1、摘要倒车雷达是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置。该系统能够在汽车低速倒车的过程中，识别出车体后部的障碍物，并能够测量汽车与障碍物之间的距离。在车辆与障碍物发生碰撞之前，发出语音警报，提醒司机刹车。针对汽车行业中倒车雷达现状，本文提出了一种以ARM9处理器ARM920T和Linux 操作系统为软硬件平台的数据采集方案、超声波发射接收装置、语音报警模块等多模块设计，完成了对倒车系统复杂情况的判断、测距、语音报警等功能。从测试的准确行，可观性、稳定性上对可视倒车雷达系统的组成取得了新的突破。本系统采用超声波换能器产生超声波，当超声波碰到障碍物后因阻挡而被反射，系统通过CSB40R 接收，然后通过超声
2、波的发射和接收之间的时间差而测出距离；通过语音报警系统通知司机具体的距离及危险程度。该系统的有效运用可使我们更好的避免交通事故，有效的利用高端科技为日常生活服务。关键词：嵌入式系统; 超声波;ARM9;Linux 操作系统;语音报警IAbstractWith the development of the technology of the electronic,auto,embed and information in recent years,the embed system has been widely applied in each field.Thanks to the progre
3、ss of the computer,communication and automation,especially the improvement of the embed technology,selecting a embed operating system will be a very effective thing that will improve the capability and the empolder rate,which will supply a support platform for the modernization and informatization o
4、f the industry.In connection with the current situation of reversing radar,the paper puts forward a design of modules which is based on ARM9 processor named ARM920T and the Linux control system,which has all the functions including:ultrasonic send/incept module,alarm module of sound etc.The system c
5、all complete the functions of judgement,measure distance,audio alert and so on.The reversing radar breaks through in terms of veracity,observability,stability.In order to produce the ultrasound the system adopts the device of ultrasonic transducer which has the feature of echoing when the ultrasonic
6、 touching the barrier.The reflected wave will be taken over by CSB40R,then ARM can test the time from sending to receiving,from which the controller call measure the distance from barrier to car.According to the judgement the controller can also alarm the driver of the distance from the barrier to t
7、he car with the dangerous circumstances.If the controller system is used effectively,it can better serve our daly life,for example it carl reduce the traffic accidents drastically.The practicability and the actualization are emphasized in the research course.With respect to hardwares,we choose the c
8、ommon ones.And we also have done much work in improving and verifying the gordian technique.The practical results show that the reversing radar system with accuracy test and dependable performance will play an important role in reversing without barrier.Keywords:Embedded System;ultrasonic;ARM9;Linux
9、 OS;Audio AlertII目录1 绪论 .11.1 课题研究的背景 .11.2 课题研究的价值和意义 .21.3 倒车雷达的发展现状和趋势 .31.3.1 倒车雷达的发展现状 .32 倒车雷达系统总体设计和关键技术 .52.1 倒车雷达系统的设计思想和目标 .52.2 倒车雷达系统的结构 .62.3 倒车雷达系统的关键技术 .62.3.1 超声波测距技术 .62.3.2 嵌入式系统 .82.3.3 Linux 操作系统 .113 倒车雷达系统硬件电路的设计与实现 .133.1 倒车雷达系统硬件总体设计 .133.2 倒车雷达系统的硬件具体实现 .133.2.1 核心板 .133.2.2
10、 核心板的电源电路图 .173.2.3 时钟电路及复位电路设计 .183.2.4 超声波发生电路 .193.2.5 超声波接收电路 .21III3.2.6 语音报警系统电路 .243.3 硬件系统的 PCB 板的设计原则 .264 软件设计及调试 .284.1 嵌入式 Linux 系统软件开发要经过 5 个步骤 .284.1.1 编译和移植 Boot loader .284.1.3 移植置裁剪 Linux 内核驱动程序的编写添加 .294.1.4 文件系统(Ramdisk)的安装 .304.1.5 用户空间(User)程序的开发 .304.2 系统软件总体设计思路 .314.3 Linux 的
11、 USB 驱动程序 .324.3.1 驱动程序支持的设备 .334.3.2 注册 USB 驱动程序 .334.3.3 探测与断开 .344.3.4 提交和控制 urb.364.3.5 驱动模块的编译、配置和使用 .384.4 超声波发射和接收部分的软件 .385 总结与展望 .415.1 系统的工程实践 .415.2 系统的创新点 .415.3 课题展望 .42参考文献 .43致谢 .45IV01 绪论随着电子技术和嵌入式技术、汽车工业的飞速发展，汽车工业自动化、信息化水平的不断提高。人们越来越重视对“可视化倒车雷达”的研究。如何更方便有效地利用倒车雷达系统帮助人们倒车及泊车，如何减少倒车事故
12、的发生概率是目前倒车雷达系统研究的重点。本章简要说明了课题的研究背景和现实意义，并综述了倒车雷达系统的研究现状和发展趋势，在此基础上提出了本文的研究内容。1.1 课题研究的背景电子信息技术作为当今世界发展最快的高新技术，它正推动着全球经济向计算机化、智能信息化方向发展，在这个背景下我国的倒车雷达系统便开始从传统的方式向更加智能化方向转变。目前，国内倒车雷达主流市场已经开始有进口高档汽车向中低档汽车发展。技术上向着单芯片功能成灵敏度更高、可视化发展，设备趋于小型化、人性化、智能化等方向发展电子信息技术目前被广泛的应用在各个领域，车载系统的信息化已成为现代汽车业的重要标志。基于嵌入式系统的可视倒车
13、雷达系统涉及众多技术领域，是集成数据采集、视频显示、语音播报等技术为一体的现代高科技产业，前景十分广阔。现在，生产的中高档小轿车大多数都配置有倒车雷达，而出于节省成本等方面的考虑，经济型小轿车、大客车等其他车辆都没有配置倒车雷达。国内外虽有部分车辆安装了超声波倒车防撞报警装置、基于DSP的智能车辆防撞系统、图像处理技术的汽车追尾预警系统等，但是用于像装载机这种广泛用于城建、矿山、公路等工程的工程机械障碍物监测预警系统却没有出现。有市场需求的产品，必然会带动产品的开发设计。随着全球汽车产业的高速发展，尤其是近两、三年我国开始进入私家车时代，汽车电子产业成了新的增长点，汽车电子产品的高利润和市场广
14、阔性倍受商家关注，音响和防盗器就是明证。近两年来，倒车雷达成了商家的电子新宠，众多生产防盗器的厂家纷纷涉足倒车雷达。随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术获得广阔的发展空间，工业控制领域也进行着一场巨大的变革，以32位高端处理器为平台的实时嵌入式软硬件技术将应用在工业控制的各个角落。嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点，其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域，对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。11.2 课题研究的价值和意义随着汽车的迅速增加，停车难已经是不争的事实，狭小的停车场
15、地常常令有车一族无所适从，稍不慎，则闯祸，烦事又烦人。虽然每辆车都有后视镜，但不可避免的都存在一个后视盲区。 汽车倒车防撞预警系统即俗称的倒车雷达，是汽车泊车时的辅助装置。在汽车倒车时，倒车雷达采用超声波测距原理探测汽车尾部离障碍物的距离，当汽车尾部离障碍物的距离达到探测范围时，倒车雷达通过数码管实时动态显示距离。当汽车尾部离障碍物的距离达到设定的安全警告值时，倒车雷达发出报警声，以警示驾驶员，辅助驾驶员安全倒车。该系统能够在汽车以较低的速度进行倒车的过程中，识别出车后部的障碍物，并能够测量车与障碍物之间的距离，在车辆与障碍物发生碰撞前，发出声光报警。在车辆上安装一个对障碍物进行监测预警的系统
16、，就能用声音和数码管实时动态显示的距离告知驾驶员周围障碍物的情况，解除驾驶员泊车和启动车辆时前后、左右探视所引起的困扰。同时帮助驾驶员扫除视野的死角和视线模糊的缺陷，驾驶员只需坐在驾驶室就能观察到车前车后的详细情况，做到心中有数，极大的提高了泊车和倒车时的安全和效率。也能让驾驶员在危险时刻到来前及时采取有效措施，减少事故发生，保障人身和财产安全。本课题在科学研究和实际生产方面都有深远意义：(1)利用换能器发送超声波，可以很好的解决现有的倒车雷达系统其他的产生超声波的方式而造成超声波回收信号较弱的缺点。可以准确的判断障碍物和汽车的距离，避免因回收信号太弱，捕获不到信号而造成的误差。(2)采用嵌入
17、式系统设计、实现倒车雷达系统，很好的解决了普通单片机控制的倒车雷达存储空间小，计算速度慢的缺点。拓展了嵌入式系统的使用空间，车载系统中嵌入式系统的应用将成为一个更为广泛、更有价值的领域。(3)适用于超声波发射接收的信息监控系统，应用灵活方便。基于嵌入式系统的技术研发，是车载控制系统发展的重要趋势，也是建立现代化汽车工业控制一体化信息系统的基础。1.3 倒车雷达的发展现状和趋势1.3.1 倒车雷达的发展现状经过多年的发展，倒车雷达设计以及使用发生了质的变化。经过这几年的发展，倒车雷达系统已经经过了六代技术改良，不管从结构外观上，还是从性能价格上，这六代产品都各有特点，使用较多的是数码显示、荧屏显
18、示和魔幻镜倒车雷达这三种。 第一代：倒车时通过喇叭提醒 。 “倒车请注意”！想必不少人还记得这种声音，这就是倒车雷达的第一代产品，现在只有少部分商用车还在使用。只要司机挂上倒档，它就会响起，提醒周围的人注意，从某种意义上来说，它对驾驶员并没有直接的帮助，不能算真正的倒车雷达，基本属于淘汰产品。 第二代：采用蜂鸣器不同声音提示驾驶员。这是倒车雷达系统的真正开始。倒车时，如果车后 1.8m1.5m 处有障碍物，蜂鸣器就会开始工作。蜂鸣声越急，2表示车辆离障碍物越近。但没有语音提示，也没有距离显示，虽然司机知道有障碍物，但不能确定障碍物离车有多远，对驾驶员帮助不大。 第三代：数码波段显示具体距离或者
19、距离范围。这代产品比第二代进步很多，可以显示车后障碍物离车体的距离。如果是物体，在 1.8m 开始显示；如果是人，在 0.9m 左右的距离开始显示。这一代产品有两种显示方式，数码显示产品显示距离数字，而波段显示产品由 3 种颜色来区别：绿色代表安全距离，表示障碍物距离有 0.8m 以上；黄色代表警告距离，表示障碍物距离只有0.6m0.8m；红色代表危险距离，表示障碍物距离只有不到 0.6m，必须停止倒车。 第三代产品把数码和波段组合在一起，比较实用，但安装在车内影响美观。第四代：液晶屏动态显示。这一代有一个质的飞跃，特别是荧屏显示开始出现动态显示系统。不用挂倒档，只要发动汽车，显示器上就会出现
20、汽车图案以及车辆周围障碍物的距离，色彩清晰漂亮，外表美观，可以直接粘贴在仪表盘上，安装很方便。不过 LCD 显示外观虽精巧，灵敏度较高，但抗干扰能力不强，所以误报也较多。第五代：魔幻镜倒车雷达。结合了前几代产品的优点，采用了最新仿生超声雷达技术，配以高速电脑控制，可全天候准确地测知 2m 以内的障碍物，并以不同等级的声音提示和直观的显示提醒驾驶员。魔幻镜倒车雷达可以把后视镜、倒车雷达、免提电话、温度显示和车内空气污染显示等多项功能整合在一起，并设计了语音功能，是目前市面上最先进的倒车雷达系统。因为其外形就是一块倒车镜，所以可以不占用车内空间，直接安装在车内后视镜的位置。而且颜色款式多样，可以按
21、照个人需求和车内装饰选配。第六代：专为高档轿车配置的。第六代产品在第五代的基础上新增了很多功能：外观上看，比第五代产品更为精致典雅；从功能上看，它除了具备第五代产品的所有功能之外，还整合了高档轿车具备的影音系统，可以在显示器上观看 DVD 影像。1.3.2 倒车雷达的发展趋势(1)智能化。随着计算机技术的不断发展，倒车雷达在计算机上的应用将由简单的数据采集、处理，逐步转化为以信息处理、应用为主。除了不断完善硬件控制设备外，还要对软件系统的研制开发进行不断的深入和完善。近年来嵌入式系统的快速发展，在汽车工业中得到逐步重视，其中ARM-Linux为架构平台的嵌入式系统便在倒车雷达的研究中得到很大程
22、度的应用。(2)可视化。基于以前倒车雷达仅仅依靠语音报警的基础，倒车雷达加上了可视的视频显示系统，使车主在倒车的同时可以清楚的观察到汽车后面的实物，用眼睛进行清晰的判断，避免倒车事故的发生。(3)集成化。倒车雷达系统的发展逐渐将各个功能集中在一起，实现了一套硬件设备可以完成多项功能。倒车雷达的集成化就是将倒车雷达的可视化、LCD显示、超声波测速、语音报警等功能集成在一起，组成了真正意义上的硬件系统。在今后的发展趋势中我们依然可以将倒车雷达、车载导航、车载音频等系统集成一起，组成一个意义更为广泛的集成化系统。32 系统总体设计和关键技术2.1 系统的设计思想和目标基于嵌入式系统的可视化倒车雷达系
23、统，以普通的倒车雷达系统为基础，以嵌入式系统为平台，集成了超声波测距、语音报警等功能，很好地解决了普通倒车雷达测距不准，智能化差等缺点，因此得到了广泛运用，其特点如下：(1)集成度高、体积小。由于高端微型处理器的应用，嵌入式系统的体积在不断减小，这也使数据采集、信息控制系统的体积缩小，从而形成便携式系统，方便系统携带和使用。(2)功能强大、容易扩展。嵌入式的数据采集与控制系统扩展出输入/输出(I/0)接口容易，可综合实现各种功能。(3)可靠性高。嵌入式系统芯片集成化程度高，与计算机系统的相关芯片相比较，具有防尘、防震等优点；软件被固化在FLA SH/ROM中，稳定性强，不易被破坏；硬件高度集成，系统的整体可靠性高。(4)开发成本低、周期短。嵌入式系统开发的是数据采集与控制系统，成本低、周期短的优点远远强于计算机系统。
