基于-DSP汽車-防撞雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1、-. z學(xué) 號：DSP原理及應(yīng)用課程論文課程論文題目：基于DSP的汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開課學(xué)院： 課程教師： 學(xué)生： 學(xué)生專業(yè)班級：2021-2021學(xué)年 第一學(xué)期基于DSP的汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要提出了一種用高性能DSP 芯片TMS320VC5416擔(dān)任數(shù)字信號處理任務(wù), CPLD 完成控制和接口邏輯, 單片機(jī)AT89C51 提供人機(jī)通道和其余協(xié)調(diào)工作的汽車防撞警示雷達(dá)信號處理局部的原理方案, 并簡要介紹了FFT算法和VC5416的根本機(jī)構(gòu)。采用混合編程來完成系統(tǒng)的軟件局部，充分發(fā)揮DSP快速的運(yùn)算功能又利用了c語言的靈活控制流程優(yōu)勢。關(guān)鍵字：汽車 防撞系統(tǒng) 毫米波雷達(dá) VC5416A

2、bstractIn this paper a method of high performance DSP chip TMS320VC5416 as a digital signal processing tasks, CPLD plete control and interface logic, single chip microputer AT89C51 man-machine channel and the rest to provide the coordination work the automotive anti-collision warning radar signal pr

3、ocessing part of the principle project, and briefly introduces the FFT algorithm and VC5416 basic structure. The hybrid programming to plete system software parts, give full play to the operation function and DSP fast by the c language fle*ible control process advantage.key word：The automotive anti-

4、collision systemmillimeter wave radarVC54161 引言汽車是現(xiàn)代社會(huì)最重要的交通設(shè)備之一，隨著汽車數(shù)的急劇增加，交通事故給社會(huì)帶來巨大的社會(huì)損失和經(jīng)濟(jì)損失。在高速公路上,車輛行駛速度快, 交通追尾所造成的交通事故居多, 假設(shè)在能見度低的雨、雪、霧等天氣條件, 或駕駛疲勞的情況下, 將影響駕駛員對前方目標(biāo)的識別, 駕駛員難及時(shí)發(fā)現(xiàn)前方障礙物并及時(shí)采取措施, 極易引發(fā)交通事故。在駕駛員、交通環(huán)境和汽車性能三者當(dāng)中,駕駛員的綜合素質(zhì)是最不確定也是最不可控的因素。從公路交通事故的分析說明, 80%以上交通事故是由于反響不及時(shí)引起, 假設(shè)駕駛員能夠提前1S 進(jìn)展預(yù)

5、防, 則可防止90%的事故發(fā)生。1采用汽車?yán)走_(dá)檢測前方障礙物的相對距離和速度，提前預(yù)警，可有效降低交通事故的發(fā)生。2TMS320VC5416簡介TMS320VC5416 DSP STARTER KITDSK是TI 公司向DSP 應(yīng)用者提供的DSP 系統(tǒng)開發(fā)平臺和應(yīng)用評估工具。TMS320VC5416 DSK 主要包括一塊VC5416 目標(biāo)板和一個(gè)運(yùn)行于PC 機(jī)的集成開發(fā)環(huán)境Code poser Studio v2.1 IDE。VC5416 目標(biāo)板通過USB 口與主機(jī)相連。用戶應(yīng)用Code poser StudioCCS完成程序的編寫，再經(jīng)過編譯和連接等過程生成可執(zhí)行代碼，可執(zhí)行代碼被下載到目標(biāo)

6、板上的存儲器中運(yùn)行。CCS 還提供了豐富的調(diào)試功能，在程序運(yùn)行過程中，用戶可以實(shí)時(shí)的控制代碼的運(yùn)行狀態(tài)、觀察DSP 存放器和存儲器中的容變化、監(jiān)視程序?qū)δ繕?biāo)板上不同資源的使用情況以及與主機(jī)I/O。圖1 DSP芯片的總體構(gòu)造圖從上圖可以看出，DSP芯片具有計(jì)算，存儲，和通信的功能。這恰好與數(shù)字思想是吻合的。只要對數(shù)字比特進(jìn)展運(yùn)算和存儲及傳輸就能完成任何復(fù)雜的功能，這就是數(shù)字化的思想。在此CPU充當(dāng)計(jì)算功能，而片存儲起數(shù)據(jù)緩存作用，另外片外圍電路則是傳輸通道。3防撞雷達(dá)方案比擬目前汽車防撞技術(shù)按目標(biāo)探測方式和工作原理的不同,主要有超聲波、紅外線、激光、以及毫米波。其中前三種雷達(dá)都是通過對回波的檢測

7、, 與發(fā)射信號相比擬, 得到脈沖或相位的差值, 從而計(jì)算出發(fā)射波與回波的時(shí)間差, 再分別根據(jù)超聲波、紅外線、激光在空氣中的傳播速度, 計(jì)算出與目標(biāo)物的相對距離。這三種技術(shù)的汽車?yán)走_(dá)構(gòu)造簡單, 本錢低, 但使用過程存在不同程度的局限性。紅外線測距在技術(shù)上難度不大, 但受天氣的影響較大,4且紅外線穿透力不強(qiáng), 在長距離探測方面不能滿足汽車防護(hù)的要求。超聲波同樣受大氣紊流和氣渦的影響, 且探測距離短, 主要用于倒車?yán)走_(dá)等近距離測距。激光具有高單色性、方向性和相干性強(qiáng)等特點(diǎn), 且光束很少擴(kuò)散,波速能量集中, 適用于遠(yuǎn)距離測量, 在汽車防撞領(lǐng)域, 受汽車的震動(dòng)以及反射鏡面磨損、污染、灰塵等因素影響較大,

8、 測距精度難以保證。與超聲波、紅外線、激光相比, 毫米波雷達(dá)分辨率高, 不受大氣絮流的影響, 而且穿透能力很強(qiáng), 受雨、雪、霧等天氣的影響較小。同時(shí)毫米波多譜勒頻移大, 不僅可以測量目標(biāo)的距離, 還可以測量目標(biāo)的相對速度, 因較好的穩(wěn)定性和適應(yīng)性特點(diǎn), 毫米波雷達(dá)成為最有開展?jié)摿Φ钠嚪雷怖走_(dá)。4基于DSP 的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)4.1毫米波雷達(dá)原理毫米波波長為110mm。毫米波雷達(dá)向外發(fā)射的頻率隨時(shí)間線性變化，假設(shè)有目標(biāo)時(shí)反射回波，將發(fā)射波和回波信號混頻，從混頻器輸出，再從頻譜信號中提取含目標(biāo)相對距離和速度信息。對FMCW調(diào)頻連續(xù)波汽車?yán)走_(dá)，發(fā)射波頻率按周期性三角波變化2，設(shè)發(fā)射波和回波時(shí)間差td

9、，則：2RCtd (1)式中：R 為目標(biāo)距離；C 為光速。根據(jù)多譜勒效應(yīng)原理，當(dāng)發(fā)射物體和反射物體相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生頻移fd，且以下公式成立3：V(C fd)/2f0 (2)圖1 發(fā)射波與回波波形如圖1，設(shè)發(fā)射信號上升和下降階段分別為f(t+)、f(t-)，K 為斜率，則：f(t+)fmin+kt (3)f(t-)fma*-kt (4)對應(yīng)回波信號為fb(t+)、fb(t-)：fb(t+)fmin+k(t-)+fd (5)fb(t-)fmin-k(t-)+fd (6)混頻后輸出的差拍信號為：fe (t + ) = f (t + ) fb(t + ) = k t fd (7)fe (t ) =

10、f (t ) fb(t ) = k t + fd (8)計(jì)算出目標(biāo)的相對距離R 和相對速度V 為：R = CTfe (t ) + fe (t+ ) 4F v=Cfe(t)fe(t+) 4f0 (10)F 為發(fā)射波帶寬，f0 為發(fā)射波中心頻率。14.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖2 系統(tǒng)硬件原理框圖主處理器采用TI 公司16 位定點(diǎn)數(shù)字處理器TMS320VC5416。DSP 完成數(shù)據(jù)采集和處理，利用DSP 處理數(shù)字信號快的特點(diǎn)，對采集信號進(jìn)展數(shù)字濾波和FFT 變換。從處理器采用單片機(jī)AT89C51，完成人機(jī)交互、顯示和控制報(bào)警。鍵盤可設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和不同條件如車速、不同天氣狀況下的報(bào)警門限，并由LCD 中

11、文顯示。當(dāng)主處理器運(yùn)算后得到目標(biāo)信號距離、車速超過設(shè)定門限時(shí)，經(jīng)AT89C51 控制聲光報(bào)警。CPLD 完成A/D 轉(zhuǎn)換芯片的啟動(dòng)、地址譯碼、各種控制邏輯信號的產(chǎn)生及VC5416 與單片機(jī)間的數(shù)據(jù)交換。A/D 轉(zhuǎn)換芯片采用THS1206 的12 位多通道高速并行A/D 轉(zhuǎn)換器。作單輸入通道時(shí)，采樣頻率達(dá)6M，芯片部集成16 字節(jié)的FIFO，采樣轉(zhuǎn)換數(shù)值自動(dòng)寫入FIFO。由控制器設(shè)置觸發(fā)水平，向DSP 發(fā)出中斷請求。為快速讀取采樣數(shù)據(jù)，減少中斷次數(shù)，設(shè)置觸發(fā)水平為8，當(dāng)連續(xù)8 個(gè)采樣值寫入FIFO 時(shí)，THS1206 向DSP 發(fā)出中斷請求，并連續(xù)讀取8 個(gè)采樣值到RAM。閃存用來存放主程序，系

12、統(tǒng)加電后將其裝載到DSP 部RAM 中運(yùn)行。24.3 信號的產(chǎn)生及處理根據(jù)多譜勒效應(yīng)原理, 發(fā)射信號的頻率越高, 頻移越大,越容易測量,選擇中心發(fā)射頻率為35GHz，該頻率是毫米波波段中在大氣衰減最小的傳播頻段。為保證FMCW連續(xù)波的線性度，采用VCO 壓控震蕩電路得壓頻曲線線性度，經(jīng)天線向外輻射。因發(fā)射功率不大，信號在空氣中傳播會(huì)衰減局部能量，從混頻器輸出的差拍信號較小，且含雜波信號，需對差頻信號先放大，低通濾波后，再中頻放大送A/D 轉(zhuǎn)換器。34.4 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序采用在C語言和匯編語言混合編程的方法，即在算法運(yùn)算量大的地方，用手工編寫的方法編寫匯編語言，而運(yùn)算量不大的地方則采用高級

13、語言。采用這種方法，既可縮短軟件開發(fā)的周期，提高程序的可讀性和可移植性，又能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求，同時(shí)還會(huì)充分發(fā)揮DSP快速的運(yùn)算功能又利用了c語言的靈活控制流程優(yōu)勢。DSP需要完成的主要任務(wù)有：(1)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換并讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)；(2)目標(biāo)提取，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理(雜波濾除、時(shí)域加窗)、功率譜估計(jì)、譜峰搜索、危險(xiǎn)目標(biāo)確定。4圖3 系統(tǒng)軟件流程圖軟件的工作流程如圖3所示。系統(tǒng)首先初始化，對有關(guān)的存放器和存儲單元進(jìn)展設(shè)置，使系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，然后進(jìn)展數(shù)據(jù)采集、AD轉(zhuǎn)換，將采樣數(shù)據(jù)目的地址指針初始化為2000H，采樣中斷效勞子程序每讀取一個(gè)采樣值，該地址指針就自動(dòng)加1，指向下一個(gè)采樣數(shù)據(jù)存儲單

14、元。5計(jì)數(shù)器被始化為400H，中斷效勞子程序每執(zhí)行一次，計(jì)數(shù)器的值就減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值減為0時(shí)，中斷效勞例程執(zhí)行了1 024次，得到8 * 10個(gè)采樣值，存放在數(shù)據(jù)存儲空間2000H3FFFH 中。此后THS1206的采樣時(shí)鐘信號關(guān)閉，停頓工作。接下來主程序開場對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)展LMS自適應(yīng)濾波和F盯計(jì)算，并從中找到最大譜線強(qiáng)度所對應(yīng)的頻率，把它視為中頻頻率，由此計(jì)算出目標(biāo)距離和速度；判斷距離值是否在平安距離，假設(shè)小于平安距離值，則進(jìn)展報(bào)警。6利用DSP片定時(shí)器1的定時(shí)功能，可以使程序每隔50 ms就進(jìn)展1次從數(shù)據(jù)采樣到距離速度顯示的循環(huán)執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)距離與速度的實(shí)時(shí)獲取。4結(jié)論汽車防撞雷達(dá)是提高

15、汽車行駛平安的方法之一, 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于將調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)應(yīng)用于汽車防撞雷達(dá)中, 抗干擾性強(qiáng), 并采用高性能數(shù)字信號處理器DSP, 系統(tǒng)處理速度快、穩(wěn)定性好。該雷達(dá)經(jīng)屢次試驗(yàn), 探測距離可達(dá)100m以上, 且虛警率低。通過人機(jī)交互接口可設(shè)置在不同運(yùn)行環(huán)境下的預(yù)警門限, 提高駕駛員的平安系數(shù), 降低交通事故率, 有較好的應(yīng)用前景。5 參考文獻(xiàn)1 黃艷國，吳翠琴，許倫輝. DSP 在毫米波汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用A.自動(dòng)測量與控制, 2007,26 (7): 63-69.2 黃艷國肖定華許倫輝. 基于DSP 的毫米波汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)B.DSP 開發(fā)與應(yīng)用, 2021: 69-223.3 朱珂. 汽車防撞系統(tǒng)與毫米波雷達(dá).輕型汽車