基于DSP的汽车防撞雷达系统的实现

1、学 号： DSP原理及应应用课程论文文课程论文题目： 基于DSSP的汽车防防撞雷达系统统的设计开课学院： 课程老师： 学生姓名： 学生专业班级： 2011-20012学年 第一学期基于DSP的汽汽车防撞雷达达系统的设计计摘要提出了一种用高高性能DSPP 芯片TMS3320VC55416 担任数字信信号处理任务务, CPLLD 完成控控制和接口逻逻辑, 单片机AT889C51 提供人机通通道和其余协协调工作的汽汽车防撞警示示雷达信号处处理部分的原原理方案, 并简要介绍绍了FFT算算法和VC55416的基基本机构。采采用混合编程程来完成系统统的软件部分分，充分发挥挥DSP快速的的运算功能又又利用了

2、c语言的灵活活控制流程优优势。关键字：汽车 防撞系系统 毫米波雷达达 VCC5416AbstracctIn thiss papeer a mmethodd of hhigh pperforrmancee DSP chip TMS3220VC54416 ass a diigitall signnal prrocesssing ttasks, CPLDD compplete contrrol annd intterfacce loggic, ssinglee chipp micrrocompputer AT89CC51 maan-macchine channnel annd thee restt

3、to pprovidde thee coorrdinattion wwork tthe auutomottive aanti-ccollission wwarninng raddar siignal proceessingg partt of tthe prrincipple prrojectt, andd brieefly iintrodduces the FFFT allgoritthm annd VC55416 bbasic struccture. The hybriid proogrammming tto commpletee systtem sooftwarre parrts, gg

4、ive ffull pplay tto thee operrationn funcction and DDSP faast byy the c lannguagee flexxible contrrol prrocesss advaantagee.key worrd：Thee autoomotivve antii-colllisionn systtem milllimeteer wavve raddar VC544161 引言汽车是现代社会会最重要的交通设设备之一，随随着汽车数的的急剧增加，交交通事故给社社会带来巨大大的社会损失失和经济损失失。在高速公公路上,车辆行驶速速度快, 交通追尾尾所造

5、成的交交通事故居多多, 若在能见见度低的雨、雪雪、雾等天气气条件, 或驾驶疲疲劳的情况下, 将将影响驾驶员员对前方目标标的识别, 驾驶员难及及时发现前方方障碍物并及及时采取措施施, 极易引发发交通事故。在在驾驶员、交交通环境和汽汽车性能三者者当中,驾驶员的综综合素质是最最不确定也是是最不可控的的因素。从公公路交通事故故的分析表明明, 80%以上交通事事故是由于反反应不及时引引起, 若驾驶员员能够提前11S 进行预预防, 则可避免免90%的事故故发生。11采用汽车车雷达检测前前方障碍物的的相对距离和和速度，提前前预警，可有有效降低交通通事故的发生生。2 TMS3220VC54416简介TMS32

6、0VVC54166 DSP STARTTER KIIT（DSK）是TI 公司向向DSP 应用用者提供的DDSP 系统统开发平台和和应用评估工工具。TMS3200VC54116 DSKK 主要包括括一块VC55416 目目标板和一个个运行于PCC 机的集成成开发环境Code Compooser SStudioo v2.1 IDEE。VC54116 目标板板通过USBB 口与主机机相连。用户户应用Codde Commposerr Studdio（CCS） 完成程序的的编写，再经经过编译和连连接等过程生生成可执行代代码，可执行行代码被下载载到目标板上上的存储器中中运行。CCCS 还提供供了丰富的调调

7、试功能，在程序运行行过程中，用用户可以实时时的控制代码码的运行状态态、观察DSSP 寄存器器和存储器中中的内容变化化、监视程序序对目标板上上不同资源的的使用情况以以及与主机II/O。图1 DSP芯芯片的总体结结构图从上图可以看出出，DSP芯芯片具有计算算，存储，和和通信的功能能。这恰好与与数字思想是是吻合的。只只要对数字比比特进行运算算和存储及传传输就能完成成任何复杂的的功能，这就就是数字化的的思想。在此此CPU充当当计算功能，而而片内存储起起数据缓存作作用，另外片片内外围电路路则是传输通通道。3防撞雷达方案案比较目前汽车防撞技技术按目标探探测方式和工工作原理的不不同,主要有超声声波、红外线线

8、、激光、以以及毫米波。其其中前三种雷雷达都是通过过对回波的检检测, 与发射信信号相比较, 得到脉冲冲或相位的差差值, 从而计算算出发射波与与回波的时间间差, 再分别根根据超声波、红红外线、激光光在空气中的的传播速度, 计算出与与目标物的相相对距离。这这三种技术的的汽车雷达结结构简单, 成本低, 但使用过过程存在不同同程度的局限限性。红外线线测距在技术术上难度不大大, 但受天气气的影响较大大,4 且红外线穿穿透力不强, 在长距离离探测方面不不能满足汽车车防护的要求求。超声波同同样受大气紊紊流和气涡的的影响, 且探测距距离短, 主要用于于倒车雷达等等近距离测距距。激光具有有高单色性、方方向性和相干

9、干性强等特点点, 且光束很很少扩散,波速能量集集中, 适用于远远距离测量, 在汽车防防撞领域, 受汽车的震震动以及反射射镜面磨损、污污染、灰尘等等因素影响较较大, 测距精度度难以保证。与与超声波、红红外线、激光光相比, 毫米波雷雷达分辨率高高, 不受大气气絮流的影响响, 而且穿透透能力很强, 受雨、雪雪、雾等天气气的影响较小小。同时毫米米波多谱勒频频移大, 不仅可以以测量目标的的距离, 还可以测测量目标的相相对速度, 因较好的稳稳定性和适应应性特点, 毫米波雷达达成为最有发发展潜力的汽汽车防撞雷达达。4基于DSP 的毫米波雷雷达系统4.1毫米波雷雷达原理毫米波波长为1110mm。毫毫米波雷达向

10、向外发射的频频率随时间线线性变化，若若有目标时反反射回波，将将发射波和回回波信号混频频，从混频器器输出，再从从频谱信号中中提取含目标标相对距离和和速度信息。对对FMCW（调调频连续波）汽汽车雷达，发发射波频率按按周期性三角角波变化22，设发射射波和回波时时间差td，则：2RCtdd (1)式中：R 为目目标距离；CC 为光速。根根据多谱勒效效应原理，当当发射物体和和反射物体相相对运动时，将将产生频移ffd，且以下下公式成立3：V(C fd)/2f0 (2)图1 发射波与与回波波形如图1，设发射射信号上升和和下降阶段分分别为f(t+)、ff(t-)，K 为斜率，则则： f(t+)fmin+kt

11、(33)f(t-)ffmax-kkt (4)对应回波信号为为fb(t+)、fb(t-)：fb(t+)fmin+k(t-)+fd (5)fb(t-)fmin-k(t-)+fd (6)混频后输出的差差拍信号为：fe (t + ) = f (t + ) fb(tt + ) = k t fd (7)fe (t ) = f (t ) fb(tt ) = k t + fd (8)计算出目标的相相对距离R 和相对速度度V 为：R = CTTfe (t ) + fe (t+ ) 4FF v=Cfe(t)fe(t+) 4f0 (110)F 为发射波波带宽，f00 为发射波波中心频率。14.2 系统硬硬件设计图2

12、 系统硬件件原理框图主处理器采用TTI 公司16 位定点点数字处理器器TMS3220VC54416。DSP 完成成数据采集和和处理，利用用DSP 处理理数字信号快快的特点，对对采集信号进进行数字滤波波和FFT 变换。从处理器采用单单片机AT889C51，完完成人机交互互、显示和控控制报警。键键盘可设置系统运行行参数和不同同条件（如车车速、不同天天气状况）下下的报警门限限，并由LCCD 中文显显示。当主处处理器运算后后得到目标信信号（距离、车车速）超过设设定门限时，经经AT89CC51 控制制声光报警。CPLD 完成成A/D 转换芯片片的启动、地地址译码、各各种控制逻辑辑信号的产生生及VC544

13、16 与单单片机间的数数据交换。A/D 转换芯芯片采用THHS12066 的12 位多通通道高速并行行A/D 转换器。作作单输入通道道时，采样频频率达6M，芯片内内部集成166 字节的FIFFO，采样转转换数值自动动写入FIFFO。由控制制器设置触发发水平，向DDSP 发出出中断请求。为为快速读取采采样数据，减减少中断次数数，设置触发发水平为8，当连续8 个采样值写写入FIFOO 时，THS11206 向向DSP 发出出中断请求，并并连续读取88 个采样值值到RAM。闪存存用来存放主主程序，系统统加电后将其其装载到DSSP 内部RAM 中运行。24.3 信号的的产生及处理理根据多谱勒效应应原理

14、, 发射信号号的频率越高高, 频移越大大,越容易测量量,选择中心发发射频率为335GHz，该该频率是毫米米波波段中在在大气衰减最最小的传播频频段。为保证证FMCW连续续波的线性度度，采用VCCO 压控震震荡电路得压压频曲线线性性度，经天线线向外辐射。因因发射功率不不大，信号在在空气中传播播会衰减部分分能量，从混混频器输出的的差拍信号较较小，且含杂杂波信号，需需对差频信号号先放大，低低通滤波后，再再中频放大送送A/D 转换换器。34.4 系统软软件实现应用程序采用在在C语言和汇编编语言混合编编程的方法，即即在算法运算算量大的地方方，用手工编编写的方法编编写汇编语言言，而运算量量不大的地方方则采用

15、高级级语言。采用用这种方法，既既可缩短软件件开发的周期期，提高程序序的可读性和和可移植性，又又能满足系统统实时运算的的要求，同时时还会充分发发挥DSP快速的的运算功能又又利用了c语言的灵活活控制流程优优势。DSP需要完成成的主要任务务有：(1)启动AD转换并读取取转换后的数数据；(2)目标提取，包包括数据预处处理(杂波滤除、时时域加窗)、功率谱估估计、谱峰搜搜索、危险目标确定。4图3 系统软件件流程图软件的工作流程程如图3所示。系统首首先初始化，对对有关的寄存存器和存储单单元进行设置置，使系统处处于正常工作作状态，然后后进行数据采采集、AD转换，将采采样数据目的的地址指针初初始化为20000H

16、，采采样中断服务务子程序每读读取一个采样样值，该地址址指针就自动动加1，指向下一一个采样数据据存储单元。5计数器被始化为400H，中断服务子程序每执行一次，计数器的值就减1，当计数器的值减为0时，中断服务例程执行了1 024次，得到8 X 10个采样值，存放在数据存储空间2000H3FFFH 中。此后THS1206的采样时钟信号关闭，停止工作。接下来主程序开始对采样数据进行行LMS自适应应滤波和F盯计算，并并从中找到最最大谱线强度度所对应的频频率，把它视视为中频频率率，由此计算算出目标距离离和速度；判判断距离值是是否在安全距距离，若小于于安全距离值值，则进行报报警。6利用DSP片内定定时器1的

17、定时功能能，可以使程程序每隔500 ms就进进行1次从数据采采样到距离速速度显示的循循环执行，从从而实现距离离与速度的实实时获取。4结论汽车防撞雷达是是提高汽车行行驶安全的方方法之一, 本文的主要要创新点在于于将调频连续续波(FMCCW)应用于于汽车防撞雷雷达中, 抗干扰性性强, 并采用高高性能数字信信号处理器DDSP, 系系统处理速度度快、稳定性性好。该雷达达经多次试验验, 探测距离离可达1000m以上, 且虚警率低。通通过人机交互互接口可设置置在不同运行行环境下的预预警门限, 提高驾驶员员的安全系数数, 降低交通通事故率, 有较好的应应用前景。5 参考文献 1 黄艳艳国，吴翠琴琴，许伦辉. DSP 在毫米波汽汽车防撞雷达达系统中的应应用A.自动测量与控制制, 20007,26 (7): 63-69.2 黄艳国国肖定华许伦伦辉. 基于DSP 的毫米波汽汽车防撞雷达达系统B.DSP 开发与与应用, 22008: 69-2223.3 朱珂. 汽车防撞撞系统与毫米米波雷达. 轻型汽车技技术