dsp課程設(shè)計(jì)--基于dm642的汽車防撞雷達(dá)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　xxxx學(xué)校</b></p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目：基于DM642的汽車防撞雷達(dá)設(shè)計(jì)</p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　設(shè)計(jì)人： </p><p>　　設(shè)計(jì)人：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2012.12.15</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、摘要3</b></p><p><b>　　二、引言4&l

3、t;/b></p><p><b>　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)5</b></p><p><b>　　四、DSP芯片6</b></p><p>　　4.1 TMS320DM642簡介6</p><p>　　4.2 TMS320DM642的基本構(gòu)成7</p><p><

4、;b>　　五、視頻的采集8</b></p><p><b>　　5.1 攝像頭8</b></p><p>　　5.2 視頻的編碼9</p><p>　　六、防撞雷達(dá)的設(shè)計(jì)10</p><p>　　6.1 LFMCW主要指標(biāo)10</p><p>　　6.2 LFMCW雷達(dá)

5、的工作原理11</p><p>　　6.3 LFMCW雷達(dá)的距離方程12</p><p><b>　　七、總結(jié)13</b></p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　本

6、課程設(shè)計(jì)基于Ｃ６０００系列ＤＳＰ的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)ＤＳＰ／ＢＩＯＳ的多線程多任務(wù)管理。主要包括車距的測量、視頻的采樣和顯示。車距的測量通過雷達(dá)毫米波雷達(dá)作為前端數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，定點(diǎn)DSP芯片為數(shù)據(jù)處理核心，視頻的的采樣是通過外置攝像頭進(jìn)行圖像的采集，并通過SAA7105H進(jìn)行編碼，并顯示出來。本設(shè)計(jì)主要用的是以TI公司的TMS320DM642DSP芯片為核心。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，可以有效降低交通事故發(fā)生率，滿足汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性準(zhǔn)確性要

7、求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：DSP、DM642、毫米波雷達(dá)。</p><p><b>　　二、引言</b></p><p>　　汽車是現(xiàn)代社會(huì)最蓖要的交通設(shè)備之一，隨著汽車數(shù)雖的急劇增加，交通事故給社會(huì)帶來巨大的社會(huì)損失和經(jīng)濟(jì)損失，汽車防撞雷達(dá)能有效的降低汽車事故發(fā)生牢。</p><p>　　按測量介質(zhì)不同，車用雷

8、達(dá)分為超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)以及毫米波雷達(dá)。毫米波雷達(dá)具有以上其他形式所不具備的優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為研究熱點(diǎn)，其研究始于20世紀(jì)60年代，目前被廣泛應(yīng)用于車輛主動(dòng)防撞系統(tǒng)。美國、日本和歐洲多家著名汽車公司投入巨額資金，先后研制成功了24GHz，60GHz，76．5GHz3種頻率的汽車防撞毫米波雷達(dá)系統(tǒng)。其中德國在該領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位，已經(jīng)獲得了實(shí)用化的研究成果。國內(nèi)對(duì)汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)的研究起步較晚，目前仍處于研究階段。</

9、p><p><b>　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)主要是以攝像頭進(jìn)行拍照顯示，毫米波雷達(dá)作為數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，定點(diǎn)DSP芯片TMS320DM642為核心進(jìn)行信號(hào)處理，進(jìn)而測距、測速，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛的目的，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)目標(biāo)，并及時(shí)報(bào)警以提醒駕駛員做出相應(yīng)的處理動(dòng)作。</p><p>　　汽車防撞雷達(dá)設(shè)計(jì)主要包括：1、視頻的采集。

10、通過一個(gè)攝像頭將視頻的信息采集起來，并送給DSP，然后進(jìn)行編碼，最后通過顯示器進(jìn)行圖像的顯示。2、防撞雷達(dá)。雷達(dá)發(fā)射毫米波碰到物體之后發(fā)射回來并接受，將信號(hào)送給DSP進(jìn)行處理，當(dāng)有危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行報(bào)警。系統(tǒng)框圖如下：</p><p><b>　　接 發(fā)</b></p><p><b>　　收 射</b></p><p>　　

11、圖3.1系統(tǒng)整體框圖</p><p><b>　　四、DSP芯片</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是TMS320DM642 DSP(數(shù)字信號(hào)處理 )芯片 ,能滿足通信、語音、 圖像以及其他電子領(lǐng)域高速、低成本、小體積、低功耗的要求。DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含硬件電路和軟件程序兩部分。</p><p>　　4.1 TMS320DM642簡

12、介</p><p>　　TMS320DM642是TI公司C6000系列DSP總最新的定點(diǎn)DSP，其核心是C6416型高性能數(shù)字信號(hào)處理器，具有極強(qiáng)的處理性能，高度的靈活性和可編程性，同時(shí)外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信等設(shè)備及接口，特別適用于機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)成像、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控、數(shù)字廣播以及基于數(shù)字視頻/圖像處理的消費(fèi)類電子產(chǎn)品等高速DSP應(yīng)用領(lǐng)域。筆者針對(duì)市場客戶的需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款以TVP5150為視

13、頻輸入解碼器，以PCM1801為音頻輸入采集電路，以TMS320DM642型DSP為核心處理器的多路視頻采集兼壓縮處理PCI板卡，并將其應(yīng)用于構(gòu)建高穩(wěn)定性、高魯棒性和多媒體數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　TMS320DM642采用第二代高性能、先進(jìn)的超長指令字veloci T1.2結(jié)構(gòu)的DSP核及增強(qiáng)的并行機(jī)制，當(dāng)工作在720M赫茲的時(shí)鐘頻率下，其處理性能最高可達(dá)5760MI/

14、s，使得該款DSP成為數(shù)字媒體解決方案的首選產(chǎn)品，它不僅擁有高速控制器的操作靈活性，而且具有陣列處理器的數(shù)字處理能力，TMS320DM642的外圍集成了非常完整的音頻、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信接口。 </p><p>　　4.2 TMS320DM642的基本構(gòu)成</p><p>　　3個(gè)可配置的視頻端口（VPORT0－2）能夠與通用的視頻編、解碼器實(shí)現(xiàn)無縫連接，支持多種視頻分辨率及視頻標(biāo)準(zhǔn)，支持RA

15、W視頻輸入/輸出，傳輸流模式； </p><p>　　1個(gè)10/100Mb/s以太網(wǎng)接口（EMAC），符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)； </p><p>　　1個(gè)多通道帶緩沖音頻串行端口（McASP），支持I2S，DIT，S/PDIF，IEC60958－1，AES－3、CP－430等音頻格式； </p><p>　　2個(gè)多通道帶緩沖串行端口（McBSP），采用RS23

16、2電平驅(qū)動(dòng)； </p><p>　　1個(gè)用戶可配置的16/32主機(jī)接口（HPI）； </p><p>　　1個(gè)16位通用輸入/輸出端口（GPIO）； </p><p>　　1個(gè)64位外部存儲(chǔ)器接口（EMIF），能夠與大多數(shù)異步存儲(chǔ)器（SRAM、EPROM）及同步存儲(chǔ)器（SDRAM，SBSRAM，ZBT SRAM，F(xiàn)IFO）無縫連接，最大可尋址外部存儲(chǔ)器空間為10

17、24MB； </p><p>　　1個(gè)具有64路獨(dú)立通道的增強(qiáng)型直接內(nèi)存訪問控制器（EDMA）； </p><p>　　1個(gè)I2C總線模塊； </p><p>　　3個(gè)32位通用定時(shí)器； </p><p>　　1個(gè)符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口及子板接口等。</p><p><b>　　五、視

18、頻的采集</b></p><p><b>　　5.1 攝像頭</b></p><p>　　倒車攝像頭分有線和無線兩種，有線的方式簡單可靠，但是需要在車體內(nèi)布線；無線的方式不需要在車體內(nèi)布線，安裝簡單，但需要增加無線接收模塊。由于目前的無線接收模塊接收效果還不太理想，一般倒車攝像頭還是采用有線方式的多。 攝像頭的選擇主要是通過芯片、清晰度、夜視、防水等方面去

19、選擇。</p><p>　　CCD的成像原理 　　</p><p>　　CCD成像的過程是這樣的：CCD表面被覆的硅半導(dǎo)體光敏元件捕獲光子后產(chǎn)生光生電子，這些電子先被積蓄在CCD下方的絕緣層中，然后由控制電路以串行的方式導(dǎo)出到模數(shù)電路中，再經(jīng)過DSP等成像電路形成圖像。fast scan 和slowscan最大的區(qū)別就在于光生電子導(dǎo)出的速度和電路系統(tǒng)上不同。fast scan導(dǎo)出電子的頻率

20、非?？欤员隳苓_(dá)到視頻級(jí)的刷新率，但這將導(dǎo)致電子丟失、噪聲增多、光生電子清空不徹底；而slow scan則相反，它的電路設(shè)計(jì)重在對(duì)光生電子積蓄的保護(hù)上，導(dǎo)出的頻率不高，但保證傳出過程中電子丟失和損耗降到極小，它的模數(shù)轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度極高，保證了信號(hào)轉(zhuǎn)換過程不失真，同時(shí)為了減低熱效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲，一般使用Cooling 系統(tǒng)降溫。</p><p><b>　　5.2 視頻的編碼</b>&l

21、t;/p><p>　　本設(shè)計(jì)主要用的是DM642的解碼芯片SAA7105H，將視頻信號(hào)通過解碼在送到顯示器去進(jìn)行顯示，這樣就能夠清楚的看到汽車后面的物體。SAA7105H的原理圖如下：</p><p>　　圖5.2 SAA7105H原理圖</p><p>　　SAA7105H的工作原理：</p><p>　　RESET CONDITIONS 復(fù)位

22、條件（工作準(zhǔn)備） ，激活RESET 至少需要兩個(gè)晶振頻率的持續(xù)脈沖。在RESET（RESET低電平有效）加上一個(gè)32個(gè)晶頻周期，F(xiàn)SVGC，CBO，HSVGC和TTX_SRES被設(shè)置為輸入模式，HSM-CSYNC和VSM被設(shè)置為3-STATE。一個(gè)RESET也可以強(qiáng)制I2C總線接口去中斷一些運(yùn)行的總線傳輸并設(shè)置接收條件。</p><p><b>　　六、防撞雷達(dá)的設(shè)計(jì)</b></p&g

23、t;<p>　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)部分選用了線性頻率調(diào)制連續(xù)波雷達(dá)(LFMCW)，它具有發(fā)射功率低、無距離盲區(qū)、距離分辨力高等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于無線電高度表、工業(yè)測距、汽車防撞和導(dǎo)彈制導(dǎo)等領(lǐng)域。且價(jià)格低廉，可以全天候工作，不受天氣狀況(如雨、雪、霧)的影響，且具有探測距離遠(yuǎn)、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，故作為目前國內(nèi)外車用防撞雷達(dá)的普遍選擇方式。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p>　　圖6.1 LFMCW雷達(dá)的系統(tǒng)結(jié)

24、構(gòu)示意</p><p>　　6.1 LFMCW主要指標(biāo)</p><p>　　(1)天線：尺寸要小、成本要低、性能要高，還要便于安裝和使用。</p><p>　　(2)工作頻率：頻率越高，目標(biāo)的反射效果會(huì)越好，但會(huì)造成信號(hào)穿透力的減弱，測距范圍的降低，及器件成本的增大。系統(tǒng)所采用的毫米波雷達(dá)的中心頻率為35GHz。</p><p>　　(3)作

25、用距離：以保證車制動(dòng)時(shí)兩車不發(fā)生追尾碰撞為原則。一般為l一200m。</p><p>　　(4)視角：包括方位角和高低角。一般方位角為9~12，高低角則取3左右。</p><p>　　(5)測量的動(dòng)態(tài)范圍：雷達(dá)必須有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，以保證對(duì)大小目標(biāo)都能識(shí)別。</p><p>　　(6)分辨率：徑向距離分辨率達(dá)到1 m即可。</p><p>　

26、　(7)可測相對(duì)速度范圍：0～40m/s。</p><p>　　6.2 LFMCW雷達(dá)的工作原理</p><p>　　在數(shù)字信號(hào)處理器的控制下,由D/A輸出一線性掃頻電壓,驅(qū)動(dòng)壓控振蕩器產(chǎn)生一線性調(diào)頻的連續(xù)波信號(hào)輸出。</p><p>　　LFMCW信號(hào)由定向耦合器分為兩路,一路經(jīng)環(huán)行器后送到天線輻射電磁波，一路送到差拍混頻器作為本振輸入。輻射的電磁波被目標(biāo)反射后由

27、天線接收，經(jīng)環(huán)行器隔離后輸入到差拍混頻器與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行差拍后得到零中頻信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)信號(hào)預(yù)處理器放大、濾波處理后由A/D變換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由數(shù)字信號(hào)處理器經(jīng)FFT運(yùn)算轉(zhuǎn)換為頻域分布，從而獲取距離、速度等信息。零中頻信號(hào)的頻率fIF與雷達(dá)至目標(biāo)距離R的關(guān)系為：</p><p>　　式中，T為掃頻時(shí)寬，B為掃頻帶寬，c為電磁波的傳播速度。</p><p>　　6.3 LFMCW雷達(dá)的距離

28、方程</p><p>　　收發(fā)共用天線的一次雷達(dá)距離方程的基本表達(dá)式為:</p><p>　　式中,Rmax為雷達(dá)的最大作用距離，Pt為雷達(dá)的峰值發(fā)射功率，G為天線增益，λ為電磁波波長，σ為目標(biāo)的雷達(dá)截面積，k為玻耳茲曼常數(shù)，取1138×10-23，T0為接收機(jī)的噪聲溫度，Bn為接收機(jī)的帶寬，F(xiàn)n為接收機(jī)噪聲系數(shù)，D0為可見度系數(shù)，L為系統(tǒng)損耗。</p><p

29、>　　在圖6.1所示的LFMCW雷達(dá)系統(tǒng)中,Bn=fc.同時(shí)考慮到FFT獲得的傅里葉處理增益,LFM2CW雷達(dá)的距離方程可表示為:　</p><p>　　由圖1所示雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出，LFMCW雷達(dá)與傳統(tǒng)脈沖雷達(dá)相比,其最大的不同點(diǎn)在于:傳統(tǒng)脈沖雷達(dá)的信號(hào)帶寬從天線端口至檢波前都是相同的,約為其發(fā)射脈沖時(shí)寬的倒數(shù);而LFMCW雷達(dá)在天線端口為大帶寬信號(hào),但經(jīng)差拍混頻和信號(hào)預(yù)處理后,其信號(hào)變?yōu)檎瓗盘?hào)。&l

30、t;/p><p>　　為了在峰值功率和距離分辨力相同的條件下對(duì)比LFMCW雷達(dá)與傳統(tǒng)脈沖雷達(dá)間距離方程的不同,上式可表示為:</p><p>　　式中,R′max為LFMCW雷達(dá)等效的脈沖雷達(dá)的最大作用距離，D=TB為LFMCW雷達(dá)的時(shí)寬帶寬積。</p><p><b>　　七、總結(jié)</b></p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)

31、讓我們對(duì)汽車防撞雷達(dá)有個(gè)更加深入的了解。能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)目標(biāo)做出警報(bào)，以提醒駕駛員做出相應(yīng)動(dòng)作，能大大的減少事故的發(fā)生，在這個(gè)汽車的時(shí)代里不可缺少的，同時(shí)也更加了解到了知識(shí)的重要性，通過自己去了解和查閱相關(guān)的資料，對(duì)DSP的了解更加的深入，對(duì)于這種課程也更加的喜歡，學(xué)好DSP對(duì)我們有很大的幫助，貼近我們的生活。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p

32、>　　【1】劉艷萍 DSP技術(shù)原理及應(yīng)用教程 北京航空航天大學(xué)出版社</p><p>　　【2】彭啟琮，管慶。DSP集成開發(fā)環(huán)境[m].北京電子工業(yè)出版社。2004</p><p>　　【3】喬瑞平，崔濤，張芳娟TMS320DM642 DSP原理及應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版社。2002</p><p>　　【4】尹勇、歐輝、關(guān)榮鋒 DSP集成開發(fā)環(huán)境