化变成一种可能。进入二十一世纪以来，超声波技术在我国的倒车提醒、建筑工地、工业现场、通信航空等领域得到广泛的应用，并且都取得了较好的成果。R.Kuc提出三维的仿生声纳系统，该系统能够实现自动搜索探测目标的功能。它的感知装置由5个超声波传感器组成，在十字架的交叉点处放置其发射超声波的换能器，在四个边缘处分别放置超声波的接受换能器，可以很方便的通过空间的几何关系计算出目标的距离。而G.Bucci和C.Landi提出关于输入超声波信号的功率谱算法，这种算法充分的运用了信号进行傅里叶变换之后功率谱密度中信号的特性来判断回波，有效的提高了渡越时间的精确度。如果说牛顿所受苹果落地启发提出的万有引力无人不知的话，那么F.Devand,G.Haywaerd以及J.Soraghan所受飞行动物蝙蝠在漆黑中捕食的启发而提出极具优点的自适应超声波成像系统，对于学过物理的同学们来说应该也是无人不知的。该系统通过使用重叠的频率调制其信号来有效提高图像的分辨率，并且能起到消除图像畸变的作用。近些年来我国的部分学者也作了一些相关的研究。例如，回波轮廓分析法就是由我国著名大学厦门大学的学者经过反复研究出来的。这种方法的主要原理就在测量距离过程中经过两次的探测来求得回波的包络曲线来最终确定回波的起点位置，这就大大提高了计算超声波传播时间的精度。同济大学则设计了基于伪随机码的时延两步相关估计法，这一方法的基本原理是用PRBS（伪随机二进制信号序列）作为发送信号，再通过相关函数的求解得出相应的传播时间，它的最主要优点在于具备良好的抗干扰能力，同时还大大减少了用于相应函数计算所需的乘法。