第一章 绪论
密集化和驾驶非职业化的方向发展。同时，汽车的生产量和保有量都在急剧增加。但相应的公路管理，交通管理系统却相对比较落后，由此造成的事故频繁发生，在一些大城市尤为突出。智能交通系统ITS（Intelligent Transportation System）是当前国际各个国家共同关注的交通管理的前沿技术，它在充分发挥现有的交通基础设施潜能，提高工作效率，增强交通安全性，改善环境方面已取得卓越成效，很多国家都很重视相关项目的开发。中国也已开始进入相关技术的研究开发，倒车雷达技术是ITS中的一项重要研究，它的成功与否与ITS有着相当紧密的关系。 （1） 雷达分类
目前，很多科研机构已对汽车雷达技术进行深入开发，国内外也已有相应的产品。经过总结分析，按照工作方式分主要有激光、超声波、红外、毫米波等一些测量方法
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，它们的工作原理虽然不完全一样，但最终作用都是
通过不同的探测方法判断车后方障碍物与本车的相对距离，并根据程序中定义好的危险等级做出相应的预防措施。下面简要分析一下几种方式的特点：
激光方式：激光具有高定向性，能以定向的光束无发散地直线向前传播；单色性好，它可以达到的亮度比太阳光还高几百亿倍；相干性好，激光的频率、振动方向、相位高度一致。因此激光波束近似直线性，很少扩散，波束能量集中，传输距离较远。但它在对气候的适应能力方面具有局限性，因为激光测距方式受恶劣天气、汽车激烈震动、发射镜表面磨损、污染等因素影响，则探测距离减少二分之一至三分之一,降低了实用精度，所以在汽车倒车雷达领域激光测距方式没有得到很好发展。
红外线方式：红外线可以人为制造,自然界中也广泛存在,一般的生物都会辐射出红外线,体现出来的宏观效应就是热度。 红外线透视和夜视是分别利用了红外线的不同性质。红外线测距系统成本低廉，但是容易受到天气和路边等物体干扰的影响，在恶劣的天气与环境下探测距离仍然不能满足要求。
毫米波方式：毫米波是微波的一个波段，频率在30－300G,相应波长为1－10mm。毫米波电子系统具有如下特性: 小天线孔径具有较高的天线增益;
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第一章 绪论
高跟踪精度和制导精度; 不易受电子干扰; 低角跟踪时多径效应和地杂波干扰小; 多目标鉴别性能好; 雷达分辨率高; 大气衰减“谐振点”可作保密传输。但其价格昂贵，结构复杂。
超声波方式：超声波是频率大于20 kHz 的声波, 具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点,用于测距计算方法简单, 常用于非接触式距离测量, 其传感器种类较多,由于超声波指向性强，在传输过程中能量损耗缓慢，反射能力强，经常被用于距离的测量。由于超声波测距的探测距离较短，主要用于倒车雷达等近距离测距。
汽车雷达按照其测距的方向可分为倒车雷达和前置雷达。倒车雷达主要针对当前在拥挤的街道、停车场以及人群当中倒车时时有发生的倒车碰撞事故而设计的。它是在汽车以较低速度倒车行驶时，周期内不停检测车后障碍物到车的距离，当达到一定危险距离时即时给予司机以声与光的形式的警告。由于倒车雷达检测距离比较短，可选择红外线和超声波，而本文就是对超声波倒车雷达的具体分析研究。
目前，很高汽车生产商已经开始在生产的汽车当中加入超声波倒车雷达，一些汽车维护部门已引进了这方的修理维护技术。例如德国宝马公司所配置的倒车雷达如下图1-1所示：
图1-1.宝马汽车上的超声波传感器 （2） 汽车电器网络化发展
随着汽车电子技术的发展及汽车性能的不断提高, 汽车上的电子装置越
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来越多。传统的电器系统大多采用点对点的单一通信方式, 相互之间很少有联系, 这样必然造成庞大的布线系统。目前, 国外许多整车制造厂和汽车电器制造厂家在整车管理系统中采用了网络技术, 如CAN、VAN 和SA EJ 1850 等,其中CAN 的使用较为广泛。CAN 总线是德国Bosch 公司于20 世纪80 年代初提出的, 它将汽车上各种信号的接线只用2 根简洁的电缆线取代, 汽车上的各种电子装置通过CAN 控制器挂到这2 根电缆上, 设备之间利用电缆进行数据通讯和数据共享, 从而大大减少了汽车上的线束
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。而本文引用到的XY－
CN BUS是一种低成本的、一点对多点的总线通讯系统，具有通讯设备容量大（硬件400点）、通讯速率高（9600bps）、成本低、设计简单、布线简便（无极性可任意分支，普通双绞线）、抗干扰能力强、通过总线可提供高达800mA电源的特点。系统具有自动登录功能，此功能可完成设备的自动登录、结点中断报警等双向可中断的先进的通讯功能。总线隔离设备具有总线故障隔离性能，保证部分总线发生故障时，其它部分仍然正常通讯。以该芯片为核心构成的总线通讯系统可广泛应用于智能家庭控制网络、工业现场控制、消防报警及联动网络、小区智能化控制网络、三表集抄、中央空调控制系统等。
1.2.2 当前存在的问题
超声波倒车雷达运用超声波测距原理结合单片机或IC的智能技术作为一种汽车倒车安全辅助装置具有结构简单、智能判断不受可见光限制等特点应用到了轿车当中，但现有的倒车雷达还仍然存在如下一些问题
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：
（1）最大有效探测距离的问题偏小，等到报警后再减速就很紧张，感到预警时间不充足；
（2）多数成品倒车雷达的显示速度因为考虑到抗干扰等因素，显示更新的速度约0.2－0 4 s，算上从倒车雷达发现目标到发出警报将需要1-2s，这时车已经行使了一段距离，这显然存在反应迟钝；
（3）多数倒车雷达的超声波传感器2－3个，单个传感器的水平探测角度约60－70度，这样势必造成2－3个盲区，如图1-2所示，而增加传感器的个数不但增加成本，而且提高故障率；
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第一章 绪论
（4）以往关于倒车雷达的研究都采用的是部容易购买到的专用元件作为附加电路，使其难以推广；
（5）主流产品仅仅是独立的控制单元, 无法与汽车数字化信息平台接轨，同时由于客观条件的限制, 目前我国的整车制造厂和汽车电子电器厂几乎没有涉及到汽车电器网络化设计的领域，选择一个合理的总线实现汽车电器的网络化非常必要
[4]
。
图1-2. 三只雷达 两只雷达
1.3 本设计的主要内容和目的
课题的主要研究内容就是根据雷达测距的原理，选择一块集成度高的IC来完成超声波脉冲测距的倒车雷达。使它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，测量车与障碍物之间的距离并显示出来，在发生碰撞前，对驾驶员发出报警。同时引入一种新型总线XY-CN BUS来实现雷达的网络通信。
本设计可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车的如冷藏车、集装箱车、垃圾车、食品车、载货车、公共汽车等倒车交通事故，另外还特别适用于夜间辅助倒车、倒车入库以及进入停车场停车到位，本设计性能优良，对提高我国汽车工业实际水平，具有较大的意义。
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第二章 系统相关理论与结构
第二章 系统相关理论与结构
2.1 超声波测距基本原理
在物理世界中，人类能感应到的波谱是声波，即波源所激起的纵波的频率在20Hz到20KHz之间，就能引起人的听觉，在这一频率范围内的振动被称为声振动。而频率低于20Hz的机械波叫做次声波。超声波是频率大于20 kHz 的波段, 具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点,用于测距计算方法简单, 常用于非接触式距离测量, 其传感器种类较多。汽车上常用的是压电式超声波传感器工作频率40 kHz 且收发一体、结构紧凑
[5]
。
一般超身波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两级外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。超声波测距的基本原理其实很简单，同声纳回声定位法的原理是基本相同的，说得高级一些就是多普勒效应，说得简单就是回声效应，当我们在山谷里，朝对面得山坡喊叫“我爱你”，一段很短时间后你会听到从山谷里也传来声音“我爱你”。超声波测距也时基于这种回音效应，发生器不断发射出40Hz超声波，其总宽度为发射超声波与接收超声波的时间间隔，被测物距越远，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和往返时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响。本文选择的成都国腾微电子公司生产的GM3101倒车雷达专用控制芯片，它的设计采用的是超声波往返时间检测法，其测量原理图如图2-1所示：
其原理为：每个超声波传感器收发一体，在发射时刻，在超声波发射器端输入40KHZ冲串，同时开始计时，脉冲信号经过超声波内部的振子，振荡产生机械波，并通过空气介质传播到被测面脉的，超声波在介质中传播，途中碰到障碍物后反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波
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