毕业设计之倒车雷达.docx

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毕业设计之倒车雷达

摘要

倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置。

该系统能够在汽车低速倒车的过程中，识别出车体后部的障碍物，并能够测量汽车与障碍物之间的距离。

在车辆与障碍物发生碰撞之前，发出语音警报，提醒司机刹车。

针对汽车行业中倒车雷达现状，本文提出了一种以ARM9处理器ARM920T和Linux操作系统为软硬件平台的数据采集方案、超声波发射接收装置、语音报警模块等多模块设计，完成了对倒车系统复杂情况的判断、测距、语音报警等功能。

从测试的准确行，可观性、稳定性上对可视倒车雷达系统的组成取得了新的突破。

本系统采用超声波换能器产生超声波，当超声波碰到障碍物后因阻挡而被反射，系统通过CSB40R接收，然后通过超声波的发射和接收之间的时间差而测出距离；通过语音报警系统通知司机具体的距离与危险程度。

该系统的有效运用可使我们更好的防止交通事故，有效的利用高端科技为日常生活服务。

关键词：

嵌入式系统;超声波;ARM9;Linux操作系统;语音报警

Abstract

Withthedevelopmentofthetechnologyoftheelectronic,auto,embedandinformationinrecentyears,theembedsystemhasbeenwidelyappliedineachfield.Thankstotheprogressoftheputer,municationandautomation,especiallytheimprovementoftheembedtechnology,selectingaembedoperatingsystemwillbeaveryeffectivethingthatwillimprovethecapabilityandtheempolderrate,whichwillsupplyasupportplatformforthemodernizationandinformatizationoftheindustry.

Inconnectionwiththecurrentsituationofreversingradar,thepaperputsforwardadesignofmoduleswhichisbasedonARM9processornamedARM920TandtheLinuxcontrolsystem,whichhasallthefunctionsincluding:

ultrasonicsend/inceptmodule,alarmmoduleofsoundetc.Thesystemcallpletethefunctionsofjudgement,measuredistance,audioalertandsoon.Thereversingradarbreaksthroughintermsofveracity,observability,stability.

Inordertoproducetheultrasoundthesystemadoptsthedeviceofultrasonictransducerwhichhasthefeatureofechoingwhentheultrasonictouchingthebarrier.ThereflectedwavewillbetakenoverbyCSB40R,thenARMcantestthetimefromsendingtoreceiving,fromwhichthecontrollercallmeasurethedistancefrombarriertocar.Accordingtothejudgementthecontrollercanalsoalarmthedriverofthedistancefromthebarriertothecarwiththedangerouscircumstances.Ifthecontrollersystemisusedeffectively,itcanbetterserveourdalylife,forexampleitcarlreducethetrafficaccidentsdrastically.

Thepracticabilityandtheactualizationareemphasizedintheresearchcourse.Withrespecttohardwares,wechoosethemonones.Andwealsohavedonemuchworkinimprovingandverifyingthegordiantechnique.Thepracticalresultsshowthatthereversingradarsystemwithaccuracytestanddependableperformancewillplayanimportantroleinreversingwithoutbarrier.

Keywords:

EmbeddedSystem;ultrasonic;ARM9;LinuxOS;AudioAlert

1绪论

随着电子技术和嵌入式技术、汽车工业的飞速开展，汽车工业自动化、信息化水平的不断提高。

人们越来越重视对“可视化倒车雷达〞的研究。

如何更方便有效地利用倒车雷达系统帮助人们倒车与泊车，如何减少倒车事故的发生概率是目前倒车雷达系统研究的重点。

本章简要说明了课题的研究背景和现实意义，并综述了倒车雷达系统的研究现状和开展趋势，在此根底上提出了本文的研究内容。

电子信息技术作为当今世界开展最快的高新技术，它正推动着全球经济向计算机化、智能信息化方向开展，在这个背景下我国的倒车雷达系统便开始从传统的方式向更加智能化方向转变。

目前，国内倒车雷达主流市场已经开始有进口高档汽车向中低档汽车开展。

技术上向着单芯片功能成灵敏度更高、可视化开展，设备趋于小型化、人性化、智能化等方向开展电子信息技术目前被广泛的应用在各个领域，车载系统的信息化已成为现代汽车业的重要标志。

基于嵌入式系统的可视倒车雷达系统涉与众多技术领域，是集成数据采集、视频显示、语音播报等技术为一体的现代高科技产业，前景十分广阔。

现在，生产的中高档小轿车大多数都配置有倒车雷达，而出于节省本钱等方面的考虑，经济型小轿车、大客车等其他车辆都没有配置倒车雷达。

国内外虽有局部车辆安装了超声波倒车防撞报警装置、基于DSP的智能车辆防撞系统、图像处理技术的汽车追尾预警系统等，但是用于像装载机这种广泛用于城建、矿山、公路等工程的工程机械障碍物监测预警系统却没有出现。

有市场需求的产品，必然会带动产品的开发设计。

随着全球汽车产业的高速开展，尤其是近两、三年我国开始进入私家车时代，汽车电子产业成了新的增长点，汽车电子产品的高利润和市场广阔性倍受商家关注，音响和防盗器就是明证。

近两年来，倒车雷达成了商家的电子新宠，众多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车雷达。

随着信息化、智能化、网络化的开展，嵌入式系统技术获得广阔的开展空间，工业控制领域也进展着一场巨大的变革，以32位高端处理器为平台的实时嵌入式软硬件技术将应用在工业控制的各个角落。

嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以与日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。

和意义

随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场地常常令有车一族无所适从，稍不慎，如此闯祸，烦事又烦人。

虽然每辆车都有后视镜，但不可防止的都存在一个后视盲区。

汽车倒车防撞预警系统即俗称的倒车雷达，是汽车泊车时的辅助装置。

在汽车倒车时，倒车雷达采用超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物的距离，当汽车尾部离障碍物的距离达到探测X围时，倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。

当汽车尾部离障碍物的距离达到设定的安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车。

该系统能够在汽车以较低的速度进展倒车的过程中，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。

在车辆上安装一个对障碍物进展监测预警的系统，就能用声音和数码管实时动态显示的距离告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车和启动车辆时前后、左右探视所引起的困扰。

同时帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷，驾驶员只需坐在驾驶室就能观察到车前车后的详细情况，做到心中有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和效率。

也能让驾驶员在危险时刻到来前与时采取有效措施，减少事故发生，保障人身和财产安全。

本课题在科学研究和实际生产方面都有深远意义：

（1）利用换能器发送超声波，可以很好的解决现有的倒车雷达系统其他的产生超声波的方式而造成超声波回收信号较弱的缺点。

可以准确的判断障碍物和汽车的距离，防止因回收信号太弱，捕获不到信号而造成的误差。

（2）采用嵌入式系统设计、实现倒车雷达系统，很好的解决了普通单片机控制的倒车雷达存储空间小，计算速度慢的缺点。

拓展了嵌入式系统的使用空间，车载系统中嵌入式系统的应用将成为一个更为广泛、更有价值的领域。

（3）适用于超声波发射接收的信息监控系统，应用灵活方便。

基于嵌入式系统的技术研发，是车载控制系统开展的重要趋势，也是建立现代化汽车工业控制一体化信息系统的根底。

1.3倒车雷达的开展现状和趋势

1.3.1倒车雷达的开展现状

经过多年的开展，倒车雷达设计以与使用发生了质的变化。

经过这几年的开展，倒车雷达系统已经经过了六代技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这六代产品都各有特点，使用较多的是数码显示、荧屏显示和魔幻镜倒车雷达这三种。

第一代：

倒车时通过喇叭提醒。

“倒车请注意〞！

想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有少局部商用车还在使用。

只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意，从某种意义上来说，它对驾驶员并没有直接的帮助，不能算真正的倒车雷达，根本属于淘汰产品。

第二代：

采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。

这是倒车雷达系统的真正开始。

倒车时，如果车后~处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。

蜂鸣声越急，表示车辆离障碍物越近。

但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。

第三代：

数码波段显示具体距离或者距离X围。

这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。

如果是物体，在开始显示；如果是人，在左右的距离开始显示。

这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由3种颜色来区别：

绿色代表安全距离，表示障碍物距离有以上；黄色代表警告距离，表示障碍物距离只有；红色代表危险距离，表示障碍物距离只有不到，必须停止倒车。

第三代产品把数码和波段组合在一起，比拟实用，但安装在车内影响美观。

第四代：

液晶屏动态显示。

这一代有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。

不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现汽车图案以与车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。

不过LCD显示外观虽精巧，灵敏度较高，但抗干扰能力不强，所以误报也较多。

第五代：

魔幻镜倒车雷达。

结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知2m以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。

魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。

因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。

而且颜色款式多样，可以按照个人需求和车内装饰选配。

第六代：

专为高档轿车配置的。

第六代产品在第五代的根底上新增了很多功能：

外观上看，比第五代产品更为精致典雅；从功能上看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看DVD影像。

1.3.2倒车雷达的开展趋势

（1）智能化。

随着计算机技术的不断开展，倒车雷达在计算机上的应用将由简单的数据采集、处理，逐步转化为以信息处理、应用为主。

除了不断完善硬件控制设备外，还要对软件系统的研制开发进展不断的深入和完善。

近年来嵌入式系统的快速开展，在汽车工业中得到逐步重视，其中ARM-Linux为架构平台的嵌入式系统便在倒车雷达的研究中得到很大程度的应用。

（2）可视化。

基于以前倒车雷达仅仅依靠语音报警的根底，倒车雷达加上了可视的视频显示系统，使车主在倒车的同时可以清楚的观察到汽车后面的实物，用眼睛进展清晰的判断，防止倒车事故的发生。

（3）集成化。

倒车雷达系统的开展逐渐将各个功能集中在一起，实现了一套硬件设备可以完成多项功能。

倒车雷达的集成化就是将倒车雷达的可视化、LCD显示、超声波测速、语音报警等功能集成在一起，组成了真正意义上的硬件系统。

在今后的开展趋势中我们依然可以将倒车雷达、车载导航、车载音频等系统集成一起，组成一个意义更为广泛的集成化系统。

2系统总体设计和关键技术

2.1系统的设计思想和目标

基于嵌入式系统的可视化倒车雷达系统，以普通的倒车雷达系统为根底，以嵌入式系统为平台，集成了超声波测距、语音报警等功能，很好地解决了普通倒车雷达测距不准，智能化差等缺点，因此得到了广泛运用，其特点如下：

（1）集成度高、体积小。

由于高端微型处理器的应用，嵌入式系统的体积在不断减小，这也使数据采集、信息控制系统的体积缩小，从而形成便携式系统，方便系统携带和使用。

（2）功能强大、容易扩展。

嵌入式的数据采集与控制系统扩展出输入/输出（I/0）接口容易，可综合实现各种功能。

（3）可靠性高。

嵌入式系统芯片集成化程度高，与计算机系统的相关芯片相比拟，具有防尘、防震等优点；软件被固化在FLASH/ROM中，稳定性强，不易被破坏；硬件高度集成，系统的整体可靠性高。

（4）开发本钱低、周期短。

嵌入式系统开发的是数据采集与控制系统，本钱低、周期短的优点远远强于计算机系统。

后PC时代的到来，嵌入式系统在数据采集与系统控制中具有日益重要的作用，现代数据采集与控制系统己经从传统的电路模式、微机模式进入了嵌入式的系统模式。

基于以上分析，本文提出了基于嵌入式系统倒车雷达系统的设计思想。

课题的目的是设计一个基于超声波测距，嵌入式ARM-Linux控制，用于倒车监测，防止倒车事故的发生。

可用于家庭轿车、商务用车、卡车、货车等各种车辆；以与泊车、倒车等各种向后行走的倒车方式的监测。

2.2系统的结构

整个系统的构成如图2-1所示，它由超声波发生模块、超声波接收模块、ARM-Linux控制系统、语音报警系统组成。

图2-1系统结构图

该系统由ARM920T芯片主控，通过串口输出PWM脉冲驱动555震荡器工作，从而使超声波发生模块工作并产生超声波，同时ARM芯片的计时器计时开始。

当发生的超声波碰到障碍物后反射回来，此时超声波接收模块接收超声波，将接收到的超声波经过信号三级放大后通过整流，变为ARM可直接接收的直流信号，然后通过串口传递给ARM，此时计时完毕，通过计时器的时间之差可以计算出障碍物和汽车之间的距离。

然后由软件系统进展判断并对车主进展语音提示。

2.3系统的关键技术分析

2.3.1超声波测距技术

超声波一般指频率在20KHz以上的机械波，具有穿透性强，衰减小，反射能力强等特点。

工作时，超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲，给测量逻辑电路提供一个短脉冲。

最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进展处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。

超声波测距原理简单，本钱低，制作方便，但其传输速度受天气影响较大，不能准确测距；另外，超声波能量与距离的平方成正比衰减，因此，距离越远，灵敏度越低，从而使超声波测距方式只适用于较短距离。

一般超声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。

超声波测距的根本原理其实很简单，同声纳回声定位法的原理是根本一样的，说得高级一些就是多普勒效应，说得简单就是回声效应。

超声波测距也时基于这种回音效应，发生器不断发射出40KHz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，有相位检测法、声波幅值检测法、渡越时间检测法三种。

相位检测的精度高，但检测X围有限；声波幅值检测易受反射波的影响；渡越时间检测工作方式简单、直观，在硬件控制和软件设计容易实现。

本文使用的是ARM920T芯片主控，，它的设计采用的是超声波往返时间检测法，其测量原是由ARM芯片通过记录超声波发生器从发射超声波到接收到反射回波的这段时间差T，然后利用公式

计算出超声波发射探头与障碍物间的距离（其中C是超声波的声速，在标准状态下C=340m/s）。

超声波还具备指向性强的特点，超声波入射障碍物面的角度，影响到超声波电子倒车雷达是否灵敏。

理想状况下超声波应当垂直于入射面，这样便可以最大限度地接收超声波的反射回波，防止电子倒车雷达失灵我们在该设计中选用超声波换能器（见图2-3）产生超声波，这样便可最大程度的产生垂直于入射面的超声波，并使反射回波具备最大的信号强度，防止能量损失，测出准确的距离。

我们在该倒车雷达中选用的超声波传感器的直径约为14毫米，工作频率为40KHz，驱动电压最高为140Vp-P，根据IS017386标准，其主要的性能指标有：

（1）额定电压：

直流12V，工作电流-500mAMAX．工作温度：

30℃至80℃。

（2）测量X围：

最小测量距离10厘米，最大测量距离1000厘米。

（3）测量原理：

采用飞行时间测量原理。

超声波探头将创建超声波区域，在接收到探测区域内障碍物的反射波后，测出车辆与障碍物间的距离。

（4）系统具备上电后故障自测性能。

系统自测时间不超过100毫秒，为保证实时性，探测的时间一般不超过600毫秒。

（5）系统具备传感器自测功能。

图2-2模式，对刷围的障碍物进展测量。

同时有手动开启，F关，驾驶员便可从系统得知汽车距离障碍物的距离。

图2-2超声波测距原理

图2-3常见的倒车雷达换能器

本系统所采用换能器频率为40HZ，最大作用距离为10m，它产生超声波，既有效克制了超声波的能量损失，同时又能明确的触发给主控芯片一个计时脉冲，完成整个系统的测距功能。

同时软件局部还可以触发语音报警，形成一整套行之有效的测量系统。

2.3.2嵌入式系统

（1）嵌入式系统的定义：

根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的表述嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置〞（原文为devicesusedtocontrol，monitor。

orassisttheoperationofequipmentmachineryofplants）。

（2）嵌入式系统的三个特点：

嵌入性：

嵌入到对象体系中，有对象环境要求

专用性：

软、硬件按对象要求裁减

计算机：

实现对象的智能化功能

（3）嵌入式系统的分类

按表现形式（硬件X畴）可把嵌入式系统分为：

芯片级嵌入式系统（含程序或算法的处理器），模块级嵌入式系统（系统中的某个核心模块）与系统级嵌入式系统。

按实时性（软件X畴）要求可把嵌入式系统分为非实时系统（PDA）、软实时系统（消费类产品）、硬实时系统（工业和军工系统）等三大类。

（4）嵌入式系统处理器的分类和现状

嵌入式系统处理器可以分为：

微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、片上系统（SOC）、可编程片上系统（SPOC）四大类。

（5）嵌入式系统的软硬件框架

如图2-4所示，为嵌入式系统软硬件框架图。

图2-4嵌入式系统框架图

嵌入式系统由嵌入式硬件与嵌入式软件组成。

嵌入式硬件以芯片、模板、组件、控制器形式埋藏于设备内部。

嵌入式软件是实时多任务操作系统和各种专用软件，一般固化在ROM或闪存中。

嵌入式系统软硬兼施，融为一体，成为产品，但在开发过程中需要一些开发工具进展辅助开发。

（6）嵌入式系统的开发流程

嵌入式软件的开发流程与通用软件的开发流程某某小异，但开发所使用的设计方法具有嵌入式开发的特点。

整个开发流程可分为：

①需求分析阶段

嵌入式系统应用需求中最为突出的是注重应用的时效性，需求分析阶段的主要任务是，第一对问题的识别和分析，也就是对用户提出的问题进展抽象识别用以产生以下的需求：

功能需求、性能需求、环境需求、可靠性需求、安全需求、用户界面需求、资源使用需求、软件本钱与开发进度需求。

第二制订规格说明文档经过对问题的识别，产生了系统各方面的需求。

通过对规格的说明，文档得以清晰、准确地描述。

这些说明文档包括需求规格说明书和初级的用户手册等。

第三需求评审作为系统进入下一阶段前最后的需求分析复查手段，在需求分析的最后阶段对各项需求进展评估，以保证软件需求的质量。

需求评审的内容包括正确性、无歧义性、安全性、可验证性、一致性、可理解性、可修改性、可追踪性等多个方面。

②设计阶段

系统的设计阶段包括系统设计、任务设计和任务的详细设计。

由于嵌入式系统中任务的并发性，嵌入式软件开发中引入了DARTS（DesignApproachforReal-TimeSystem）。

DARTS设计方法：

是结构化分析/结构化设计的扩展。

它给出划分任务的方法，并提供定义任务间接口的机制。

DARTS设计方法的设计步骤如下：

数据流分析

划分任务

定义任务间的接口

③生成代码阶段

生成代码阶段需要完成的工作包括代码编程、交叉编译和、交叉调试和测试等。

第一代码编程，在嵌入式系统的开发过程中，一般采用的方法是先在通用PC上编程，然后通过交叉编译，将程序做成目标平台上可以运行的二进制代码格式。

最后将程序下载到目标平台上的特定位置，在目标板上启动运行这段二进制代码。

第二交叉编译和，嵌入式软件开发编码完成后，要进展编译和以生成可执行代码。

但是，在开发过程中设计人员普遍使用Intel的x86系列CPU的计算机进展开发，而目标环境的处理芯片却是多种多样的，如ARM，DSP，PowerPC，DragonBall系列等，这就要求开发机上的编译器能支持交叉编译。

嵌入式集成开发环境都支持交叉编译、，如WindRiver公司的TornadoⅡ以与GNU套件等。

交叉编译生成两种类型的可执行文件：

调试用的可执行文件和固化的可执行文件。

第三交叉调试，又叫远程调试，具有以下特点：

调试器和被调试的程序运行在不同的机器上。

调试器运行在PC或工作站上，而被调试程序运行在各式的专用目标机上；

调试器通过某种通信方式与目标机建立联系，如串口、并口、网络、JTAG或者专用的通信方式；

在目标机上一般具有某种调试代理，这种代理能与调试器一起配合完成对目标机上运行程序的调试。

这种代理可以是某种能支持调试的硬件，也可以是某种软件；

目标机可以是一种仿真机。

通过在宿主机上运行目标机的仿真软件，仿真一台目标机，使整个