具有汽车倒车影像的倒车雷达系统的设计

1、本科生毕业设计（论文）开题报告题 目 具有汽车倒车影像的 _倒车雷达系统的设计 院（系）_信息工程学院_专 业_ 通信工程_ _ 班 级_T1042_姓 名_何京徽_指导教师_王明志_ 开题时间_2014年2月24日_吉林工程技术师范学院教务处制一、 立论依据(本选题国内外研究现状述评、选题的意义)研究现状：经济的发展和科学技术的进步，推动着交通运输业朝行驶高速化，车流密集化和驾驶非职业化的方向发展。同时，汽车的生产量和保有量都在急剧增加。但相应的公路管理，交通管理系统却相对比较落后，由此造成的事故频繁发生，在一些大城市尤为突出。智能交通系统ITS（Intelligent Transporta

2、tion System）是当前国际各个国家共同关注的交通管理的前沿技术，它在充分发挥现有的交通基础设施潜能，提高工作效率，增强交通安全性，改善环境方面已取得卓越成效，很多国家都很重视相关项目的开发。中国也已开始进入相关技术的研究开发，倒车雷达技术是ITS中的一项重要研究，它的成功与否与ITS有着相当紧密的关系。下面简要分析一下几种方式的特点：激光方式：激光具有高定向性，能以定向的光束无发散地直线向前传播；单色性好，它可以达到的亮度比太阳光还高几百亿倍；相干性好，激光的频率、振动方向、相位高度一致。因此激光波束近似直线性，很少扩散，波束能量集中，传输距离较远。但它在对气候的适应能力方面具有局限性

3、，因为激光测距方式受恶劣天气、汽车激烈震动、发射镜表面磨损、污染等因素影响，则探测距离减少二分之一至三分之一,降低了实用精度，所以在汽车倒车雷达领域激光测距方式没有得到很好发展。红外线方式：红外线可以人为制造,自然界中也广泛存在,一般的生物都会辐射出红外线,体现出来的宏观效应就是热度。 红外线透视和夜视是分别利用了红外线的不同性质。红外线测距系统成本低廉，但是容易受到天气和路边等物体干扰的影响，在恶劣的天气与环境下探测距离仍然不能满足要求。毫米波方式：毫米波是微波的一个波段，频率在30300G,相应波长为110mm。毫米波电子系统具有如下特性: 小天线孔径具有较高的天线增益; 高跟踪精度和制导

4、精度; 不易受电子干扰; 低角跟踪时多径效应和地杂波干扰小; 多目标鉴别性能好; 雷达分辨率高; 大气衰减“谐振点”可作保密传输。但其价格昂贵，结构复杂。超声波方式：超声波是频率大于20 kHz 的声波, 具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点,用于测距计算方法简单, 常用于非接触式距离测量, 其传感器种类较多,由于超声波指向性强，在传输过程中能量损耗缓慢，反射能力强，经常被用于距离的测量。由于超声波测距的探测距离较短，主要用于倒车雷达等近距离测距。汽车雷达按照其测距的方向可分为倒车雷达和前置雷达。倒车雷达主要针对当前在拥挤的街道、停车场以及人群当中倒车时时有发生的倒车碰撞事故而

5、设计的。它是在汽车以较低速度倒车行驶时，周期内不停检测车后障碍物到车的距离，当达到一定危险距离时即时给予司机以声与光的形式的警告。由于倒车雷达检测距离比较短，可选择红外线和超声波，而本文就是对超声波倒车雷达的具体分析研究。选题的意义：随着汽车工业的发展，城市汽车数量迅速增加。尤其是近几年来，我国开始进入私家车时代，汽车的数量更是逐年增加，造成公路、街道、停车场、车库等越来越拥挤。汽车驾驶员越来越担心车的安全了，其中倒车就是一个典型问题。由于存在视觉盲区，无法看见车后的障碍物，司机在倒车时很容易刮伤汽车，甚至发生事故。为了减少因此带来的损失，需要有一种专门的辅助装置帮助司机安全倒车。目前用于辅助

6、司机倒车的装置主要有：语音告警装置、后视系统以及倒车雷达等。语音告警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在倒车的汽车。这种装置价格便宜，使用方便，其缺点是只能对车后的行人起告警作用，对于其他障碍物则不起作用，所以其应用范围有限。本文设计分析的基于新型总线和IC的汽车倒车雷达系统即是根据这一实际情况而应运而生的，具有非常高的性价比。但其主流产品仅仅是独立的控制单元, 无法与汽车数字化信息平台接轨。围绕汽车电器网络化实现倒车雷达数据总线传递信息共享, 具有良好的发展前景。本文应用的新型总线结构XY-CN总线即能很好完成网络化的重要任务。本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮

7、手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的如冷藏车、集装箱车、垃圾车、食品车、载货车、公共汽车等倒车交通事故，另外还特别适用于夜间辅助倒车、倒车入库以及进入停车场停车到位，本设计性能优良，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的意义。二、 研究方案(本课题拟研究的主要内容、关键问题，研究的方法手段和具体步骤)（写不下可加附页）主要内容：课题的主要研究内容就是根据雷达测距的原理，选择一块集成度高的IC来完成超声波脉冲测距的倒车雷达。使它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，测量车与障碍物之间的距离并显示出来，在发生碰撞前，对驾驶员发出报警。同时引入一种新型总线XY-CN

8、 BUS来实现雷达的网络通信。关键问题：在物理世界中，人类能感应到的波谱是声波，即波源所激起的纵波的频率在20Hz到20KHz之间，就能引起人的听觉，在这一频率范围内的振动被称为声振动。而频率低于20Hz的机械波叫做次声波。超声波是频率大于20 kHz 的波段, 具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点, 用于测距计算方法简单, 常用于非接触式距离测量, 其传感器种类较多。汽车上常用的是压电式超声波传感器工作频率40 kHz 且收发一体、结构紧凑。一般超身波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两级外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并

9、带动共振板振动，便产生超声波。超声波测距的基本原理其实很简单，同声纳回声定位法的原理是基本相同的，说得高级一些就是多普勒效应，说得简单就是回声效应，当我们在山谷里，朝对面得山坡喊叫“我爱你”，一段很短时间后你会听到从山谷里也传来声音“我爱你”。超声波测距也时基于这种回音效应，发生器不断发射出40Hz超声波，其总宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔，被测物距越远，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响。本文选择的成都国腾微电子公司生产的GM3101倒

10、车雷达专用控制芯片，它的设计采用的是超声波往返时间检测法，其测量原理为：每个超声波传感器收发一体，在发射时刻，在超声波发射器端输入40KHZ冲串，同时开始计时，脉冲信号经过超声波内部的振子，振荡产生机械波，并通过空气介质传播到被测面脉的，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物后反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波经气体介质的传播到返回到传感器的时间，即为往返时间。往返时间与气体介质中的声速相乘，就是声波传输的距离。而所测距离为声波传输距离的一半，其关系式可由下面公式表示: S=1/2（ct） 上式中，S为待测距离，c为超波的声速，t为往返时间。采用微处理器脉冲计数的方法，可以精确

11、地测出t的值。假设微处理器的周期为T，则t=N*T，则探测距离可由下面公式表示: S=1/2(ct)=1/2(cNT) 研究的具体步骤：系统主要由上位机和下位机两部分组成。系统上电后，上位机中雷达模块检测距离并对数据进行比较，最后模块输出最小距离。系统采用了两个雷达模块，两个模块输出的数据通过串口扩展电路分别传送到上位机控制中心，控制中心对接收到的数据再次进行比较，决定传输两个距离中最小的那组数据，并对要发送到下位机的数据先根据通信协议进行数据帧包装，然后通过XY-CN BUS总线传送到下位机；下位机根据通信协议接收信息，对信息进行检查与校验后，根据数据级别让蜂鸣器进行不同频率的工作，并送距离

12、值到液晶显示器上显示。通过对系统电路框图的分析知，系统软件设计可分为上位机和下位机两部分软件设计，下面分别就这两部分的软件设计进行分析，在介绍之前先对上、下位机之间的通信协议进行介绍： 如上所述，上位机的两个雷达模块输出的数据通过串口扩展电路传送到上位机控制中心，控制中心对这两组数据再次进行比较，决定传输距离最小的那组数据，在发送之前要根据通信协议对数据进行数据帧包装，数据帧长度为八字节，制定的通信协议规定数据格式如下：第一字节： 帧头 ;第二字节： 地址 为下位机拟定的地址，为以后实现汽车电器网络化而预留的，长度可扩展为多个字节；第三字节： 帧长度 指的是雷达模块发送过来的数据长度，该系统中为三字节；第四至六字节：报警信号数据 这三个字节的数据是由雷达模块发送出来的；第七至八字节： 帧校验码 通信的目的是要把信息及时可靠地传送给对方，因此要求一个通信系统传输消息必须可靠与快速，在数字通信系统中可靠与快速往往是一对矛盾。为了解决可靠性，通信系统都采用了差错控制。本系统设计中就采用了循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check），选用的是CCITT-16循环冗余校验码。下位机负责接收上位机传送过来的数据，进行校验处理后，用液晶显示器显示距