毕业设计（论文）开题报告
题 目 车载倒车雷达系统硬件电路设计
专 业 名 称 电子信息工程
班 级 学 号 118205244
学 生 姓 名 赵金明
指 导 教 师 万在红
20 15 年 3 月 31 日
一、选题的依据及意义
本次毕业设计的课题是车载倒车雷达硬件电路设计。
随着我国经济的快速发展,人们生活不断改善，车辆也越来越多，交通问题由此
也越来越多。本次毕业设计的课题主要针对倒车，汽车车车后有一定视觉盲区，该系统能够在汽车以较低的速度进行倒车的过程中，识别出车后部的障碍物，并能够测量车与障碍物之间的距离，在车辆与障碍物发生碰撞前，发出报警，所以汽车倒车雷达可以避免视觉盲区内刮伤汽车甚至发生交通事故，由此车载倒车雷达可以倒车事故发生率减少。车载倒车雷达增加汽车的后视能力，研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。安全避免障碍物的前提是快速、准确地测量障碍物与汽车之间的距离。为此，设计了以单片机为核心，利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。
本系统介绍了一种基于51单片机的超声波测距倒车系统的硬件设计，文中介绍了基于AT89S51单片机的超声波测距器。该系统可以精确测得车尾与障碍物的距离，指导司机安全倒车。
二、国内外研究概况及发展趋势
20年前出现的倒车雷达，严格而言，不属于雷达的产品。以最早出现的非常类似的一个装置来讲，它是利用红外线的发射与接收的原理而做出的“倒车雷达”。该装置最大的缺点是红外线波易受干扰，整个系统呈现不稳定状态，糟糕的是，无论是红外线发射器或接受器，只要任何一方覆盖薄薄的冰雪或泥尘，系统就会失效。
目前全球倒车雷达产业主要品牌有德国的Bosch、法国的VALEO、日本的Denso等等。全球各大汽车电子零组件厂其产品线的范畴均涵盖多种类汽车电子产品，故能有效地将众多系统整合成一系统，适时满足消费者多元化的需求。
最近在欧美又出现了一种电磁感应倒车雷达。在一线路套上一环型的感应圈，以感应车后物体的有无。此种装置价格中等，并且完全隐密，算是一种好产品，但可惜的是，安装困难(必须卸下保险杠贴在内侧)，而且只能探测动态物品，当车在后退行进时，可探测到物体，但车一旦停止后退行进，则任何物体都不被认可。换言之，如有任何物品贴在后保险杠，当车一旦停止再启动后，此装置并不会告知驾驶者后方有物品贴在保险杠，此车不能再后退等。因此，实用性也相当有限。
日本、美国和欧洲等国的大汽车公司都投入了相当的人力、物力，采用先进的毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等制成安全预警系统，使用在其所开发的高级汽车上。
近十年内，国内外研究人员主要研究超声波回波信号的处理方法,新型超声波换能器、超声波发射脉冲选取等方面做了大量的研究，并针对超声波的干扰提出了各种解决方法，这些方法使得超声波的测量距离精度大大提高，对应的应用领域汽车倒车雷达也进行了各项改进，使得汽车的安全性能大幅提高。
经过几年的发展，倒车雷达系统已经过了数代的技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这几代产品都各有特点，目前使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这3种。因为，大力研究开发倒车雷达等主动式汽车辅助安全装置，将减少驾驶员的负担和判断错误，对于交通安全起到重要作用。显然，此类产品的研发具有极大的现实意义和广阔的应用前景。让车载倒车更趋于小型化、智能化、人性化。
2 研究的基本内容与拟解决的主要问题
2.1 基本内容
本次毕业设计中主要完成的内容包括
1)超声波倒车雷达的原理分析与设计超声波发射与接收的原理，超声波发射与接收的外围电路以及外围电路与单片机的接口处理。
2)超声波的发射与接收电路调试与装配在确定正式电路之前必须对超声波的发射与接收系统进行调试，并不断的改进，找出误差的所在，确定最优方案，最后进行硬件装配。
3)距离测量与报警
单片机对超声波接收端的接收的数据进行处理，并转换成距离进行显示。并可以设定安全距离，距离S=（T*V）/2，当测量得的距离低于安全距离时进行报警。
2.2 拟解决的主要问题
1.盲区
在以传感器脉冲反射方式工作的情况下，电压很高的发射电脉冲在激励传感器的同时也进入接收部分。此时，在短时间内放大器的放大倍数会降低，甚至没有放大作用，这种现象称为阻塞。不同的检测仪阻塞程度不一样。根据阻塞区内的缺陷回波高度对缺陷进行定量评价会使结果偏低，有时甚至不能发现障碍物，这时需要注意的。由于发射脉冲自身有一定的宽带，加上放大器有阻塞问题，在靠近发射脉冲一段时间范围内，所要求发现的缺陷往往不能被发现，这段距离称为盲区
2.超声波传播的速度不恒定
声速的测量在超声波测距中对提高超声波精度有重要的作用，超声波在介质中的传播速度与温度、压力等因素有关，其中温的影响最大。常温下，超声波的传播速度为340m/s，温度每升高1℃，声速增加约为0.6m/s[2]。
3. 回波信号幅值随传播距离增大呈指数规律衰减
回波信号幅值随传播距离增大呈指数规律衰减，使得接收传感器接收到的回波信号随着测量距离的增大而大幅减小，给回波前沿的准确定位带来困难，造成测量精度降低[3]。
3 研究思路方案、可行性分析及预期成果
3.1 研究思路方案
3.1.1 系统结构：
系该设计的应用背景是基于AT89S51的超声信号检测的,系统主要由倒车雷达信号发射器、倒车雷达信号接收器、单片机、数码管显示、电源蜂鸣器报警这六个部分组成。其工作原理是单片机发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；发射部件的点脉冲电压很高，但是由于障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压不过几十毫伏，要对这样小的信号进行处理就必须放大到一定的幅度，单片机发出短暂的40kHz信号，经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入，锁相环对此信号锁定，启动单片机中断程序，接收部分就是有两级放大电路，检波电路及锁相环构成，读出时间t，再由系统软件对其进行计算、判别后，相应的计算结果被送至LED数码管进行显示。
3.1.2 硬件方案：
3.1.2.1发射电路设计
单片机I\O的驱动能力有限，发出40KHz信号若不进行功率放大，则传输的距离不远，所以我们选用集成芯片74HC04,该芯片内部包含6个非门，每个非门的输出电流（负载能力）是一定的。两个并联，输出电流加倍，驱动能力翻倍，最大功率输出为60mW，满足我们对功率放大部分的要求。
3.1.2.2主控芯片选择
主控芯片选择51单片机，共32个I/O口，可以满足我们对I/O口的要求，
3.1.2.3接收电路设计
由于接收到的信号比较弱，必须加一个放大电路对进号进行放大，我们选择CX20106A对信号进行放大，CX 20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、滤波。其总放大增益80db，满足我们的设计要求。
3.1.2.4 显示电路
该模块的设计能够让所测得的距离显示在数码管上
3.1.2.5 报警电路
当所测距离小于预先设定值时，通过声音报警来提醒驾驶员。
3.2 可行性分析
超声波倒车雷达是一个综合系统，单片机发出超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波, 从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距离。
本次设计中要用到的单片机和各种芯片都是我们非常熟悉的，我们在前面的课程学习中，已经学习了51单片机，传感器应用等方面的课程，还学习了数字电子线路,模拟电子线路等课程，并查询相关的资料，已经对超声波倒车雷达原理有了初步的了解。本设计的研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业设计的顺利完成并取得预期的研究成果
三、研究内容及实验方案
3.1在设计中需要完成的具体工作
1.1~4周 完成开题报告及英文翻译
2.5~6周 学习相关知识，制度本课题设计总体方案
3.7~9周 完成具体方案
4.10~13周 着手完成论文
参考文献
[1]郑郁正.《单片机原理及应用》。成都：四川大学出版社，2008
[2]苏炜，龚壁建，潘笑.超声波测距误差分析[J].传感器技术，2004
[3]卜英勇，王纪婵，赵海鸣，刘光华. 《基于单片机的高精度超声波测距系统》. 中南大学机电工程学院，2007
[4][华成英.《模拟电子技术基础》[M].北京：高等教育出版社，2006
[5]李瀚荪.《电路分析基础》[M].北京：高等教育出版社，2006
[6]苏炜，龚壁建，潘笑.《超声波测距误差分析》[J].传感器技术，2004
[7],张波，王朋亮.基于STC89C51单片机超声波测距系统的设计[J].机床与液压,2010
[8]王红云，姚志敏，王竹林史连艳.超声波测距系统设计[J].仪表技术.2010
[9]马志敏，刘爱东，李强等.一种自动抑制超声测量盲区的方法 .声学技术，2005
[10]金元郁，张海鹰.超声波自主探路车探测方法的改进［M］.传感器与仪器，2009
第二篇：开题报告
文华学院
毕业设计（论文）开题报告
（本科学生用）
题 目：二维光子晶体传输特性的研究
学 生 姓 名：XXX 学号：823754888007
学 部 （系）: 信息学部 专 业 年 级: 11光信1班 指 导 教 师： XXX 职称或学位： 讲师
20xx年 03月07日
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文华学院
学生毕业设计（论文）开题报告
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空气孔深度，引入点缺陷或多点缺陷，分析二维光子晶体的带隙结构及传输特性。
为了更好的完成本次设计，我参考了很多关于二维光子晶体传输特性研究的相关书籍和文献，在它们的基础进行了学习，研究和借鉴了这些文章中的研究方法和方案。在老师的帮助下确定了使用时域有限差分法对二维光子晶体的传输特性进行研究。
马锡英（2010）在《光子晶体原理及应用》中提到了对光子晶体结构的研究主要采用平面波展开法，传输矩阵法，有限时域差分法和多层散射法。将偏微方程转化为差分方程，继而采用数值计算方法，求解波传导过程中各个离散点的所有振动参数与时间的关系。
赵绪新（2004）在《二维光子晶体带隙结构的透射性》中主要研究计算的光子晶体结构是二维的介质柱排列。并且对两种晶体缺陷情况做出了计算分析， 吴炳坚，沈廷根（2007）在《基于Matlab的光子晶体波导仿真研究》中通过FDTD对边界条件处理的特点，用Matlab语言编程模拟光子晶体波导传播。
寸焕饶，谭仁兵等（2006）在《用平面波展开法计算二维光子晶体的带隙结构》中对二维光子晶体的电磁波理论及周期介质中的Bloch波解进行了详细的推导，得出TE模和TM模下无缺陷时光子晶体的色散曲线。并设计了低频区域、红外光波段、介质柱不同状况下做出了研究。
梅洛勤，叶卫民等（2003）在《用传输矩阵法（TMM）研究二维光子晶体传输特性》中采用Mur近似吸收边界和周期边界来截断计算区域，研究了以TM模正入射时，二维方格子光子晶体在完整周期结构下的透过率谱，在微波波段制作了光子晶体模型，并设计了实验装置，实验与数值计算取得了基本一致的结果。
徐小果（2009）在《基于FDTD法的二维光子晶体传输特性研究》中通过多次计算找到了计算不同光子晶体模型时，最佳入射场和透射场的计算区域。文章中使用时域有限差分法（FDTD）和完美匹配层（PML）边界条件，以TM模为研究对象对自由空间中传播的光波（脉冲、正弦波）进行仿真，观察到PML层对光波的吸收效果较好；还以二维正方晶格圆介质柱为研究对象，模拟了光波在完整晶体和各种缺陷晶体波导中传播，根据仿真结果建立透射谱模型，计算出了完整光子晶体和缺陷态光子晶体波导透射谱，并得出计算结果与文献相符。
王俊泉（2010）在《二维光子晶体传输特性的研究》中分析了影响光子晶体传输特性的各种参数,提出了一种光子晶体波导的设计优化方法。运用平面波展开法计算了由全息法制备的空气介质柱二维光子晶体能带结构和 等频面图,分析了在光子晶体中发生负折射现象的条件和频率区间,并利用时域有限差分法进行了验证。结果表明,在较宽的频率区间和较大的入射角度范围内,全 息光子晶体可以发生明显的负折射现象。
闫明宝， 王海龙 ，周萍（2009）在《二维三角柱光子晶体的传输特性》中利用时域有限差分方法对二维三角介质柱光子晶体的传输特性进行了研究，计算了不同晶格、同一晶格柱体截面面积 不同、放置方位角不同、入射波入射方向不同时光子晶体的传输特性。光子禁带的宽度与中心频率和晶格结构有很大关系，三角晶格更易形成乎坦光子禁 带，柱体截面面积大，则形成的禁带较宽，在其他因素相同的条件下柱体放置的方位角在一定范围内对光子禁带有重要影响；对不同入射方向时光子晶体的传输特性 的研究结果表明，在低频范围内，入射角对禁带宽度和中心频率没有任何影响，在高频段，透射率随入射角变大而降低。
方云团，沈廷根，谭锡林（2004）在《二维正方复式晶格的完全光子带隙》中在二维正方晶格的介质柱中心构造一个空气柱孔缺陷 ,应用平面波展开的方法研究了光波在其中的传播规律 ,发现在特定的结构参数条件下 ,该结构产生了完全光子带隙 ,从而找到了在简单晶格结构条件下实现完全光子带隙的方法。
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（此表由学生填写，指导教师和毕业设计（论文）领导小组签署意见） 9
