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基于nRF24E1与TMC2023的汽车防撞系统
以上:可广泛用于冋步、匹配滤波、误码检测、记录及条形码识别等,尤其适合雷达信号的识别。 射频收发芯片 是一种工作频率可达到 的无线射频收发芯片。内部嵌冇与兼容的徵处理器和位输入的转 换器,可以在 之间的电压下稳定工作。其内部还有电压调整器和电压监视,通道形状时间小于μ,数据速 率 不需要外接滤波器 是目前世界首次推出的仝球 通用的,完整低成本射频系统级芯片。无线 牧发部分有与 冋样的功能。该功能由外部并行口和外部启动,每一个待发信号对于处理器来讲都可以作为屮断来 编程,或者通过端口实现。 是一个可以在世界公用的频段范围 内实现无线通信的芯片。收发机包含 个完全集成的分频器、放大器、调节器和个收发单元。输出能量、频段和其亡射频参数,可通过射频寄存器方便地编稈调 节。在发送模式下,电流消耘只有 在接收模式下,只有 所以功耗相当低。 系统结构 E 整套信息采集系统由套射频发射与接收装置组成,每套发射与接收部 分的基本电路都是一致的。图是射频收发的核心电路。这套收发系统又与 S2 $3 B 中央处理器相连。中央处理器负责计算它们传过来的数捱,然后由其根据 F 2 实际情況作出决策。 73 每套发射与接收装置的结构如图所示。首先,由以 为核心的AG D 射频发射电路发出高频电波,在发岀之前,由相关运算芯片 送来 图3障碍物距离计算示意 的调制信号对其进行调制,从而产生出与其它射频收发单元不同的射频信号,为接收做好充分准备。为∫使电磁波信号能够有 足够远的传璠距离,丕需要对调制后的信号进行放大,完成这个功能的电路就是功放电路。最后,把这样的一个信号传向空中。 当发出去的电磁波遇到障碍物返凹时,首先要经过相关运算芯片 进行识别:若是同组发射部分发出去的,则接 收,并把这个信号进一步传给射频接收部分。接收芯片通过这样的电磁波在空中传播而产生旳相位移,讣算岀其传播所耗的时 间,再计算出障碍物与该组收发部分的距离。最后,把这个距离信息送给中央处理器。中央处珥单片机要同付对组射频收发 单元传过来的距离信息作出计算,得知所测的障碍物与车的立体方位距离。到此,障碍物的信息采集工作基本已经做完,剩下 的就是把这个综合信息再传给更高级的中央处理器,让其作出最后决策。 收发单元的布置方案及计算示例 由于汽车在行驶的过程当中,对于前方的障碍物要能够判断其相对于汽车的空间立体方位,才能把前后、左右、上下的障 碍物避开;而后面的则只需判断出其与汽车的前后及左右距离即可。所以采取了车前面安装三个射频收发系统,并且三套收发 系统彼此之间呈垂直于水平面的三角形分布;后面的则安装两套射频收发系统,呈水平分布。整个收发系统的安装如图所示。 图屮,给出了用射频收发系统计算障碍物距离的简单过程。 已知由 所组成的立体障碍物距离计算示意如图所示。其中 三点分别代表安装在车头 前的三个超声传慼器,点代表障碍物;则表示由点到水平面的距离,代表障碍物到车头的距离,表示障碍物到 车一侧的距离。我们要求的就是 及三个直线。解法如下 在△中作⊥,连接、,在△中可求 SR=VT(T-AB)(T-BC)(T-AC) 其中 T=(T1+72+73) 所以 BD=2(S. D)/ AC AD=√AB2-BD 在△ADE中 AE+AC-CE coS∠EAD 2AEXAC 故ED=AE2+AD2-AE× ADXcos∠EAD 在△EBD中 BD+ED'-BE cos∠EBD= 2BDXED 在△EFD中 sin∠EDF=cos∠EDB 所以 EF=ED×cos∠EDB 在△EAF中 AF=√AB2-EF2 同理,在△EFC中 CF=VCE2-EF 2S 所以 GF=≤ FC AC AG=√AF2-GF2 把已知数 分别代入,可得所求的三个距离值 相关算法 随着射频技术在日常生活中的广泛应用,人们逐渐发现射频测距存在着一定缺陷:①冇效作用距离比较短,仅靠提高发射 功率来増加测量距离又是很有限的:②测距精度主要取决于回波信号的信噪比,在一定信噪比情况下,仅靠増加前级放人电路 的增益米改善测量精度也是非常有限的。为了解决上述问题,此汽车防撞系统设想了基于伪码调制的射频发射与接收系统。 随机过程是白嗓声,其瞬时值服从高斯分布正态分布。它的功率谱密度在很宽的频带内是均匀的,而且白相关函数具有 δ函数的形状。伪随机码虽然仅有个电平,但却具有类似白噪声的相关特性,只是其幅度慨率分布不再服从高斯分布。所以, 可以用伪随杋序列的平衡特性、游程特性和相关特性等米描述伪随机码。伪随机徧码是用逻辑运算实现的,信号的自相关函数 满足 P-3 ∑A2=1,j=0,(modP) i=0 ∑A1A计+/=-n,j≠0,(modP) P i=0 P 可见,当足够大时,自相关系数具有尖锐的二电平特性,接近δ函数。在基于伪隨机码超声波测距中,正是利用伪码自 相关函数的尖锐特性来测量发射码和接收码之间的延时,从而提高测量精度」序列伪随机码是由线性移位寄存器产生的、周 朗最长的一种序列。由于其相关特性优良,又便于产生,所以得到了广泛的应用。 根据相关函数定义,设个时间函数 则 + RxI(t)= x1(t)x1(t-t)dt 称为的白相关函数 Rx1(z)x2(r)=」 Y M(tx,(t-tdt 称为和的互相关函数 在信号检测理论中冇两类问题:一类是检测信号,即根据接收到的混合信号信号加噪声或纯噪声作出冇无信号的判断; 另一类是估计参量,即在已检测出冇无信号的基础上,对信号的某些参量例如振幅、相位、频率、脉冲幅度等或波形作出估 计。为了提高抗干扰性,需要寻求在τ扰条件下对信号的最佳接收方法。由于周期性信号的相关函数仍是周期函数,而干扰噪 声的相关函数则是δ函数。根据这些差别,可利用相关器检出混在噪声干扰屮的周期性信号。这种利用时域特性上的差别来检 测信号的方法称为相关接收法。根据参考信号不同,又分为自相关接收法和互相关接收法。自相关接收法是在无法确知输入波 形或数据的情况下,利用自相关器对之作自相关函数的运算:互相关接收法是可以确定参考信号的情况下,利用相关器对输 入波形或数捃与夲地信号作互相关函数的运算。本设计中参考信号是本地码,所以采用互相关接收法。在射频测距系统中, 不仅要对冋波信号有无进行检测,同时还要对冋波信号和发射信号的延时过行精确的测量。这样才能准硝地知道无线电波传播 所用的时间,进而算出障碍物与车之间的距离 总结 本文成功地运用了先进的射频技术与稳定可靠的相关算法,使汽车具有较强的防撞能力。上述总体设计方案,在实验小车 上经实现,并且在一定程度上能够解决前面所述的汽车防撞系统中始终歴扰着相关工作者的两个关键问题。即凵经具备了较 灵敏的测角能力和较强的抗τ扰能力,这样就能够使汽车具有较强的防撞能力。尽管如此,因为汽车行驲过程当中关系着人的 生命安全,所以其性能还有待进一步提高,以增强整个系统的绝对安全性,进而对之进行推厂

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