【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信號(hào)處理等優(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(cè)視野的二維圖像，但無(wú)法確定與被測(cè)物體之間的距離。只使用一個(gè)CCD攝像機(jī)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(biāo)三維信息，模擬人的雙目視覺(jué)原理，利用間隔固定的兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一景物成象，通過(guò)對(duì)這兩幅圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析處理，即可確定視野中每個(gè)物體的三維坐標(biāo),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(jué)原理，測(cè)量精度高。但目前價(jià)格較高，同時(shí)由于受軟件和硬件的制約，成象速度較慢，而且探頭容易磨損，使得探測(cè)距離精確程度降低，一般減少至原來(lái)的1/2一1/3。方案三：超聲波測(cè)距超聲波簡(jiǎn)單的說(shuō)就是音頻超過(guò)了人類耳朵所能夠聽(tīng)到的范圍。在彈性媒質(zhì)中，如果波源所激起的縱波的頻率在2OHz到20000Hz之間，就能引起人的聽(tīng)覺(jué)。在這一頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)稱為聲振動(dòng)，聲振動(dòng)所激起的縱波稱為聲波。頻率高于20000Hz的機(jī)械波稱為超聲波，頻率低于20Hz的機(jī)械波稱為次聲波。與光波不同，超聲波是一種彈性機(jī)械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播。電磁波的傳播速度為380m/s，超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s(常溫下)，其速度與電磁波相差5個(gè)等級(jí)，其速度相對(duì)電磁波是非常慢的，由于超聲波指向性強(qiáng),能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，并且利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因而超聲波經(jīng)常用于多距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)，在移動(dòng)機(jī)器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。由上，述敘述可知，超聲波測(cè)量能夠達(dá)到系統(tǒng)中所要求的測(cè)量精度，一般應(yīng)用在汽車倒車系統(tǒng)上。方案四:毫米波雷達(dá)測(cè)距毫米波是指波長(zhǎng)介于1一1Omm之間的電磁波,雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的。汽車上應(yīng)用的雷達(dá)采用的是3OGHZ以上的毫米波雷達(dá)，毫米波雷達(dá)測(cè)距在原理上和以上幾種測(cè)距方式類似。毫米波頻率高、波長(zhǎng)短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動(dòng)作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對(duì)速度的測(cè)量精度高毫米波雷達(dá)的主要特征有:(l)穩(wěn)定的探測(cè)性能。不受被測(cè)物體表面形狀、顏色等的影響:對(duì)大氣紊流、氣渦等具有適應(yīng)性。(2)良好的環(huán)境適應(yīng)性。毫米波雷達(dá)的穿透能力很強(qiáng)，其測(cè)距精度受雨、雪、霧及陽(yáng)光等天氣因素和雜音、污染等環(huán)境的影響較小，可以保證車輛在任何天氣下的正常運(yùn)行。作為車載雷達(dá)，目前適用的主要有脈沖多普勒雷達(dá)、雙頻CW雷達(dá)和FM雷達(dá)三種。應(yīng)用雷達(dá)測(cè)距，需要防止電磁波干擾，雷達(dá)彼此之間的電磁波和其他通信設(shè)施的電磁波對(duì)其測(cè)距性能都有影響。毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用于防撞，以避免高速公路上發(fā)生追尾碰撞。但是，由于應(yīng)用毫米波雷達(dá)測(cè)距易受電磁干擾，而且成本太高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其價(jià)格昂貴，市場(chǎng)價(jià)格在1500元以上，一般使用于高檔轎車。方案五:紅外線測(cè)距紅外線測(cè)距和激光、超聲波測(cè)距在原理上基本相同，均是根據(jù)發(fā)射波和反射時(shí)間來(lái)判斷目標(biāo)的距離，車載儀器通過(guò)發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱及波長(zhǎng)的不同，同時(shí)分析時(shí)間差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。紅外線的最大探測(cè)距離為10m，測(cè)距時(shí)響應(yīng)的時(shí)間較慢，約1000ms。紅外線測(cè)距在技術(shù)上難度不大，構(gòu)成的測(cè)距系統(tǒng)成本較低，但是在惡劣的天氣和長(zhǎng)距離探測(cè)方面仍然不能滿足汽車防撞的要求。同時(shí)，紅外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光線長(zhǎng)，是肉眼看不見(jiàn)的光，有顯著的熱效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透云霧的能力。由于任何物體在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)出紅外線，而且人類肉眼感知不到紅外線，具有極強(qiáng)的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測(cè)距儀的工作，故該種測(cè)距儀廣泛應(yīng)用在軍，用汽車上。從以上五種測(cè)距技術(shù)方案的介紹可以看出各個(gè)傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：超聲波技術(shù)主要用于短距離探測(cè)，成本低，制作安裝簡(jiǎn)便，適應(yīng)惡劣環(huán)境；紅外線技術(shù)一般用于夜間環(huán)境，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性差：微波雷達(dá)測(cè)距和激光測(cè)距相對(duì)于超聲波測(cè)距來(lái)講精度更高，定位更準(zhǔn)確。攝像系統(tǒng)技術(shù)價(jià)格較貴；毫米波雷達(dá)技術(shù)和激光技術(shù)的成本很高，所以運(yùn)用其原理進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備價(jià)格也是相當(dāng)高的，因而現(xiàn)在只是在比較高級(jí)的轎車中才有所應(yīng)用。綜合以上考慮和實(shí)際應(yīng)用條件，本系統(tǒng)的測(cè)距模塊采用的是第三種方案，并在超聲波測(cè)距技術(shù)方案的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化和改進(jìn)。 總體方案本設(shè)計(jì)采用 CAN 總線通訊協(xié)議建立電動(dòng)汽車燈光控制系統(tǒng)局域網(wǎng)和雷達(dá)控制系統(tǒng)局域網(wǎng)，完成該局域網(wǎng)內(nèi)前、后車燈控制系統(tǒng)與主控制器節(jié)點(diǎn)的信息通訊。通過(guò) CAN 總線實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車燈光控制功能，如圖 1 所示。 其中，左右前燈包括：遠(yuǎn)光燈（45W）、近光燈（40W）、前轉(zhuǎn)向燈 （12W）、 示 寬 燈 （5W）、 邊 轉(zhuǎn) 向 燈 （5W） 和 霧 燈（55W）；左右后燈包括：后轉(zhuǎn)向燈（23W）、制動(dòng)燈（21W）、尾燈（5W）和倒車燈（23W）。要實(shí)現(xiàn)的燈光控制功能包括：遠(yuǎn)光燈控制、近光燈控制、霧燈控制、倒車燈控制、制動(dòng)控制、尾燈控制、示寬燈控制。通過(guò)主控器節(jié)點(diǎn)上的開(kāi)關(guān)控制所有的車燈， 一共有8 個(gè)控制開(kāi)關(guān)：近光燈開(kāi)關(guān)；遠(yuǎn)光燈開(kāi)關(guān)；左轉(zhuǎn)向燈開(kāi)關(guān)；右轉(zhuǎn)向燈開(kāi)關(guān)；霧燈開(kāi)關(guān)；倒車燈開(kāi)關(guān)；小燈開(kāi)關(guān),制動(dòng)等開(kāi)關(guān)。汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)前面四組，后面兩組構(gòu)成雷達(dá)控制系統(tǒng)，檢測(cè)汽車和障礙物的距離，進(jìn)行報(bào)警。示寬燈 前轉(zhuǎn)向燈 前轉(zhuǎn)向燈 示寬燈智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)后燈節(jié)點(diǎn)MCUCAN總線收發(fā)器智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)CAN總線收發(fā)器四組雷達(dá)系統(tǒng)CAN總線收發(fā)器主控節(jié)點(diǎn)MCU車燈控制開(kāi)關(guān)前燈節(jié)點(diǎn)MCU智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)兩組雷達(dá)系統(tǒng)智能開(kāi)關(guān)智能開(kāi)關(guān)近光燈 遠(yuǎn)光燈 遠(yuǎn)光燈 近光燈邊轉(zhuǎn)向燈倒車燈邊轉(zhuǎn)向燈倒車燈制動(dòng)燈尾燈牌照燈制動(dòng)燈后轉(zhuǎn)向燈后轉(zhuǎn)向燈尾燈牌照燈 總體框圖第3章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)需要供電、晶振電路與時(shí)鐘電路的共同作用，才能工作，本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，外接晶振時(shí)，CC2值通常選擇30uF左右；CC2可穩(wěn)定頻率并對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是0到24MHz。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝于單片機(jī)芯片靠近。復(fù)位電路采用手動(dòng)上電復(fù)位電路，這種電路利用電容器充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加電時(shí)，電容C3充電，電路有電流流過(guò)，構(gòu)成回路，在電阻上R2上有壓降，RESET引腳為高電平；當(dāng)電容C3充滿電后，電路相當(dāng)于斷開(kāi)，RESET電位與地相同，復(fù)位結(jié)束。 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 燈光控制節(jié)點(diǎn)MCU考慮到系統(tǒng)的成本，本設(shè)計(jì)選用 P87C591 單片機(jī)作為燈光控制節(jié)點(diǎn)的 MCU。 P87C591 是一個(gè)單片8 位高性能微控制器，組合了 P87C554（微控制器和 SJA1000 獨(dú)立的 CAN 控制器） 的功能， 并在SJA1000 的基礎(chǔ)上增加了以下 CAN 的特性：（1）增強(qiáng)的 CAN 接收中斷；（2） 擴(kuò)展的驗(yàn)收濾波器；（3）驗(yàn)和 TXD 相 連 ,而 是 通 過(guò) 高 速 光 電 耦 合 器6N137 后與 PCA82C250 相連,這樣就很好地實(shí)現(xiàn)了總線上各 CAN 節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。 不過(guò)，應(yīng)該特別說(shuō)明的一點(diǎn)是， 光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源Vcc 和 Vdd 必須完全隔離， 否則采用光耦也就失去了意義。PCA82C250 與 CAN 總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。PCA82C250 的 CANH 和CANL 引腳各自通過(guò)一個(gè) 10KΩ 的電阻與 CAN 總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護(hù) PCA82C250免受過(guò)流的沖擊。 CANH 和 CANL 與接地之間并聯(lián)了兩個(gè) 100uF 的小電容， 可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。 另外，在兩根CAN 總線輸入端與地之間分別接了一個(gè)防雷擊管，當(dāng)兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬變干擾時(shí)，通過(guò)防雷擊管的放電可起到一定的保護(hù)作用。 燈光控制節(jié)點(diǎn)MCU 燈光驅(qū)動(dòng)電路燈光驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)智能功率開(kāi)關(guān)對(duì)車燈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。 各個(gè)車燈節(jié)點(diǎn)對(duì)車燈的驅(qū)動(dòng)大致相同，以一個(gè)單通道智能功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖 所示。 BTS443 是 Infinion 公司的智能高邊功率開(kāi)關(guān)，它適用于汽車電子苛刻的工作環(huán)境，其工作的溫度范圍可從－40℃至＋150℃。 采用 12V 或 24V負(fù)載控制，適用于各種阻性負(fù)載、感性負(fù)載或容性負(fù)載，尤其適用于具有高浪涌電流的負(fù)載，如車燈等；可以作為繼電器、 保險(xiǎn)絲及分立電路等控制方法的替代方法。此外，BTS443 還具有多項(xiàng)保護(hù)功能：短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫關(guān)斷和掉電保護(hù)、靜電放電保護(hù)和電源反接保護(hù)等。 圖 燈光驅(qū)動(dòng)電路 超聲發(fā)射電路發(fā)射電路提供電脈沖信號(hào)需要由超聲波發(fā)射。超聲波是由軟件生成方法生成。超聲波信號(hào)由軟件生成的，傳送到驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)輸出引腳驅(qū)動(dòng)由司機(jī)推探測(cè)器，產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是，該軟件可以充分利用和柔韌性好。超聲波是由555時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)采用12V電源以確保555時(shí)基電路有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。 圖 超聲波發(fā)射電路 超聲波接收模塊設(shè)計(jì)根據(jù)電路需求,需要接收放大電路滿足以下要求:(l)微弱信號(hào)放大,放大倍數(shù)要求mv一V。(2)波形整形。(3)實(shí)時(shí)選通不同方向的微弱信號(hào)。如圖所示，不同方向的超聲波接收器將接收到回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)(正弦波)，信號(hào)經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大以后，被送入電壓比較器進(jìn)行比較，電壓比較器輸出的方波信號(hào)直接輸入單片機(jī)，該低電平作為P87C591外部中斷0的中斷信號(hào)使P87C591產(chǎn)生中斷，并計(jì)算出有關(guān)數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，接收電路完成了超聲波回波信號(hào)的換向識(shí)別、轉(zhuǎn)換。 接收電路信號(hào)變化信號(hào)的放大和整形以及產(chǎn)生中斷信號(hào)等功能，進(jìn)行波形處理:，微弱信號(hào)一放大信號(hào)一整形信號(hào)。(1)放大電路設(shè)計(jì)放大電路目的:微弱信號(hào)放大。微弱信號(hào)需要放大整形，因此接收部分電路主要由放大電路、壓比較電路構(gòu)成。根據(jù)所用的T40一16型超聲波傳感器的資料以及在實(shí)驗(yàn)中所觀察到的現(xiàn)象，超聲波發(fā)射器在發(fā)射超聲波時(shí)，有一部分聲波從發(fā)射器直接傳到接收器，這部分信號(hào)直接加到回波信號(hào)中，干擾回波信號(hào)的檢測(cè)此問(wèn)題在軟件中處理。超聲波接收電路將接收換能器輸出的微弱信號(hào)，進(jìn)行濾波、放大、檢波、整形，來(lái)得到大幅值電信號(hào)，供單片機(jī)端口辨識(shí)、接收電路可采用新產(chǎn)品專用集成電路，也可用傳統(tǒng)的濾波、放大、檢波、整形的電路。過(guò)去均采用分立元件構(gòu)成,現(xiàn)在可以用集成電路來(lái)代替。采用超聲波微弱信號(hào)放大芯片,。 聲波接收電路、A2構(gòu)成，R，C，為無(wú)源濾波網(wǎng)絡(luò),二極管、R9為檢波網(wǎng)絡(luò)。在回波信號(hào)的放大過(guò)程中，由于干擾信號(hào)的存在，為避免將干擾信號(hào)放大而產(chǎn)生回波誤識(shí)別，必須將干擾信號(hào)濾除，即回波信號(hào)放大過(guò)程中必須設(shè)計(jì)帶通濾波器，對(duì)有效頻帶內(nèi)的超聲波信號(hào)進(jìn)行選擇放大。濾波器的功能是讓一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而將此頻率范圍之外的信號(hào)加以抑制或使其急劇衰減。當(dāng)干擾信號(hào)與有用信號(hào)不在同一頻率范圍之內(nèi)，可使用濾波器有效的抑制干擾。由于超聲波回波信號(hào)具有頻率低、幅度小、易受干擾等特點(diǎn),因此,本系統(tǒng)采用RC無(wú)源濾波方式，用于微弱回波信號(hào)的放大。由于集成運(yùn)放技術(shù)已十分成熟，應(yīng)用己經(jīng)十分普及檢波網(wǎng)絡(luò)的功能是通過(guò)二階帶通濾波網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)到系統(tǒng)所需要的40(HZ)頻率信號(hào)。(2)比較電路設(shè)計(jì)比較電路目的:將mv級(jí)的微弱信號(hào)放大后的V級(jí)信號(hào)整形成能為辨識(shí)的脈沖信號(hào)，本文是下降沿引起中斷。根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)思想，要將回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU識(shí)別的高低中斷信號(hào)，所以在對(duì)回波信號(hào)(正弦波)經(jīng)過(guò)兩次放大以后，需要將正弦波整形成方波，于是后面接了一個(gè)電壓比較電路。因?yàn)檩斎腩l率為40HZ，采用了集成電壓比較LM393。LM393具有低偏置電流和失調(diào)電流(典型值分別為100nA和6nA)，其響應(yīng)速度為200ms可用單電源供電(如十5V)，也可用雙電源供電(如士12V)。在本系統(tǒng)中采用了+5V單電源供電。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，LM393輸出信號(hào)符合設(shè)計(jì)要求，單片機(jī)端口識(shí)別引腳1處標(biāo)準(zhǔn)下降沿。電路圖如圖： 比較電路 顯示電路顯示電路是選擇LCD1602液晶顯示屏，因?yàn)橛捎谝壕э@示器顯示質(zhì)量高，每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。而且液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。液晶顯示器通過(guò)LCD顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它LCD顯示器要少得多。 LCD1602液晶顯示屏 報(bào)警電路本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報(bào)警，當(dāng)距離車后障礙物小于2米時(shí)， 蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為1HZ的BIBi聲。，, 蜂鳴器主要由多諧振蕩器、 壓電蜂鳴片、 阻抗匹配器