【文章內(nèi)容簡介】 成像式激光雷達更具有實用價值。同成像式激光雷達相比，具有造價低、速度快、穩(wěn)定性高等特點。但由于激光雷達測距儀器工作環(huán)境處于高速運動的車體中，振動大，對其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也受到了一定的限制，同時還要考慮省電、低價、對人眼安全等因素。目前，在汽車上，上述各種激光雷達測距儀均有應(yīng)用，但成像式激光雷達還在進一步研究之中。CCO攝像系統(tǒng)測距攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計量準確等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用面陣CCD，可獲得被測視野的二維圖像，但無法確定與被測物體之間的距離。只使用一個CCD攝像機的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為獲得目標三維信息，模擬人的雙目視覺原理，利用間隔固定的兩臺攝像機同時對同一景物成像，通過對這兩幅圖像進行計算機分析處理，即可確定視野中每個物體的三維坐標，這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng)。雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺原理，測量精度高。但目前價格較高，同時由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢。隨著計算機軟硬件性能的提高，最終將得到少一泛應(yīng)用。紅外線測距紅外線的波長比可見光線長，是肉眼看不見的光，有顯著的熱效應(yīng)和較強的穿透云霧的能力。同時，任何物體在任何時候都會發(fā)出紅外線。車載儀器通過發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據(jù)信號的強弱及波長的不同，同時分析時間差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。由于紅外線人類肉眼感知不到，具有極強的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測距儀的工作，故該種測距儀廣泛應(yīng)用在軍用汽車上。雷達測距雷達的名稱來自“無線電探測和測距”(Radio Detection And Ranging)，顧名思義，它向目標發(fā)射一定的無線電波，通過其反射回來的電波信號檢測目標，并利用收發(fā)信號的時延測量目標的距離。雷達誕生于上世紀三十年代的第二次世界大戰(zhàn)期間，當時由于軍事上的迫切要求，雷達獲得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。之后，隨著科技的發(fā)展，雷達技術(shù)日臻完善，現(xiàn)代雷達不僅能完成對目標的探測和測距，還能完成測角、測速、跟蹤和成像等功能。雖然雷達技術(shù)主要用于軍事方面，但其在民用領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越大的作用。雷達在民用服務(wù)的主要應(yīng)用包括有氣象雷達，探地雷達和應(yīng)用于機場、港口、和公路的交通管制雷達。從上世紀七十年代起，人們開始將雷達技術(shù)用于汽車自動防撞器中，稱之為“汽車防撞預(yù)警雷達”簡稱“汽車防撞雷達”。由于雷達能在雨、雪、霧等惡劣天氣環(huán)境下工作，作用距離較遠，比上述幾種技術(shù)具有優(yōu)越性，汽車防撞雷達逐漸成為汽車自動防撞器的主流技術(shù)。 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路的工作原理，如圖34所示： 圖34 超聲波發(fā)射電路40kHZ超聲波發(fā)射電路，由LM555時基電路及外圍元件構(gòu)成40kHZ多諧振蕩器電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，可以改變振蕩頻率。由LM555第3腳輸出端驅(qū)動超聲波換能器T4016，使之發(fā)射出超聲波信號。電路簡單易制。發(fā)射超聲波信號大于8m。555多諧振蕩電路工作原理由555定時器和外接元件RRC構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過RR2向C充電，以及C通過R2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對應(yīng)的波形如圖所示。圖35 555構(gòu)成多諧振蕩器 圖36 多諧振蕩器的波形圖輸出信號的時間參數(shù)是： =（R1+R2）Cln(VCCVT+)/ (VCCVT)=（R1+R2）Cln2 = R2Cln(0 VT+)/(0 VT)= R2 Cln2T=( R1+2R2) Cln2f =1/T=1/( R1+2R2) Cln2其中，為VC由上升到所需的時間，為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1KΩ。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。工作過程可分為以下四個階段:(1) 暫穩(wěn)態(tài) I(O~tl): 電容 C 充電 , 充電回路為 VDD → R1 → R2 → C →地 , 充電時間常數(shù)為 為τ1=(R1+R2)C, 電容 C 上的電壓 uc 隨時間 t 按指數(shù)規(guī)律上升 , 此階段內(nèi)輸出電壓 uo 穩(wěn)定在高電平. (2) 自動翻轉(zhuǎn) I(t=tl): 當電容上的電壓 uc 上升到了 VDD 時 , 由于 555 定時器內(nèi) S=0,R=1, 使觸發(fā)器狀態(tài)Q由 1 變?yōu)?0, 由0變成 1, 輸出電壓 uo由高電平跳變?yōu)榈碗娖?, 電容 C 中止充電.(3) 暫穩(wěn)態(tài) Ⅱ (t1~t2): 由于此刻==1, 因此放電管 V 飽和導通 , 電容 C 放電 , 放電回路為 C → R2 →放電管 V →地 , 放電時間常數(shù)τ2=R2C( 忽略 V 管的飽和電阻 ), 電容電壓 uc 按指數(shù)規(guī)律下降 , 同時使輸出維持在低電平上。(4) 自動翻轉(zhuǎn)Ⅱ(t=t2): 當電容上的電壓 uc下降到了 VDD 時 , 由于 555 定時器內(nèi) S=1,R=0, 使觸發(fā)器狀態(tài)Q由0 變?yōu)?1, 由1變成0, 輸出電壓uo由低電平跳變到高電平 , 電容 C 中止放電.由于=0, 放電管截止 , 電容 C 又開始充電 , 進入暫穩(wěn)態(tài) I.以后 , 電路重復(fù)上述過程 , 電路沒有穩(wěn)態(tài) , 只有兩個暫穩(wěn)態(tài) , 它們交替變化 , 輸出連續(xù)的矩形波脈沖信號。超聲波接收電路的工作原理，如圖37所示：圖37 超聲波發(fā)射電路上述超聲波發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波在空氣中傳播，遇到障礙物就會返回，超聲波接收部分是為了將反射波(回波)順利接收到超聲波接收換能器進行轉(zhuǎn)換變成電信號，并對此電信號進行放大、濾波、整形等處理后，本設(shè)計采用索尼公司生產(chǎn)的集成芯片CX20105，(INT0)引腳，以產(chǎn)生一個中斷。可以看到，集成芯片CX20105在接收部分電路中起了很大的作用。CX20105是一款應(yīng)用廣泛的紅外線檢波接收的專用芯片，其具有功能強、性能優(yōu)越、外圍接口簡單、成本低等優(yōu)點，由于紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz比較接近，而且CX20105內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率f0可由其5腳外接電阻調(diào)節(jié)，阻值越大中心頻率越低，范圍為30～60kHz。本次設(shè)計用它來做接收電路。CX20105內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。工作過程如下：接收的回波信號先經(jīng)過前置放大器和限幅放大器，將信號調(diào)整到合適幅值的矩形脈沖，由濾波器進行頻率選擇，濾除干擾信號，再經(jīng)整形，送給輸出端7腳。當接收到與CX20105濾波器中心頻率相符的回波信號時，其輸出端7腳就輸出低電平，而輸出端7腳直接接到STC89C52的INT0引腳上，以觸發(fā)中斷。本設(shè)計使用的CX20105A集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波，其總放大增益80db。集成電路一、特性CX20105是雙極型集成電路，用于對亮度信號進行黑電平擴展，直流傳送率效正等處理。他檢測信號的最黑電平，自動控制黑電平，自動控制黑電平的增益，使得最黑電平向消隱電平擴展。輸入亮度信號約1Vpp。經(jīng)過鉗位的亮度信號在其一半處，以獲得黑峰值信號。該黑峰值信號經(jīng)增益可控放大器放大，然后疊加到亮度信號上，從而使亮度信號的黑電平得到擴展。輸入亮度信號約1Vpp， 經(jīng)過鉗位的亮度信號在其一半處，以獲得黑峰值信號。該黑峰值信號經(jīng)增益可控放大器放大，然后疊加到原亮度信號上，從而使亮度信號的黑電平得到控制。經(jīng)黑電平擴展得亮度信號送到去消隱電路，由2腳輸入得行逆程脈沖也送到去消隱電路，在2腳行逆程脈沖作用下，去消隱電路將亮度信號的消隱黑電平去除。余下的純圖像內(nèi)容送到黑峰值保持電路，以得到亮度信號的最黑電平。亮度信號的最黑電平的擴展程度。APL（平均圖像電平）檢測電路對黑電平擴展的亮度信號進行檢測，并控制直流傳送率校正電路，使其輸出與圖像電平成正比的直流恢復(fù)校正脈沖，疊加在亮度信號的消隱電平上輸出。二、引腳功能引腳序號 符 號 功 能1 Black Peak Hold 黑峰值保持2 Blanking Input 符合消隱脈沖輸入3 Clamp Input 鉗位脈沖輸入4 GND 地5 Output 亮度信號輸出。，極性與輸入信號相同。6 Restoration Correction 直流傳輸率校正7 Input 亮度信號輸入8 Vcc 電源電壓12V 聲光報警電路設(shè)計 報警電路工作原理使用最簡單的蜂鳴器來作為提示音部分，通過改變端口高電平來進行發(fā)聲，對延時進行修改來調(diào)試發(fā)聲頻率，從而修改發(fā)出的聲音的好壞。（最大20mA），所以直接連接不能驅(qū)動蜂鳴器，電路使用9013三極管，三極管導通，蜂鳴器兩端電壓約為5V，三極管關(guān)閉，蜂鳴器兩端電壓為0V，蜂鳴器根據(jù)輸入頻率發(fā)出聲音。三極管作為開關(guān)，蜂鳴器電源來自三極管的C極，解決了單片機電流不足的問題。電路原理圖圖38 蜂鳴報警電路 光提示電路圖39 光提示電路圖 1602LCD顯示電路設(shè)計 字符型液晶顯示器的顯示原理用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由6x8或8x8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8個字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立游標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 液晶1602LCD簡介：顯示容量162個字符芯片工作電壓5V工作電流字符尺寸(WH)mm 1602技術(shù)參數(shù)：編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5Data I/O5R/W讀/寫選擇13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15A背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負極 1602接口說明：圖310 LCD 1602外形尺寸圖控制器接口時序說明讀操作時序：圖311 1602讀操作時序圖寫操作時序：圖312 1602寫操作時序圖 1602LCD工作原理采用1602LCD模塊組成顯示電路。LCD為液晶顯示面板，由于LCD的控制需要專用的驅(qū)動電路，且LCD面板的接線需要特殊技巧，加上LCD面板結(jié)構(gòu)比較脆弱，通常不會單獨使用。而是將LCD面板、驅(qū)動電路與控制電路組合而成一個LCD模塊。按1602LCD模塊引腳的定義，：VSS接電源地，VDD接電源，0~D7接單片機I/O口，作為顯示數(shù)據(jù)的輸入；BLA、BLK作為背光電源接口，接入相應(yīng)的電源端口。RS、R/W、E接單片機I/O口，當RS=0，總線將連接到LCM內(nèi)部寄存器的指令寄存器IR；S=1時，總線將連接到LCM內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)寄存器DR。當R/W=0時總線將由微處理器輸入到LCM內(nèi)部，以進行數(shù)據(jù)/指令寫入LCM；當R/W=1時，總線將由LCM內(nèi)部讀數(shù)據(jù)。E為LCM的使能端，此為負邊沿觸發(fā)方式引腳。V0接上10K電阻，作為屏幕亮度的調(diào)節(jié)，該引腳電壓越低，屏幕越亮。由于單片機拉電流最大只有20mA，所以在D0~D7輸入電路上，連接10K的上拉電阻。單片機引腳灌電流大于拉電流，單片機引腳做灌電流使用。當單片機引腳為高電平時，對應(yīng)的1602引腳也是高電平，電流為單片機電流和上拉電阻電流的和。當單片機引腳為低電平時，上拉電阻相當于接地，電流經(jīng)上拉電阻留到單片機里，所以對應(yīng)引腳為低電平。圖313 顯示電路圖314 單片機部分電路及顯示電路 DAC0808控制電路設(shè)計DAC0808控制電路原理圖圖315 控制電路DAC0808控制電路的工作原理通過汽車的速度以及與障礙物之間的距離所得的安全系數(shù)比較，由單片機輸出高低電平經(jīng)過DAC0808的A1~A8輸入，4腳輸出的模擬信號再由運算放大器放大，當剎車系數(shù)越大制動的強度就越大，從而達到剎車的目的，即避免了汽車追尾事故的發(fā)生。所相應(yīng)的數(shù)據(jù)如下表所示：A8A7A6A5A4A3A2A1剎車力度/F安全系數(shù)/W0000000