開題報告具有汽車倒車影像的倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計.doc

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1、本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題 目 具有汽車倒車影像的 _倒車雷達系統(tǒng)的設(shè)計 院（系）_信息工程學(xué)院_專 業(yè)_ 通信工程_ _ 班 級_T1042_姓 名_何京徽_指導(dǎo)教師_王明志_ 開題時間_2014年2月24日_吉林工程技術(shù)師范學(xué)院教務(wù)處制一、 立論依據(jù)(本選題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評、選題的意義)研究現(xiàn)狀：經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，推動著交通運輸業(yè)朝行駛高速化，車流密集化和駕駛非職業(yè)化的方向發(fā)展。同時，汽車的生產(chǎn)量和保有量都在急劇增加。但相應(yīng)的公路管理，交通管理系統(tǒng)卻相對比較落后，由此造成的事故頻繁發(fā)生，在一些大城市尤為突出。智能交通系統(tǒng)ITS（Intelligent Transporta

2、tion System）是當前國際各個國家共同關(guān)注的交通管理的前沿技術(shù)，它在充分發(fā)揮現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施潛能，提高工作效率，增強交通安全性，改善環(huán)境方面已取得卓越成效，很多國家都很重視相關(guān)項目的開發(fā)。中國也已開始進入相關(guān)技術(shù)的研究開發(fā)，倒車雷達技術(shù)是ITS中的一項重要研究，它的成功與否與ITS有著相當緊密的關(guān)系。下面簡要分析一下幾種方式的特點：激光方式：激光具有高定向性，能以定向的光束無發(fā)散地直線向前傳播；單色性好，它可以達到的亮度比太陽光還高幾百億倍；相干性好，激光的頻率、振動方向、相位高度一致。因此激光波束近似直線性，很少擴散，波束能量集中，傳輸距離較遠。但它在對氣候的適應(yīng)能力方面具有局限性

3、，因為激光測距方式受惡劣天氣、汽車激烈震動、發(fā)射鏡表面磨損、污染等因素影響，則探測距離減少二分之一至三分之一,降低了實用精度，所以在汽車倒車雷達領(lǐng)域激光測距方式?jīng)]有得到很好發(fā)展。紅外線方式：紅外線可以人為制造,自然界中也廣泛存在,一般的生物都會輻射出紅外線,體現(xiàn)出來的宏觀效應(yīng)就是熱度。 紅外線透視和夜視是分別利用了紅外線的不同性質(zhì)。紅外線測距系統(tǒng)成本低廉，但是容易受到天氣和路邊等物體干擾的影響，在惡劣的天氣與環(huán)境下探測距離仍然不能滿足要求。毫米波方式：毫米波是微波的一個波段，頻率在30300G,相應(yīng)波長為110mm。毫米波電子系統(tǒng)具有如下特性: 小天線孔徑具有較高的天線增益; 高跟蹤精度和制導(dǎo)

4、精度; 不易受電子干擾; 低角跟蹤時多徑效應(yīng)和地雜波干擾小; 多目標鑒別性能好; 雷達分辨率高; 大氣衰減“諧振點”可作保密傳輸。但其價格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。超聲波方式：超聲波是頻率大于20 kHz 的聲波, 具有方向性強、能量衰減緩慢、在介質(zhì)中轉(zhuǎn)播距離遠等特點,用于測距計算方法簡單, 常用于非接觸式距離測量, 其傳感器種類較多,由于超聲波指向性強，在傳輸過程中能量損耗緩慢，反射能力強，經(jīng)常被用于距離的測量。由于超聲波測距的探測距離較短，主要用于倒車雷達等近距離測距。汽車雷達按照其測距的方向可分為倒車雷達和前置雷達。倒車雷達主要針對當前在擁擠的街道、停車場以及人群當中倒車時時有發(fā)生的倒車碰撞事故而

5、設(shè)計的。它是在汽車以較低速度倒車行駛時，周期內(nèi)不停檢測車后障礙物到車的距離，當達到一定危險距離時即時給予司機以聲與光的形式的警告。由于倒車雷達檢測距離比較短，可選擇紅外線和超聲波，而本文就是對超聲波倒車雷達的具體分析研究。選題的意義：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，城市汽車數(shù)量迅速增加。尤其是近幾年來，我國開始進入私家車時代，汽車的數(shù)量更是逐年增加，造成公路、街道、停車場、車庫等越來越擁擠。汽車駕駛員越來越擔(dān)心車的安全了，其中倒車就是一個典型問題。由于存在視覺盲區(qū)，無法看見車后的障礙物，司機在倒車時很容易刮傷汽車，甚至發(fā)生事故。為了減少因此帶來的損失，需要有一種專門的輔助裝置幫助司機安全倒車。目前用于輔助

6、司機倒車的裝置主要有：語音告警裝置、后視系統(tǒng)以及倒車雷達等。語音告警裝置用于播放提示語以提醒車后的行人注意避讓正在倒車的汽車。這種裝置價格便宜，使用方便，其缺點是只能對車后的行人起告警作用，對于其他障礙物則不起作用，所以其應(yīng)用范圍有限。本文設(shè)計分析的基于新型總線和IC的汽車倒車雷達系統(tǒng)即是根據(jù)這一實際情況而應(yīng)運而生的，具有非常高的性價比。但其主流產(chǎn)品僅僅是獨立的控制單元, 無法與汽車數(shù)字化信息平臺接軌。圍繞汽車電器網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)倒車雷達數(shù)據(jù)總線傳遞信息共享, 具有良好的發(fā)展前景。本文應(yīng)用的新型總線結(jié)構(gòu)XY-CN總線即能很好完成網(wǎng)絡(luò)化的重要任務(wù)。本設(shè)計可望成為駕駛員特別是貨車以及公共汽車駕駛員的好幫

7、手，可有效的減少和避免那些視野不良的大型汽車的如冷藏車、集裝箱車、垃圾車、食品車、載貨車、公共汽車等倒車交通事故，另外還特別適用于夜間輔助倒車、倒車入庫以及進入停車場停車到位，本設(shè)計性能優(yōu)良，對提高我國汽車工業(yè)實際水平，具有較大的意義。二、 研究方案(本課題擬研究的主要內(nèi)容、關(guān)鍵問題，研究的方法手段和具體步驟)（寫不下可加附頁）主要內(nèi)容：課題的主要研究內(nèi)容就是根據(jù)雷達測距的原理，選擇一塊集成度高的IC來完成超聲波脈沖測距的倒車雷達。使它能夠在汽車以較低的速度進行倒車的過程中，識別出車后部的障礙物，測量車與障礙物之間的距離并顯示出來，在發(fā)生碰撞前，對駕駛員發(fā)出報警。同時引入一種新型總線XY-CN

8、 BUS來實現(xiàn)雷達的網(wǎng)絡(luò)通信。關(guān)鍵問題：在物理世界中，人類能感應(yīng)到的波譜是聲波，即波源所激起的縱波的頻率在20Hz到20KHz之間，就能引起人的聽覺，在這一頻率范圍內(nèi)的振動被稱為聲振動。而頻率低于20Hz的機械波叫做次聲波。超聲波是頻率大于20 kHz 的波段, 具有方向性強、能量衰減緩慢、在介質(zhì)中轉(zhuǎn)播距離遠等特點, 用于測距計算方法簡單, 常用于非接觸式距離測量, 其傳感器種類較多。汽車上常用的是壓電式超聲波傳感器工作頻率40 kHz 且收發(fā)一體、結(jié)構(gòu)緊湊。一般超身波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩級外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并

9、帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。超聲波測距的基本原理其實很簡單，同聲納回聲定位法的原理是基本相同的，說得高級一些就是多普勒效應(yīng)，說得簡單就是回聲效應(yīng)，當我們在山谷里，朝對面得山坡喊叫“我愛你”，一段很短時間后你會聽到從山谷里也傳來聲音“我愛你”。超聲波測距也時基于這種回音效應(yīng)，發(fā)生器不斷發(fā)射出40Hz超聲波，其總寬度為發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔，被測物距越遠，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數(shù)與被測距離成正比。超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和往返時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限；聲波幅值檢測法易受反射波的影響。本文選擇的成都國騰微電子公司生產(chǎn)的GM3101倒

10、車雷達專用控制芯片，它的設(shè)計采用的是超聲波往返時間檢測法，其測量原理為：每個超聲波傳感器收發(fā)一體，在發(fā)射時刻，在超聲波發(fā)射器端輸入40KHZ沖串，同時開始計時，脈沖信號經(jīng)過超聲波內(nèi)部的振子，振蕩產(chǎn)生機械波，并通過空氣介質(zhì)傳播到被測面脈的，超聲波在介質(zhì)中傳播，途中碰到障礙物后反射回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到返回到傳感器的時間，即為往返時間。往返時間與氣體介質(zhì)中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。而所測距離為聲波傳輸距離的一半，其關(guān)系式可由下面公式表示: S=1/2（ct） 上式中，S為待測距離，c為超波的聲速，t為往返時間。采用微處理器脈沖計數(shù)的方法，可以精確

11、地測出t的值。假設(shè)微處理器的周期為T，則t=N*T，則探測距離可由下面公式表示: S=1/2(ct)=1/2(cNT) 研究的具體步驟：系統(tǒng)主要由上位機和下位機兩部分組成。系統(tǒng)上電后，上位機中雷達模塊檢測距離并對數(shù)據(jù)進行比較，最后模塊輸出最小距離。系統(tǒng)采用了兩個雷達模塊，兩個模塊輸出的數(shù)據(jù)通過串口擴展電路分別傳送到上位機控制中心，控制中心對接收到的數(shù)據(jù)再次進行比較，決定傳輸兩個距離中最小的那組數(shù)據(jù)，并對要發(fā)送到下位機的數(shù)據(jù)先根據(jù)通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)幀包裝，然后通過XY-CN BUS總線傳送到下位機；下位機根據(jù)通信協(xié)議接收信息，對信息進行檢查與校驗后，根據(jù)數(shù)據(jù)級別讓蜂鳴器進行不同頻率的工作，并送距離

12、值到液晶顯示器上顯示。通過對系統(tǒng)電路框圖的分析知，系統(tǒng)軟件設(shè)計可分為上位機和下位機兩部分軟件設(shè)計，下面分別就這兩部分的軟件設(shè)計進行分析，在介紹之前先對上、下位機之間的通信協(xié)議進行介紹： 如上所述，上位機的兩個雷達模塊輸出的數(shù)據(jù)通過串口擴展電路傳送到上位機控制中心，控制中心對這兩組數(shù)據(jù)再次進行比較，決定傳輸距離最小的那組數(shù)據(jù)，在發(fā)送之前要根據(jù)通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)幀包裝，數(shù)據(jù)幀長度為八字節(jié)，制定的通信協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)格式如下：第一字節(jié)： 幀頭 10101010;第二字節(jié)： 地址 為下位機擬定的地址，為以后實現(xiàn)汽車電器網(wǎng)絡(luò)化而預(yù)留的，長度可擴展為多個字節(jié)；第三字節(jié)： 幀長度 指的是雷達模塊發(fā)送過來的數(shù)

13、據(jù)長度，該系統(tǒng)中為三字節(jié)；第四至六字節(jié)：報警信號數(shù)據(jù) 這三個字節(jié)的數(shù)據(jù)是由雷達模塊發(fā)送出來的；第七至八字節(jié)： 幀校驗碼 通信的目的是要把信息及時可靠地傳送給對方，因此要求一個通信系統(tǒng)傳輸消息必須可靠與快速，在數(shù)字通信系統(tǒng)中可靠與快速往往是一對矛盾。為了解決可靠性，通信系統(tǒng)都采用了差錯控制。本系統(tǒng)設(shè)計中就采用了循環(huán)冗余校驗CRC（Cyclic Redundancy Check），選用的是CCITT-16循環(huán)冗余校驗碼。下位機負責(zé)接收上位機傳送過來的數(shù)據(jù)，進行校驗處理后，用液晶顯示器顯示距離，蜂鳴器發(fā)出警報。三、設(shè)計（論文）選題評議對設(shè)計（論文）選題評議：(就選題的意義、研究的方法手段和步驟、實驗設(shè)計方案、研究的預(yù)期結(jié)果進行評議，并提出是否通過的建議) 考核主持人簽字： 四、考核組成員姓 名職稱、職務(wù)工作單位專業(yè)張鳳濤實驗師吉林工程技術(shù)師范通信工程 王明志副教授吉林工程技術(shù)師范通信工程李悅講師吉林工程技術(shù)師范通信工程 羅薇講師吉林工程技術(shù)師范通信工程 王軍講師吉林工程技術(shù)師范通信工程