文献综述-倒车雷达的设计

倒车雷达的设计你的动机和设想倒车雷达（car reversing aid system）全称叫“倒车防撞雷达” ，也叫“泊车辅助装置” ，是汽车泊车安全辅助装置，能以声音或者更为直观的显示告知贺驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车和起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。随着汽车工业的不断发展和汽车普及率的日益提高，汽车运输这种方便、快捷的运输方式越来越多的表现出了它的弊端危险性。越来越多的汽车使有限的道路变的涌堵，交通事故日益增多，群众的生命财产安全造成了很大的威胁。为此，西方各发达国家和日本均提出了通过将现代高新技术应用于公路交通的各个领域，实现汽车和道路的智能化，提高公路交通安全和交通效率的开发计划。雷达技术是应用于公路交通领域的高新技术中的重要内容。随着社会的发展。各种雷达技术和设备不断成熟。使其在公路交通运输的各个环节上得到了越来越广泛的应用，使公路交通运输系统的操作、管理、安全性能得到了很大程度的提升。汽车的安全性能对人类生命和财产安全的影响是不言而喻的。雷达技术是应用于公路交通领域的高新技术中的重要内容。随着社会的发展。各种雷达技术和设备不断成熟。使其在公路交通运输的各个环节上得到了越来越广泛的应用，使公路交通运输系统的操作、管理、安全性能得到了很大程度的提升。随着现代电子工业、雷达技术和汽车制造技术的不断发展，使雷达在汽车上得到了广泛的应用。不仅提高了汽车的驾驶性能。而且使人员和货物的安全得到了有效保障。雷达技术在汽车中的典型应用主要表现在测速、防撞、侧视等旨在提高汽车的安全性和可操作性的各个方面。如何实现这个设想超声波测距超声波般指频率在 20kHz 以上的机械波超声波测距的原理是利用测量超声波发射脉冲和接收脉冲的时间差，再结合超声波在空气中传输的速度来计算距离。超声波测距原理简单，成本低、制作方便。超声波的特点是对雨、雾、雪的穿透性较强、衰减小。超声波测距一般应用在短距离测距，最佳距离为 45 米。超声波测距原理是记录下超声波发生器自发射出超声波到接收到反射回波的这段时间差 T，利用公式 S= C T 计算出超声波发射器距障12碍物间的距离。其中 C 是超声波的声速，在标准状态下 C=340 m s。因为超声波指向性强，所以超声波对障碍物面的入射角对超声波电子倒车雷达的灵敏度影响较大。理想的情况是让超声波垂直于入射面，可最大限度地接收反射回波以避免可能使超声波电子倒车雷达失灵(进入超声测距盲区)的情况出现。超声波以其方向性好，穿透能力强，结构简单，计算容易，价格低廉等优点在汽车防撞上得到广泛应用。 系统的工作原理和工作过程超声波测距同样是根据声波的传播时间测量距离。由振荡电路产生的正弦波经换能器后转化为 40kHz 的超声波发射出去，接收电路收到反射回来的超声波后，向逻辑电路提供一个脉冲，计算出发射和接收之间的时间差 t，即可求得障碍物距离。s = *v*t v 为在空气中的速度12超声波发射、反射、接收图超声波汽车倒车雷达是超声波测距的一个重要的应用。在汽车泊车时，利用超声波的反射回波来探测汽车尾部与障碍物之间的距离，并通过数码显示器实时显示超声波探头与障碍物间的距离，并在危险距离内通过声光报警来提示，使得驾驶员在泊车时能得到提示。超声波倒车雷达的测量精度可达到 0.1m，感应时间小于 0.5S。但超声波倒车雷达也不是完美的，因为超声波传感器的有效测试角度多在 60-70 度。为减小探测盲区，一般的倒车雷达都装有 4个探头。它的原理图如图 1 所示：图 1按照系统结构来分，汽车倒车雷达主要分为以下几个部分：控制部分（本文采用AT89C2051 单片机作为系统控制芯片） 、发射部分、接受部分、显示部分和报警部分。本文采用 Atmel 公司的 AT89C2051 作为中央控制芯片。它是 AT89 系列的典型代表，在爱好者中使用相当的多，应用资料很多，价格便宜，是初学 51 的首选芯片1。它的引脚功能如图 2 所示：图 2 AT89C2051 单片机引脚功能 表 1 AT89C2051 的主要性能表 1 所示的是 AT89C2051 单片机的主要性能。由此可见， AT89C2051 是一个功能强大的单片机，但它只有 20 个引脚，15 个双向输入/输出（I/O ）端口，其中 P1 是一个完整的 8 位双向 I/O 口，两个外中断口，两个 16 位可编程定时计数器 ,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时 AT89C2051 的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有 RAM、定时/ 计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内 RAM 将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。1.电源引脚VCC 20 电源端GND 10 接地端工作电压为 5V2.外接晶振引脚XTAL1 5XTAL2 4图 3XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2 则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频率可以在 1MHz-24MHz 内选择。电容取30PF 左右。在振荡器运行时，有两个机器周期（24 个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51 芯片便循环复位。复位后 P13 口均置 1 引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器 SFR 全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为 ROM 的 00H 处开始运行程序。3.输入输出引脚P1 端口P1.0P1.7 P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4 个 TTL。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部 Flash 程序存储器编程时，接收低 8 位地址信息。P3 端口P3.0P3.7 P3 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/0 端口。输出时可驱动 4 个 TTL。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。P1 3 端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。超声波倒车雷达的硬件实现系统控制图 4 汽车倒车雷达系统控制电路该系统使用AT89C2051 单片机作为控制，主要用来实现对发射、接收、报警和显示部分的实时控制。使用12M 晶振作为振源。由于51 单片机的一个机器周期共有12 个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的12 分频；在本系统中，一个机器周期为 1s。发射部分图5 汽车倒车雷达发射电路发射部分使用555 定时器产生40KHz 脉冲，再使用TTL 六反向器7404（图6）对超声波换能器进行功率驱动，发射出超声波。其中R4、R5 分别使用15K 电阻和10K 的可变电阻，C5 为0.001F。40KHz超声波的脉冲宽度为25S。555 定时器接成的多谐振荡器的周期计算公式为：T=（R4+R5）Cln2+R4Cln2 式（3.1）555 触发器3 脚低电平有效，在平常情况下，3 脚不向外发射脉冲，当P1.7脚输入一个高电平信号时，3 脚无效，输出超声波脉冲。图 6 TTL 六反向器 7404接收部分图 7 汽车倒车雷达接受电路如图所示，超声波换能器接收到的微弱信号，经过交流耦合到第一级放大器，其放大倍数是：Au1=-R8/R7=-50；放大的信号经交流耦合到第二级放大，放大倍数是：Au2=-R10/R9=-20；总增益为：Au=Au1Au2=10003；双运放TL082（图8）构成比较电路，2 脚由比较器LM311 输出提供一个恒定电压作为参考基准。经过放大的信号再由比较器LM311 整形，输出标注TTL 电平信号以被单片机接收。图 8 双运算放大器 TL082 4 脚 Vcc- 8 脚 Vcc+报警部分图 9 汽车倒车雷达报警电路报警模块使用555 定时器接成一个多谐振荡器，在平常状态下，蜂鸣器不响，LCD 灯亮，表示电路工作正常；当P1.5 口输出高电平信号，则由于555 触发器的低电平有效而使得LCD 灭，蜂鸣器响起。蜂鸣器输出频率：2885.4Hz。显示部分图10 汽车倒车雷达显示电路显示电路主要有静态显示和动态显示两种。LED 显示器工作在静态显示时，其公共阳极（或阴极）接VCC（或GND），一直处于显示有效状态，所以每一位的显示内容必须由锁存器加以锁存，显示各位相互独立。静态显示时，LED 的亮度高，控制容易，但功耗大，所需口线多。若显示位数增多，则静态显示方式很难适应。一般需要采用动态显示方式。对于动态显示，一般将所有位的段选线的同名端联在一起，由一个8 位I/O口控制，形成段选线的多位复用。而各位的公共阳极或公共阴极则分别由相应的I/O 口线控制，实现各位形成段的时分选通，即同一时刻只有被选通位是能显示相应的字符，而其他所有位都是熄灭的。由于人眼有视觉暂留现象，只要每位显示间隔足够短，则会造成多位同时点亮的假象。这就需要单片机不断的对显示进行控制，牺牲单片机的CPU 时间来换取元件的减少以及显示功耗的降低。工作过程：将字型代码送入字型锁