基于stm32的紅外測距系統設計學士學位論文-資料下載頁

　　

【正文】 也有一些缺陷，它很容易被外部噪聲干擾。并且單片機數據處理能力較弱，脈沖頻率受限制。因此，如果車輛在非常高的速度運行時，基于單片機測距系統可能過載并進行了錯誤的計算將其引導到一個錯誤的決定，這當車輛在高速運行時是很危險的。所以現在我們對基于嵌入式系統的測距系統的車輛進行探討和研究。該系統是建立在MPC5200嵌入式微處理器，采用光機電一體化技術。首先介紹了車輛的風險評估和決策的自動測距系統的工作原理。其次對它的實用系統組成進行了分析。最后，提供了一個可行的結構自動測距系統的設計。三、主要工作原理A、嵌入式系統的體系結構車輛的自動測距系統主要由微處理器、功率組件、前探測器（左和右）、背面探測器（左和右）、警報部件和GUI界面。該體系結構示于圖2。該控制模塊由嵌入式微處理器子系統、電源部件、報警部件和GUI模塊，它安裝在轉向室的儀器板的；兩個前探測器安裝在后視鏡中的操舵室的左，右兩側的背面；兩到四組探測器安裝在汽車外側及汽車的底部；主要控制模塊，前端檢測器和背面探測器與長線驅動器[4,5,6]相連。B、光機電一體化系統的工作原理前面和后面的檢測器可用于測量發射脈沖到達障礙物并返回到控制模塊的間隔。區別在于前面探測器發送時間間隔被嵌入式微處理器得到，而后面檢測器發送時間間隔由一個HIS/ HSO接口得到。該控制模塊將根據間隔和距離確定危險水平，如果結果是在安全極限時，警報或安全保護系統將自動啟動。由前、后、左、右探測器得到不同的報警方式和處理方法用于處理不同的情況。當該距離小于預定值時，系統發出報警信號；當距離小于所述高風險值，在系統啟動的安全防護裝置[7,8,9]。四、激光雷達測距系統A、系統結構的組成在現代科學領域，測距技術包括超聲波測距，激光雷達測距波，紅外線測距系統和衛星導航測距技術?？紤]到精度和穩定性，我們采用激光雷達測距技術，并使用激光雷達作為實際測距成分[10,11]。實際工作系統包括激光測距激光雷、CPU、正面和背面環境檢測激光雷達、液晶顯示器、發送端和接端、車速傳感器等，其工作原理如圖3所示。測距和速度檢測激光雷達安裝在車輛的前部。系統編碼和調制從半導體激光器發出的脈沖。激光雷達天線發射激光到障礙物或汽車，并接收由激光雷達的反射信號，則控制模塊將信號解調得到的距離和方位。通過控制模塊不斷分析距離和方位數據，可以判斷對象是否移動和移動物體的速度和距離還有風險水平，如果可能與對象發生碰撞，系統會發出警報信號，調整汽車的速度和行駛方向。該系統通過使用光切片法得到目標的距離。該系統包括一個CCD攝像機和激光裝置。相機設置為一個固定的姿態和距離的激光設備。相機設置為一個固定的姿態和距離與激光裝置之間。目標上的投影線由CCD照相機觀察到。通過三角測量使用檢測到的線得到的車輛的相對位置。該系統的分辨率取決于攝像機的分辨率的配置。B、硬件設計系統架構：在的實際的硬件系統構成，嵌入式微處理器型號是MPC5200。飛思卡爾的高度集成，高性價比的MPC5200非常適合于網絡，媒體，工業控制和汽車應用。它提供760 MIPS與浮點單元（FPU），硬件內存管理單元（MMU）用于快速切換任務，多個I/O口，以及工作在一個功耗比的情況下。 MPC5200服務運算網絡媒體網關、網絡訪問存儲、機頂盒、音頻自動點唱汽車、互聯網接入、工業自動化、圖像檢測/分析和電子/醫療器械市場。實時操作系統（RTOS）[12,13]和開發板與板級支持包（BSP）的可靠選擇為用戶提供了一個完整而靈活的解決方案。圖4是實用的硬件結構。當激光雷達光學天線的反射信號被接收，編碼、調制和解調之后，它被轉換為電壓信號，可以容易地被處理，并且該電壓信號由A/D轉換器轉換，并通過I/O口發送到MPC5200。以同樣的方式，從正面，背面，側面環境條件探測器從不同方向獲得的信息，并且將它們通過I/O電路發送到MPC5200處理。MPC5200與PCI顯示模塊或LCD連接，該信息可以通過液晶顯示由交互式操作來實現。當系統檢測到磁盤、主控制模塊在測試風險水平時，然后發送報警信號，調整運行速度并緊急制動、彈出氣囊或做一些其他的相關安全措施。一個典型的激光雷達的框圖描述在圖5中。所有組件必須是低成本項目，事實上，許多設計決策驅動。壓控振蕩器（VCO）通常用于調制的輸出通過耿氏二極管發射器，一般消耗110毫瓦的電力。信號然后通過循環到天線。接收到的信號通過循環和混合到基帶（通常在擴增前）、放大、濾波、數字化后發送到信號處理器和威脅評估處理器。該信號被直接混合到基帶而不是更吸引人中頻（IF）在為了最大限度地減少硬件和成本。目前大部分激光雷達工作正在集中內7677 GHz頻段，有以下一些原因：（1）這個頻段很少被使用，相對于更多使用的60 GHz和94 GHz頻帶，（2）歐洲已經選擇了這個頻段是其整車激光雷達波段，（3）射頻組件技術迅速成熟，（4）窄波束寬度是由一個合理的孔徑尺寸實現的。此外，聯邦通信委員會最近批準了7677 GHz頻段（以及其他頻段）在美國經營的汽車激光雷達系統。信號處理：對于一個假想的激光雷達的信號處理流程示于圖6。信號處理器的主要功能是檢測并跟蹤傳感器探測的對象。數字化數據是從每個接收到的脈沖經由一維快速傅里葉變換，所致該天線波束寬度內的信息進行處理。小數量的連續型能量被集成，以提高信噪比。個別范圍段進行比較的閾值，并與任何超過閾值能量的對象處理進一步確定范圍和相對速度。這些輸出，連同有關方位角位置（天線角度）都用于初始化或更新對象軌跡文件。跟蹤文件的輸出傳遞到威脅評估處理器，它決定了AICC（自主智能巡航控制）或函數FCW（前部碰撞警告）在適當時候的反應。使用兩個激光雷達的優點：假設前方5米有一個車輛。激光可能會打到車輛的后方反射器。在這種情況下，激光雷達不能檢測車輛因為激光束不能擊中一個反射器，重要信息可能會丟失。為了避免這種情況，使用兩個激光雷達。一個雷達的例子和兩個雷達配置如圖7所示。暗區代表目標車輛，其激光雷達來檢測尾燈的中心位置。白色區域表示盲區[14,15,16]。通過使用兩個激光雷達，盲點區域是顯著減少，并且可檢測的目標區域變得更寬。注意，在激光雷達探測最重要的區域時，試驗車正前方就是一個被遮蔽的盲點。利用兩個激光雷達在交通監控系統中，三個有問題必須克服：（P1）因為光束產生許多重疊區域，確定的目標車輛位置是非常困難的。無論怎樣，我們必須揣度這束光束檢測相同的車輛。這個問題適合于某種集群技術。如果多個波束探測同一輛車，它們的輸出會表現出相同的動態行為。因此，該技術必須使用這些動態，有效地辨別汽車。如何從所有六個波束的信息融合到業務活動的連貫的畫面？（P2）該雷達系統具有較高的縱向分辨率，但較低的角分辨率，因為這里只有六個橫梁。因此，橫向尺寸應比長縱向尺寸。如何解決這個問題？（P3）常規的方法是不穩定的，因為它們不能檢測虛假估計。為了構建一個更強大的系統，應該如何檢測錯誤的估計[17]？C、軟件設計（1）軟件的流程圖：當通過光學天線發送的激光束遇到的障礙，它被反射和散射。并該光學天線接收反射信號。它是由A/D轉換器轉換為數字信號。不斷有距離和方位計算后的信息由CPU進行辨析來測試汽車的速度在安全范圍。如果計算出的值小于上限，則系統采用了相應措施。圖8是系統功能模塊的流程圖。（2）預警和風險水平的確定：目標速度信息可直接從相位測量或間接通過速度范圍的測定。激光雷達通過多普勒濾波器的反饋信息對對象進行直接相位測量。多普勒濾波器寬度決定了速度分辨率。為達到7677千兆赫頻帶、徑向（視線的）、510赫茲多普勒頻移。因此，相對短的積分時間導致精細速度分辨率[18,19]。對于FMCW（調頻連續波）利用一個上升斜坡和下降斜坡的波形，事實上，多普勒頻移，可以明確地通過取一半的兩個斜坡的頻移差而確定的。短脈沖波形的脈沖重復率名義上無疑是足夠高的多普勒頻譜，單斜率FMCW波形通常是多普勒的自脈沖重復率，實際上，一個靜止的物體多普勒可以大于15KHZ。通常情況下，為了保持傳感器數據速率是可控的，PRF是保持在低于奈奎斯特采樣速率，因此這種不確定的結果要通過多普勒測速進行過濾（2kHz的PRF會導致4米/秒速度誤差）。解決歧義的一種方法是掃描速率范圍信息、距離變化信息。由于方位變化分辨率和掃描更新速率受限制，提供的不詳細速度信息（幾米每秒）足夠解決速度歧義[20]。通過結合距離變化率信息和精細多普勒分辨率，可以明確地測量物體的速度。當然其他的技術對物體速度的明確的量也是可能的。如果對象速度不通過分辨率確定的，如前面提到的，那么精度的測量可以實現。對象速度可以通過測量返回信號上的脈沖到脈沖的相對相移來確定。這是一種高精度的測量（不是分辨率），因此僅適用于具有高的SBR的范圍角度小區內的單個對象。再次，通過組合范圍速率的信息和對相位速度測量，人們可以清楚地測量物體的速度。為了避免危險發生，重要的的是得到相對速度和障礙物與車輛最近的距離，預警和風險確定的條件是：R，S*，T，Tlim。在該表達式中，R是兩個對象之間的實際距離。 S *是臨界安全距離。T是駕駛員的反應時間。TLIM是的最小時間，這意味著至少一次的警報系統沒有啟動的極限。在S*，Tlim由以下表達式確定：，在該表達式中，Us是在車的速度； 是兩個對象的相對速度；是前方車輛的減速度。 是自身的標準減速。測距和速度測量公式如下：，該式中，c是激光速度，是最大調制頻率，是調制波的重復頻率，是信號發送和接收時，正調制信號的差分頻率，是信號發送和接收時，負調制信號的差分頻率，是發射中心頻率。從上述情況，可以得出結論，該軟件的功能是檢測到、和我們給出的、R、S*，并與之比較。然后確定計算風險水平，也就是確定是否為安全距離，是否發送預警和風險警報信號，使得自身的速度和兩車之間的距離一直保持在安全條件下。結論與展望車輛風險評估自動測距系統，可用于各種車輛，優先用于救護車，公交車，消防車，教練，急救車，公務車和出租車。隨著汽車工業的不斷發展，將發揮越來越重要的作用。車輛風險評估自動測距系統是高科技的產物，它將伴隨著微電子學，光學，激光，紅外技術，并在將來有新的發展。它的發展方向如下表所示：（1）為了滿足高速，進一步擴大增加檢測范圍。（2）有了反饋系統和自動駕駛儀，保持自動合適的距離和前做出決定，無人干預。（3）為了降低成本和價格。擴建（4）智能化的方向發展。致謝該研究工作得到上?？茖W技術委員會（036505008）的科學技術發展基金會的支持。并且它也得到了中國公關上海大學劉積仁有限公司的支持。畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明原創性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定，即：按照學校要求提交畢業設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設計（論文）正文字數不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它 56