基于DSP的汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的實現(xiàn)

1、學(xué) 號： DSP原理及應(yīng)應(yīng)用課程論文文課程論文題目： 基于DSSP的汽車防防撞雷達(dá)系統(tǒng)統(tǒng)的設(shè)計開課學(xué)院： 課程老師： 學(xué)生姓名： 學(xué)生專業(yè)班級： 2011-20012學(xué)年 第一學(xué)期基于DSP的汽汽車防撞雷達(dá)達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計計摘要提出了一種用高高性能DSPP 芯片TMS3320VC55416 擔(dān)任數(shù)字信信號處理任務(wù)務(wù), CPLLD 完成控控制和接口邏邏輯, 單片機(jī)AT889C51 提供人機(jī)通通道和其余協(xié)協(xié)調(diào)工作的汽汽車防撞警示示雷達(dá)信號處處理部分的原原理方案, 并簡要介紹紹了FFT算算法和VC55416的基基本機(jī)構(gòu)。采采用混合編程程來完成系統(tǒng)統(tǒng)的軟件部分分，充分發(fā)揮揮DSP快速的的運算功能又又利用了

2、c語言的靈活活控制流程優(yōu)優(yōu)勢。關(guān)鍵字：汽車 防撞系系統(tǒng) 毫米波雷達(dá)達(dá) VCC5416AbstracctIn thiss papeer a mmethodd of hhigh pperforrmancee DSP chip TMS3220VC54416 ass a diigitall signnal prrocesssing ttasks, CPLDD compplete contrrol annd intterfacce loggic, ssinglee chipp micrrocompputer AT89CC51 maan-macchine channnel annd thee restt

3、to pprovidde thee coorrdinattion wwork tthe auutomottive aanti-ccollission wwarninng raddar siignal proceessingg partt of tthe prrincipple prrojectt, andd brieefly iintrodduces the FFFT allgoritthm annd VC55416 bbasic struccture. The hybriid proogrammming tto commpletee systtem sooftwarre parrts, gg

4、ive ffull pplay tto thee operrationn funcction and DDSP faast byy the c lannguagee flexxible contrrol prrocesss advaantagee.key worrd：Thee autoomotivve antii-colllisionn systtem milllimeteer wavve raddar VC544161 引言汽車是現(xiàn)代社會會最重要的交通設(shè)設(shè)備之一，隨隨著汽車數(shù)的的急劇增加，交交通事故給社社會帶來巨大大的社會損失失和經(jīng)濟(jì)損失失。在高速公公路上,車輛行駛速速度快, 交通追尾尾所造

5、成的交交通事故居多多, 若在能見見度低的雨、雪雪、霧等天氣氣條件, 或駕駛疲疲勞的情況下, 將將影響駕駛員員對前方目標(biāo)標(biāo)的識別, 駕駛員難及及時發(fā)現(xiàn)前方方障礙物并及及時采取措施施, 極易引發(fā)發(fā)交通事故。在在駕駛員、交交通環(huán)境和汽汽車性能三者者當(dāng)中,駕駛員的綜綜合素質(zhì)是最最不確定也是是最不可控的的因素。從公公路交通事故故的分析表明明, 80%以上交通事事故是由于反反應(yīng)不及時引引起, 若駕駛員員能夠提前11S 進(jìn)行預(yù)預(yù)防, 則可避免免90%的事故故發(fā)生。11采用汽車車?yán)走_(dá)檢測前前方障礙物的的相對距離和和速度，提前前預(yù)警，可有有效降低交通通事故的發(fā)生生。2 TMS3220VC54416簡介TMS32

6、0VVC54166 DSP STARTTER KIIT（DSK）是TI 公司向向DSP 應(yīng)用用者提供的DDSP 系統(tǒng)統(tǒng)開發(fā)平臺和和應(yīng)用評估工工具。TMS3200VC54116 DSKK 主要包括括一塊VC55416 目目標(biāo)板和一個個運行于PCC 機(jī)的集成成開發(fā)環(huán)境Code Compooser SStudioo v2.1 IDEE。VC54116 目標(biāo)板板通過USBB 口與主機(jī)機(jī)相連。用戶戶應(yīng)用Codde Commposerr Studdio（CCS） 完成程序的的編寫，再經(jīng)經(jīng)過編譯和連連接等過程生生成可執(zhí)行代代碼，可執(zhí)行行代碼被下載載到目標(biāo)板上上的存儲器中中運行。CCCS 還提供供了豐富的調(diào)調(diào)

7、試功能，在程序運行行過程中，用用戶可以實時時的控制代碼碼的運行狀態(tài)態(tài)、觀察DSSP 寄存器器和存儲器中中的內(nèi)容變化化、監(jiān)視程序序?qū)δ繕?biāo)板上上不同資源的的使用情況以以及與主機(jī)II/O。圖1 DSP芯芯片的總體結(jié)結(jié)構(gòu)圖從上圖可以看出出，DSP芯芯片具有計算算，存儲，和和通信的功能能。這恰好與與數(shù)字思想是是吻合的。只只要對數(shù)字比比特進(jìn)行運算算和存儲及傳傳輸就能完成成任何復(fù)雜的的功能，這就就是數(shù)字化的的思想。在此此CPU充當(dāng)當(dāng)計算功能，而而片內(nèi)存儲起起數(shù)據(jù)緩存作作用，另外片片內(nèi)外圍電路路則是傳輸通通道。3防撞雷達(dá)方案案比較目前汽車防撞技技術(shù)按目標(biāo)探探測方式和工工作原理的不不同,主要有超聲聲波、紅外線線

8、、激光、以以及毫米波。其其中前三種雷雷達(dá)都是通過過對回波的檢檢測, 與發(fā)射信信號相比較, 得到脈沖沖或相位的差差值, 從而計算算出發(fā)射波與與回波的時間間差, 再分別根根據(jù)超聲波、紅紅外線、激光光在空氣中的的傳播速度, 計算出與與目標(biāo)物的相相對距離。這這三種技術(shù)的的汽車?yán)走_(dá)結(jié)結(jié)構(gòu)簡單, 成本低, 但使用過過程存在不同同程度的局限限性。紅外線線測距在技術(shù)術(shù)上難度不大大, 但受天氣氣的影響較大大,4 且紅外線穿穿透力不強, 在長距離離探測方面不不能滿足汽車車防護(hù)的要求求。超聲波同同樣受大氣紊紊流和氣渦的的影響, 且探測距距離短, 主要用于于倒車?yán)走_(dá)等等近距離測距距。激光具有有高單色性、方方向性和相干

9、干性強等特點點, 且光束很很少擴(kuò)散,波速能量集集中, 適用于遠(yuǎn)遠(yuǎn)距離測量, 在汽車防防撞領(lǐng)域, 受汽車的震震動以及反射射鏡面磨損、污污染、灰塵等等因素影響較較大, 測距精度度難以保證。與與超聲波、紅紅外線、激光光相比, 毫米波雷雷達(dá)分辨率高高, 不受大氣氣絮流的影響響, 而且穿透透能力很強, 受雨、雪雪、霧等天氣氣的影響較小小。同時毫米米波多譜勒頻頻移大, 不僅可以以測量目標(biāo)的的距離, 還可以測測量目標(biāo)的相相對速度, 因較好的穩(wěn)穩(wěn)定性和適應(yīng)應(yīng)性特點, 毫米波雷達(dá)達(dá)成為最有發(fā)發(fā)展?jié)摿Φ钠嚪雷怖走_(dá)達(dá)。4基于DSP 的毫米波雷雷達(dá)系統(tǒng)4.1毫米波雷雷達(dá)原理毫米波波長為1110mm。毫毫米波雷達(dá)向

10、向外發(fā)射的頻頻率隨時間線線性變化，若若有目標(biāo)時反反射回波，將將發(fā)射波和回回波信號混頻頻，從混頻器器輸出，再從從頻譜信號中中提取含目標(biāo)標(biāo)相對距離和和速度信息。對對FMCW（調(diào)調(diào)頻連續(xù)波）汽汽車?yán)走_(dá)，發(fā)發(fā)射波頻率按按周期性三角角波變化22，設(shè)發(fā)射射波和回波時時間差td，則：2RCtdd (1)式中：R 為目目標(biāo)距離；CC 為光速。根根據(jù)多譜勒效效應(yīng)原理，當(dāng)當(dāng)發(fā)射物體和和反射物體相相對運動時，將將產(chǎn)生頻移ffd，且以下下公式成立3：V(C fd)/2f0 (2)圖1 發(fā)射波與與回波波形如圖1，設(shè)發(fā)射射信號上升和和下降階段分分別為f(t+)、ff(t-)，K 為斜率，則則： f(t+)fmin+kt

11、(33)f(t-)ffmax-kkt (4)對應(yīng)回波信號為為fb(t+)、fb(t-)：fb(t+)fmin+k(t-)+fd (5)fb(t-)fmin-k(t-)+fd (6)混頻后輸出的差差拍信號為：fe (t + ) = f (t + ) fb(tt + ) = k t fd (7)fe (t ) = f (t ) fb(tt ) = k t + fd (8)計算出目標(biāo)的相相對距離R 和相對速度度V 為：R = CTTfe (t ) + fe (t+ ) 4FF v=Cfe(t)fe(t+) 4f0 (110)F 為發(fā)射波波帶寬，f00 為發(fā)射波波中心頻率。14.2 系統(tǒng)硬硬件設(shè)計圖2

12、 系統(tǒng)硬件件原理框圖主處理器采用TTI 公司16 位定點點數(shù)字處理器器TMS3220VC54416。DSP 完成成數(shù)據(jù)采集和和處理，利用用DSP 處理理數(shù)字信號快快的特點，對對采集信號進(jìn)進(jìn)行數(shù)字濾波波和FFT 變換。從處理器采用單單片機(jī)AT889C51，完完成人機(jī)交互互、顯示和控控制報警。鍵鍵盤可設(shè)置系統(tǒng)運行行參數(shù)和不同同條件（如車車速、不同天天氣狀況）下下的報警門限限，并由LCCD 中文顯顯示。當(dāng)主處處理器運算后后得到目標(biāo)信信號（距離、車車速）超過設(shè)設(shè)定門限時，經(jīng)經(jīng)AT89CC51 控制制聲光報警。CPLD 完成成A/D 轉(zhuǎn)換芯片片的啟動、地地址譯碼、各各種控制邏輯輯信號的產(chǎn)生生及VC544

13、16 與單單片機(jī)間的數(shù)數(shù)據(jù)交換。A/D 轉(zhuǎn)換芯芯片采用THHS12066 的12 位多通通道高速并行行A/D 轉(zhuǎn)換器。作作單輸入通道道時，采樣頻頻率達(dá)6M，芯片內(nèi)內(nèi)部集成166 字節(jié)的FIFFO，采樣轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換數(shù)值自動動寫入FIFFO。由控制制器設(shè)置觸發(fā)發(fā)水平，向DDSP 發(fā)出出中斷請求。為為快速讀取采采樣數(shù)據(jù)，減減少中斷次數(shù)數(shù)，設(shè)置觸發(fā)發(fā)水平為8，當(dāng)連續(xù)8 個采樣值寫寫入FIFOO 時，THS11206 向向DSP 發(fā)出出中斷請求，并并連續(xù)讀取88 個采樣值值到RAM。閃存存用來存放主主程序，系統(tǒng)統(tǒng)加電后將其其裝載到DSSP 內(nèi)部RAM 中運行。24.3 信號的的產(chǎn)生及處理理根據(jù)多譜勒效應(yīng)應(yīng)原理

14、, 發(fā)射信號號的頻率越高高, 頻移越大大,越容易測量量,選擇中心發(fā)發(fā)射頻率為335GHz，該該頻率是毫米米波波段中在在大氣衰減最最小的傳播頻頻段。為保證證FMCW連續(xù)續(xù)波的線性度度，采用VCCO 壓控震震蕩電路得壓壓頻曲線線性性度，經(jīng)天線線向外輻射。因因發(fā)射功率不不大，信號在在空氣中傳播播會衰減部分分能量，從混混頻器輸出的的差拍信號較較小，且含雜雜波信號，需需對差頻信號號先放大，低低通濾波后，再再中頻放大送送A/D 轉(zhuǎn)換換器。34.4 系統(tǒng)軟軟件實現(xiàn)應(yīng)用程序采用在在C語言和匯編編語言混合編編程的方法，即即在算法運算算量大的地方方，用手工編編寫的方法編編寫匯編語言言，而運算量量不大的地方方則采用

15、高級級語言。采用用這種方法，既既可縮短軟件件開發(fā)的周期期，提高程序序的可讀性和和可移植性，又又能滿足系統(tǒng)統(tǒng)實時運算的的要求，同時時還會充分發(fā)發(fā)揮DSP快速的的運算功能又又利用了c語言的靈活活控制流程優(yōu)優(yōu)勢。DSP需要完成成的主要任務(wù)務(wù)有：(1)啟動AD轉(zhuǎn)換并讀取取轉(zhuǎn)換后的數(shù)數(shù)據(jù)；(2)目標(biāo)提取，包包括數(shù)據(jù)預(yù)處處理(雜波濾除、時時域加窗)、功率譜估估計、譜峰搜搜索、危險目標(biāo)確定。4圖3 系統(tǒng)軟件件流程圖軟件的工作流程程如圖3所示。系統(tǒng)首首先初始化，對對有關(guān)的寄存存器和存儲單單元進(jìn)行設(shè)置置，使系統(tǒng)處處于正常工作作狀態(tài)，然后后進(jìn)行數(shù)據(jù)采采集、AD轉(zhuǎn)換，將采采樣數(shù)據(jù)目的的地址指針初初始化為20000H

16、，采采樣中斷服務(wù)務(wù)子程序每讀讀取一個采樣樣值，該地址址指針就自動動加1，指向下一一個采樣數(shù)據(jù)據(jù)存儲單元。5計數(shù)器被始化為400H，中斷服務(wù)子程序每執(zhí)行一次，計數(shù)器的值就減1，當(dāng)計數(shù)器的值減為0時，中斷服務(wù)例程執(zhí)行了1 024次，得到8 X 10個采樣值，存放在數(shù)據(jù)存儲空間2000H3FFFH 中。此后THS1206的采樣時鐘信號關(guān)閉，停止工作。接下來主程序開始對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行行LMS自適應(yīng)應(yīng)濾波和F盯計算，并并從中找到最最大譜線強度度所對應(yīng)的頻頻率，把它視視為中頻頻率率，由此計算算出目標(biāo)距離離和速度；判判斷距離值是是否在安全距距離，若小于于安全距離值值，則進(jìn)行報報警。6利用DSP片內(nèi)定定時器1的

17、定時功能能，可以使程程序每隔500 ms就進(jìn)進(jìn)行1次從數(shù)據(jù)采采樣到距離速速度顯示的循循環(huán)執(zhí)行，從從而實現(xiàn)距離離與速度的實實時獲取。4結(jié)論汽車防撞雷達(dá)是是提高汽車行行駛安全的方方法之一, 本文的主要要創(chuàng)新點在于于將調(diào)頻連續(xù)續(xù)波(FMCCW)應(yīng)用于于汽車防撞雷雷達(dá)中, 抗干擾性性強, 并采用高高性能數(shù)字信信號處理器DDSP, 系系統(tǒng)處理速度度快、穩(wěn)定性性好。該雷達(dá)達(dá)經(jīng)多次試驗驗, 探測距離離可達(dá)1000m以上, 且虛警率低。通通過人機(jī)交互互接口可設(shè)置置在不同運行行環(huán)境下的預(yù)預(yù)警門限, 提高駕駛員員的安全系數(shù)數(shù), 降低交通通事故率, 有較好的應(yīng)應(yīng)用前景。5 參考文獻(xiàn) 1 黃艷艷國，吳翠琴琴，許倫輝. DSP 在毫米波汽汽車防撞雷達(dá)達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)應(yīng)用A.自動測量與控制制, 20007,26 (7): 63-69.2 黃艷國國肖定華許倫倫輝. 基于DSP 的毫米波汽汽車防撞雷達(dá)達(dá)系統(tǒng)B.DSP 開發(fā)與與應(yīng)用, 22008: 69-2223.3 朱珂. 汽車防撞撞系統(tǒng)與毫米米波雷達(dá). 輕型汽車技技術(shù)