电子信息科学与技术专业毕业论文-倒车雷达系统的研究与设计

摘要倒车雷达系统的研究与设计摘 要汽 车 倒 车 雷 达 是 针 对 当 前 公 路 、 街 道 、 停 车 场 、 车 库 等 越 来 越 拥 挤 ， 加 上存 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 的 情 况 而 出 现 的 一 种 旨 在 倒 车 防 护 的 汽 车 防 撞 系 统 。 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 声 光 报 警 ， 提 醒 司机 刹 车 。 本 设 计 从 实 验 研 究 分 析 的 角 度 ， 分 析 了 超 声 波 测 距 原 理 以 及 国 内 外此 类 汽 车 倒 车 雷 达 存 在 的 问 题 ， 提 出 了 目 前 最 简 单 、 实 用 的 一 种 倒 车 雷 达 实现 方 案 ， 即 基 于 成 都 国 腾 微 电 子 公 司 GM3101倒 车 雷 达 芯 片 为 核 心 的 超 声 波 测距 倒 车 雷 达 ,该 芯 片 功 能 集 成 度 高 ， 外 围 只 需 接 上 超 声 波 传 感 器 和 功 率 器 件 就可 以 实 现 整 个 系 统 功 能 ， 也 不 需 要 软 件 编 程 。 同 时 设 计 中 围 绕 目 前 呼 声 很 高的 汽 车 电 器 网 络 化 实 现 ， 提 出 倒 车 雷 达 数 据 基 于 新 型 总 线 XY-CN BUS的 传 递方 案 。 系 统 设 计 中 采 用 了 模 块 设 计 思 想 ， 简 化 了 调 试 工 作 量 ， 最 终 很 好 完 成 了超 声 波 测 距 倒 车 雷 达 系 统 的 硬 件 设 计 、 软 件 设 计 及 系 统 调 试 。关 键 词 ： 汽 车 倒 车 雷 达 超 声 波 GM3101芯 片 XY-CNBUS 汽 车 电 器 网 络 化AbstractAbstractAutomobile Reversing Radar (ARR) is a protection system which appeared in the condition of that the cars are scratched easily, even some of the accidents happen when drivers reverse, for the reason of that the current highway, street, parking lots and garages are getting more crowded, and the drivers are unable to see obstacles behind the vehicle because of the existence of visual blind spots, aimed at prevent a car crash when reversing. The reversing radar system, which can recognize the barrier at the back of car when the vehicles reverse at a low speed, and is capable of measuring the distance between the vehicle and obstacles, warned the drivers to brake at the way of sound and light, before the collision occurred. The design analyzes how the ultrasonic measure distance and what the problem of the other automobile reversing radars which have appeared at home and abroad are, from the perspective of research and analysis. Then introducing the most simple and practical way at present to make the ARR, that is, the ARR based in the GM8101 chip which produced in ChengDuGuoTeng Microelectronics Company. The chip is integrated highly, can function as a whole system by only connecting to external ultrasonic sensor and power device, and does not require software programming. Meanwhile, as the research about realizing the vehicle electrical network is becoming more and more popular today, a program that the data of the ARR is transferred in a new kind of bus called as XY-CN. A modular design concept was used at the process of designing the system, it simplifies the debugging workload. Ultimately, hardware design, software design and system debugging about the ARR was completed very well.Keywords：Automobile Reversing Radar ultrasonic GM3101 XY-CN BUS realization of the vehicle electrical network目录目 录中文摘要 Abstract目 录 第一章 绪论 11. 1 研究背景 11. 2 发展概况和当前存在的问题 11. 2. 1 发展概况 11. 2. 2 当前存在的问题 41. 3 本设计的主要内容和目的 5第二章 系统相关理论与结构 62. 1 超声波的测距基本原理 62. 2 XY-CN 总线介绍 72. 2. 1 概述 72. 2. 2 系统由来 82. 2. 3 XY-CN BUS 型总线特点 9第三章 硬件设计及调试 113. 1 系统总体方案设计 113. 2 GM3101 芯片 123. 2. 1 概述 123. 2. 2 工作特征 123. 2. 3 封装及引脚功能说明 133. 2. 4 芯片具体功能及应用 133. 3 XY-CN BUS 专用数字通讯芯片 153. 3. 1 CMT001 芯片 153. 3. 2 CMT001 芯片应用参考电路 163. 3. 3 CMT100 芯片 173. 3. 4 CMT100 芯片应用参考电路 173. 4 系统电路解析及工作原理 183. 4. 1 上位机电路解析 183. 4. 2 下位机电路解析 223. 4. 3 工作原理 243. 5 实验安装及调试 24目录3. 5. 1 焊接 243. 5. 2 调试过程及方法 25第四章 软件设计及调试 274. 1 系统软件设计整体介绍 274. 2 上位机软件设计 284. 2. 1 上位机程序主流程图 284. 2. 2 雷达模块程序设计 294. 2. 3 上位机接收数据程序设计 304. 2. 4 上位机发送数据程序设计 304. 3 下位机软件设计 324. 3. 1 下位机程序主流程图 334. 3. 2 下位机接收数据程序设计 344. 3. 3 LCD 液晶显示程序设计 354. 4 软件调试简介 35第五章 系统可扩展部分 37结束语 38主要参考文献 39致谢词 40第一章 绪论1第一章 绪论1.1 研究背景随 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 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 。后 视 系 统 是 由 视 频 捕 捉 装 置 和 视 频 播 放 装 置 组 成 ， 通 过 后 视 系 统 司 机 可 以 直 观地 看 到 车 后 的 障 碍 物 ， 消 除 视 觉 盲 区 。 由 于 这 类 装 置 的 价 位 较 高 ， 目 前 还 没 有普 遍 推 广 使 用 。 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 。 系 统 运 用 微 计 算 机技 术 与 超 声 波 的 测 距 技 术 、 传 感 器 技 术 等 的 交 叉 融 合 ， 进 行 优 化 设 计 ， 通 过液 晶 显 示 障 碍 物 与 汽 车 的 距 离 ， 并 根 据 其 距 离 远 近 实 时 发 出 报 警 等 级 。 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 。1.2 发展概况和当前存在的问题1.2.1 发展概况经 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 剧第一章 绪论2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 Transportation 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 。（1） 雷达分类目 前 ， 很 多 科 研 机 构 已 对 汽 车 雷 达 技 术 进 行 深 入 开 发 ， 国 内 外 也 已 有 相 应的 产 品 。 经 过 总 结 分 析 ， 按 照 工 作 方 式 分 主 要 有 激 光 、 超 声 波 、 红 外 、 毫 米波 等 一 些 测 量 方 法 1， 它 们 的 工 作 原 理 虽 然 不 完 全 一 样 ， 但 最 终 作 用 都 是 通 过不 同 的 探 测 方 法 判 断 车 后 方 障 碍 物 与 本 车 的 相 对 距 离 ， 并 根 据 程 序 中 定 义 好 的危 险 等 级 做 出 相 应 的 预 防 措 施 。 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 ， 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 30 300G,相 应 波 长 为1 10mm。 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 精 度 ; 不 易 受 电 子 干 扰 ; 低 角 跟 踪 时 多 径 效 应 和 地 杂 波 干第一章 绪论3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 。目 前 ， 很 高 汽 车 生 产 商 已 经 开 始 在 生 产 的 汽 车 当 中 加 入 超 声 波 倒 车 雷 达 ，一 些 汽 车 维 护 部 门 已 引 进 了 这 方 的 修 理 维 护 技 术 。 例 如 德 国 宝 马 公 司 所 配 置 的倒 车 雷 达 如 下 图 1-1所 示 ：图 1-1.宝 马 汽 车 上 的 超 声 波 传 感 器（ 2） 汽 车 电 器 网 络 化 发 展随 着 汽 车 电 子 技 术 的 发 展 及 汽 车 性 能 的 不 断 提 高 , 汽 车 上 的 电 子 装 置 越来 越 多 。 传 统 的 电 器 系 统 大 多 采 用 点 对 点 的 单 一 通 信 方 式 , 相 互 之 间 很 少 有第一章 绪论4联 系 , 这 样 必 然 造 成 庞 大 的 布 线 系 统 。 目 前 , 国 外 许 多 整 车 制 造 厂 和 汽 车 电器 制 造 厂 家 在 整 车 管 理 系 统 中 采 用 了 网 络 技 术 , 如 CAN、 VAN 和 SA EJ 1850 等 ,其 中 CAN 的 使 用 较 为 广 泛 。 CAN 总 线 是 德 国 Bosch 公 司 于 20 世 纪 80 年代 初 提 出 的 , 它 将 汽 车 上 各 种 信 号 的 接 线 只 用 2 根 简 洁 的 电 缆 线 取 代 , 汽 车上 的 各 种 电 子 装 置 通 过 CAN 控 制 器 挂 到 这 2 根 电 缆 上 , 设 备 之 间 利 用 电 缆 进行 数 据 通 讯 和 数 据 共 享 , 从 而 大 大 减 少 了 汽 车 上 的 线 束 2。 而 本 文 引 用 到 的XY CN BUS是 一 种 低 成 本 的 、 一 点 对 多 点 的 总 线 通 讯 系 统 ， 具 有 通 讯 设 备 容 量大 （ 硬 件 400点 ） 、 通 讯 速 率 高 （ 9600bps） 、 成 本 低 、 设 计 简 单 、 布 线 简 便（ 无 极 性 可 任 意 分 支 ， 普 通 双 绞 线 ） 、 抗 干 扰 能 力 强 、 通 过 总 线 可 提 供 高 达800mA电 源 的 特 点 。 系 统 具 有 自 动 登 录 功 能 ， 此 功 能 可 完 成 设 备 的 自 动 登 录 、结 点 中 断 报 警 等 双 向 可 中 断 的 先 进 的 通 讯 功 能 。 总 线 隔 离 设 备 具 有 总 线 故 障 隔离 性 能 ， 保 证 部 分 总 线 发 生 故 障 时 ， 其 它 部 分 仍 然 正 常 通 讯 。 以 该 芯 片 为 核心 构 成 的 总 线 通 讯 系 统 可 广 泛 应 用 于 智 能 家 庭 控 制 网 络 、 工 业 现 场 控 制 、 消 防报 警 及 联 动 网 络 、 小 区 智 能 化 控 制 网 络 、 三 表 集 抄 、 中 央 空 调 控 制 系 统 等 。 1.2.2 当前存在的问题超 声 波 倒 车 雷 达 运 用 超 声 波 测 距 原 理 结 合 单 片 机 或 IC的 智 能 技 术 作 为 一种 汽 车 倒 车 安 全 辅 助 装 置 具 有 结 构 简 单 、 智 能 判 断 不 受 可 见 光 限 制 等 特 点 应 用到 了 轿 车 当 中 ， 但 现 有 的 倒 车 雷 达 还 仍 然 存 在 如 下 一 些 问 题 3：（ 1） 最 大 有 效 探 测 距 离 的 问 题 偏 小 ， 等 到 报 警 后 再 减 速 就 很 紧 张 ， 感 到预 警 时 间 不 充 足 ；（ 2） 多 数 成 品 倒 车 雷 达 的 显 示 速 度 因 为 考 虑 到 抗 干 扰 等 因 素 ， 显 示 更 新的 速 度 约 0.2 0 4 s， 算 上 从 倒 车 雷 达 发 现 目 标 到 发 出 警 报 将 需 要 1-2s， 这时 车 已 经 行 使 了 一 段 距 离 ， 这 显 然 存 在 反 应 迟 钝 ；（ 3） 多 数 倒 车 雷 达 的 超 声 波 传 感 器 2 3个 ， 单 个 传 感 器 的 水 平 探 测 角 度约 60 70度 ， 这 样 势 必 造 成 2 3个 盲 区 ， 如 图 1-2所 示 ， 而 增 加 传 感 器 的 个 数不 但 增 加 成 本 ， 而 且 提 高 故 障 率 ；（ 4） 以 往 关 于 倒 车 雷 达 的 研 究 都 采 用 的 是 部 容 易 购 买 到 的 专 用 元 件 作第一章 绪论5为 附 加 电 路 ， 使 其 难 以 推 广 ；（ 5） 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 ，同 时 由 于 客 观 条 件 的 限 制 , 目 前 我 国 的 整 车 制 造 厂 和 汽 车 电 子 电 器 厂 几 乎 没 有涉 及 到 汽 车 电 器 网 络 化 设 计 的 领 域 ， 选 择 一 个 合 理 的 总 线 实 现 汽 车 电 器 的 网 络化 非 常 必 要 4 。图1-2. 三只雷达 两只雷达1.3 本设计的主要内容和目的课 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 BUS来 实 现雷 达 的 网 络 通 信 。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 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 。第二章 系统相关理论与结构6第 二 章 系 统 相 关 理 论 与 结 构2.1 超 声 波 测 距 基 本 原 理在 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 5。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 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 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 图 如 图2-1所 示 ：其 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 气第二章 系统相关理论与结构7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 ，障碍物传感器GM3103IC 图2-1. 超声波测距模块原理图其 关 系 式 可 由 公 式 （ 2-1） 表 示 :S=1/2（ct） （2 -1）（ 2-1） 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 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 公 式 （ 2-2） 表 示 : S=1/2(ct)=1/2(cNT) （2 -2）2.2 XY-CN BUS总线介绍2.2.1 概述XY-CN BUS是 一 种 低 成 本 的 、 一 点 对 多 点 的 总 线 通 讯 系 统 ， 具 有 通 讯 设 备容 量 大 （ 硬 件 400点 ） 、 通 讯 速 率 高 （ 9600bps） 、 成 本 低 、 设 计 简 单 、 布 线 简第二章 系统相关理论与结构8便 （ 无 极 性 可 任 意 分 支 ， 普 通 双 绞 线 ） 、 抗 干 扰 能 力 强 、 通 过 总 线 可 提 供 高 达800mA电 源 的 特 点 。 系 统 具 有 自 动 登 录 功 能 ， 此 功 能 可 完 成 设 备 的 自 动 登 录 、结 点 中 断 报 警 等 双 向 可 中 断 的 先 进 的 通 讯 功 能 。 总 线 隔 离 设 备 具 有 总 线 故 障 隔离 性 能 ， 保 证 部 分 总 线 发 生 故 障 时 ， 其 它 部 分 仍 能 正 常 通 讯 。 以 该 芯 片 为 核心 构 成 的 总 线 通 讯 系 统 可 广 泛 应 用 于 智 能 家 庭 控 制 网 络 、 工 业 现 场 控 制 、 消 防报 警 及 联 动 网 络 、 小 区 智 能 化 控 制 网 络 、 三 表 集 抄 、 中 央 空 调 控 制 系 统 和 汽车 电 器 化 网 络 等 。2.2.2 系统由来 近 年 来 ， 随 着 各 种 电 子 设 备 的 发 展 ， 越 来 越 需 要 进 行 对 低 端 电 子 设 备 的 低成 本 联 网 管 理 ， 这 些 设 备 的 数 量 多 信 息 少 但 要 求 较 快 的 反 应 速 度 。 虽 然 各 种 高速 通 讯 网 络 迅 速 发 展 并 得 以 应 用 ， 但 对 于 低 端 设 备 ， 其 接 口 显 然 复 杂 而 昂 贵 ，功 耗 大 、 备 电 功 能 使 用 复 杂 更 使 其 不 能 使 用 于 现 场 设 备 的 控 制 。 过 去 多 年 来 ，485技 术 仍 然 主 导 着 这 一 技 术 领 域 ， 但 其 显 然 已 经 不 能 满 足 目 前 的 低 功 耗 、 高 可靠 、 非 规 则 布 线 、 大 容 量 等 网 络 要 求 。 RS485在 应 用 过 程 中 存 在 以 下 问 题 ： （ 1） RS485的 通 讯 设 备 容 量 少 ， 理 论 上 最 多 容 许 接 入 量 不 超 过 128个 设备 ， 这 显 然 不 适 用 以 楼 宇 等 为 结 点 的 多 用 户 容 量 要 求 。 （ 2） RS485的 通 讯 速 率 低 ， 并 且 其 速 率 与 通 讯 距 离 有 直 接 关 系 ， 当 达 到 数百 米 以 上 通 讯 距 离 时 ， 其 可 靠 通 讯 速 率 1200bps， 这 使 得 大 量 结 点 的 通 讯 速度 非 常 低 。 （ 3） RS485只 能 提 供 非 隔 离 的 通 讯 方 式 ， 而 该 方 式 不 能 应 用 与 长 距 离 户 外通 讯 ， 如 设 计 为 隔 离 方 式 则 需 要 隔 离 电 源 ， 这 使 得 系 统 成 本 较 高 。 （ 4） 485方 式 不 能 给 下 接 的 设 备 供 电 ， 设 备 需 要 单 独 解 决 供 电 问 题 。 （ 5） 485芯 片 功 耗 较 大 ， 静 态 功 耗 达 到 2-3mA（ 最 先 进 的 芯 片 ） ， 工 作 电流 （ 发 送 ） 达 到 20mA， 这 增 加 了 线 路 电 压 降 ， 不 利 于 备 电 系 统 的 使 用 及 远 程布 线 。 （ 6） 长 距 离 通 讯 时 485芯 片 容 易 损 坏 。 第二章 系统相关理论与结构9（ 7） 以 485构 成 的 网 络 只 能 以 串 行 布 线 ， 不 能 构 成 星 形 等 任 意 分 支 ， 而串 行 布 线 对 于 实 际 布 线 设 计 及 施 工 造 成 很 大 难 度 ， 不 遵 循 串 行 布 线 规 则 又 将 大大 降 低 通 讯 的 稳 定 性 。 （ 8） 由 于 485自 身 的 电 性 能 决 定 了 其 在 实 际 工 程 应 用 中 稳 定 性 较 差 ， 并 且多 节 点 、 长 距 离 的 调 试 需 要 对 线 路 进 行 阻 抗 匹 配 等 调 试 工 作 ， 大 量 安 装 时 调试 工 作 复 杂 。美 国 TI公 司 的 MBUS和 中 国 曦 阳 公 司 的 XY-CN BUS总 线 通 讯 方 式 解 决 了 以上 所 有 缺 点 ， 同 时 具 有 的 总 线 供 电 模 式 ， 其 中 断 报 警 并 自 动 上 传 的 功 能 又 很适 用 于 实 时 性 要 求 高 的 应 用 ， 如 家 庭 智 能 化 控 制 、 消 防 报 警 系 统 总 线 等 ， 而XY-CN BUS总 线 又 比 M-BUS具 有 更 高 的 结 点 容 量 ， 更 远 的 通 讯 距 离 ， 更 低 的 功 耗 ，同 时 XY-CN BUS具 有 通 过 总 线 可 为 节 点 设 备 提