倒车雷达系统的研究与设计[毕业论文]

机电毕业设计论文：倒车雷达系统的研究与设计含毕业论文

倒车雷达系统的研究与设计[毕业论文]

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

Abstract

Automobile 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

中文摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
目 录 Ⅲ
第一章 绪论 1
1. 1 研究背景 1
1. 2 发展概况和当前存在的问题 1
1. 2. 1 发展概况 1
1. 2. 2 当前存在的问题 4
1. 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 6
2. 1 超声波的测距基本原理 6
2. 2 XY-CN总线介绍 7
2. 2. 1 概述 7
2. 2. 2 系统由来 8
2. 2. 3 XY-CN BUS型总线特点 9
第三章 硬件设计及调试 11
3. 1 系统总体方案设计 11
3. 2 GM3101芯片 12
3. 2. 1 概述 12
3. 2. 2 工作特征 12
3. 2. 3 封装及引脚功能说明 13
3. 2. 4 芯片具体功能及应用 13
3. 3 XY-CN BUS专用数字通讯芯片 15
3. 3. 1 CMT001芯片 15
3. 3. 2 CMT001芯片应用参考电路 16
3. 3. 3 CMT100芯片 17
3. 3. 4 CMT100 芯片应用参考电路 17
3. 4 系统电路解析及工作原理 18
3. 4. 1 上位机电路解析 18
3. 4. 2 下位机电路解析 22
3. 4. 3 工作原理 24
3. 5 实验安装及调试 24
3. 5. 1 焊接 24
3. 5. 2 调试过程及方法 25
第四章 软件设计及调试 27
4. 1 系统软件设计整体介绍 27
4. 2 上位机软件设计 28
4. 2. 1 上位机程序主流程图 28
4. 2. 2 雷达模块程序设计 29
4. 2. 3 上位机接收数据程序设计 30
4. 2. 4 上位机发送数据程序设计 30
4. 3 下位机软件设计 32
4. 3. 1 下位机程序主流程图 33
4. 3. 2 下位机接收数据程序设计 34
4. 3. 3 LCD液晶显示程序设计 35
4. 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

1.1 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，