汽车防碰撞报警系统研本科毕业论文究(编辑修改稿)

汽车防碰撞报警系统研本科毕业论文究(编辑修改稿)内容摘要：

毫米波雷达原理 （ 1） 毫米波简介 毫米波是介于微波与光波之间的电磁波 ,通常毫米波频段是指 30～300GHz,相应波长为 1～ 10mm ， 毫米波 波长 位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。 各自的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。 毫米波 波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波 雷达制导 兼有微波制导和光电制导的优点。 同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。 与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾 、烟、灰尘的能力强，具有全天候 (大雨天除外 )全天时的特点。 另外，毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。 发射 接收 发声报警装置 单片机AT89C2051 集 成 霍尔 元件 测速装置 毫米波雷达 测距测速装置 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 与较低频段的微波相比， 优 点是： ① 可利用的频谱范围宽，信息容量大。 ② 易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性好。 ③ 穿透等离子体的能力强。 ④ 多普勒频移大，测速灵敏度高。 缺点是： ① 大气中传播衰减严重。 ② 器件加工精度要求高。 与光波相比，它们利用大气窗口（毫米波与亚毫米波在大气中传播时，由于气体分子谐振吸收所致的某些衰减为极小值的频率）传播时的衰减小，受自然光和热辐射源影响小。 为此，它 们在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。 目前绝大多数的应用研究集中在几个 “ 窗口 ” 频率 ,包括 3 49 1 220GHz 和三个吸收峰 (60、 1 200GHz 频率上 )。 毫米波电子系统具有如下特性 : ① 小天线孔径具有较高的天线增益。 ② 高跟踪精度和制导精度。 ③ 不易受电子干扰。 ④ 低角跟踪时多径效应和地杂波干扰小。 ⑤ 多目标鉴别性能好。 ⑥ 雷达分辨率高。 ⑦ 大气衰减 “ 谐振点 ” 可作保密传输。 利用大气窗口的毫米波频率可实现大容量的卫星 地面通信或地面中继通信。 利用毫米波天线 的窄波束和低旁瓣性能可实现低仰角精密跟踪雷达和成像雷达。 在远程导弹或航天器重返大气层时，需采用能顺利河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 穿透等离子体的毫米波实现通信和制导。 高分辨率的毫米波辐射计适用于气象参数的遥感。 用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱可以推断星际物质的成分。 用在军事领域比较多比如在雷达、制导、战术和战略通信、电子对抗、遥感、辐射测量等。 （ 2） 毫米波的接受与发射 发射／接收技术是毫米波雷达的另一项关键技术。 毫米波发射系统的射频源大致可分为三类：第一类是电真空器件构成的源：第二类是固态器件构成的源；第三 类是其他方式产生的源，例如光导毫米波源等。 在电真空器件中，已得到成熟发展的是回旋管。 目前回旋管毫米波源的效率可达 40％， 60GHz 频率上源的连续功率达200kW。 俄罗斯和美国已经采用回旋管器件装备雷达和制导系统。 在目前研制出来的各类固态器件中。 雪崩二极管 (IMPATT)和耿氏二极管(Gunn)是最适合做毫米波射频源的。 准光学功率合成是美国提出的一种具有很好的应用前景的功率合成技术，利用它能制造出更为紧凑的毫米波导引头。 准光学合成利用天线和透镜在空间将微波及毫米波固态器件的功率组合在一起来实现。 将光学导电效应 用来控制毫米波固态器件时。 其宽带宽、损耗低、在控制和被控制元件之间几乎完全隔离、抗电磁干扰性好、质量小、紧凑、响应迅速且可单片集成。 近年来，毫米波接收机技术已取得相当的进展，非冷却式毫米波外差接收机的性能水平已达到可与微波频段的水平相比较的程度。 实践证明，在这些接收机中采用梁式引线的砷化镓半导体器件，对于频率在30～ 100GHz 范围内的接收机设计也是很合适的。 随着毫米波集成电路技术的发展，通常把振荡、放大、混频和其他控制器件集成为一个子系统，这样接收机／发射机集成在一起，能大幅度降低尺寸和质量，同时也降低 了成本。 目前，频率高达 94GHz 的集成振荡器、放大器、混频器、河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 16 衰减器和相移器已批量生产。 特别是在利用光学外差作用产生精确的毫米波信号，准光学极化处理、滤波、功率合成、收发双工、控制放大器增益。 毫米波检波和下变频，光电转换等方面具有独特的优点。 可以大大提高毫米波导引头的性能。 信号处理器是导引头的核心部件。 它要完成许多重要的工作，例如控制发射机的工作射频和脉冲重复频率，多普勒频率跟踪，目标识别和抗干扰，末制导指令计算，导弹自检和导引头工作逻辑控制等。 厘米波雷达中已广泛采用的信号处理技术，诸如脉冲压缩、 视频积累、极化分集、动目标显示 (MTI)、扩频、频率捷变、极化捷变和合成孔径以及线性预测法、 Capon 型法、信号子空间法、参量目标模型滤波法等这些超分辨技术都已经在毫米波雷达中得到应用。 随着计算机技术、光学技术以及毫米波技术的不断发展，采用光学互连的极高速信号处理器正受到技术先进国家的重视。 美国国防高级研究项目局于 2020 年启动了一项模拟光学信号处理技术研究计划，旨在研究工作频段在 20MHz～ 100GHz频段范围内的光学信号处理技术 （ 3） 毫米波雷达测距原理 毫米波雷达向外发射的频率随时间线性变化，若有目 标时反射回波，将发射波和回波信号混频，从混频器输出，再从频谱信号中提取含目标相对距离和速度信息。 对 FMCW（调频连续波）汽车雷达，发射波频率按周期性三角波变化，设发射波和回波时间差 td，则： 2R＝ C td (1) 式中： R 为目标距离； C 为光速。 根据多谱勒效应原理，当发射物体和反射物体相对运动时，将产生频移 fd，并且以下公式成立： V＝ [(C*fd)/2f0] (2) 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 图 22 发射波与回波波形 如图 22，设发射信号上升和下降阶段分别为 f(t+)、 f(t)， K 为斜率， 则： f(t+)＝ fmin+k t (3) f(t)＝ fmaxk t (4) 对应回波信号为 fb(t+)、 fb(t)： fb(t+)＝ fmin+k(tτ)+fd (5) fb(t)＝ fmink(tτ)+fd (6) 混频后输出的差拍信号为： fe (t + ) = ︱ f (t + ) − fb(t +)︱ = k * t fd (7) fe (t ) = ︱ f (t ) − fb(t )｜ = k * t + fd (8) 计算出目标的相对距离 R 和相对速度 V 为： R = C*T[fe (t ) + fe (t+ )]/（ 4Δ F） V = C*[fe(t) fe(t+)]/（ 4f0） ΔF 为发射波带宽， f0 为发射波中心频率。 AT89C2051 单片机的性能及特点 AT89C2051 是由 ATMEL 公司推出的一种小型单片机。 其主要特点为采用 Flash 存贮器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与 MCS51 完河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 全兼容，可 以很快被中国广大用户接受，其程序的 可擦写特性，使得开发与试验比较容易。 (1) 引脚 AT89C2051 的共有 20 条引脚，引脚如图 23所示 ： 图 23 AT89C2051引脚图 引脚功能说明 ： ① Vcc:电源端 ② GND:接地端 ③ P1 口 : P1 口共 8脚，准双向端口。 P1 口是一 8 位双向 I/O 口。 引脚 ~ 提供内部上拉电阻。 和 还分别作为片内精密模拟比较器的通向输入（ AIN0）和反相输入（ AIN1） P1口输出缓冲器可吸收 20mA 的电流，并能直接驱动 LED 显示。 当P1 口引脚写入 “ 1” 时，可用作输入端。 当引脚 ~ 用作河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 输入端并被外部拉低时，将因内部的上拉电阻而输出电流（ IIL）。 P1 口还在 Flash 编程和程序校验期间接收代码数据。 ④ P3 口： P3 口的 ~, 是带有上拉电阻的 7个双向 I/O引脚。 用于固定输入片内比较器的输入信号，并且作为一通用 I/O 引脚而不访问。 P3 口缓冲器可吸收 20mA 电流。 当 P3口引脚写入 “ 1” 时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。 用作输出端时，被外部拉底的 P3口引脚将用上拉电阻而输出电流（ IIL）。 P3 口还用于实现 AT89C2051 的各种功能，如表 11 所示 表 11 AT89C2051 引脚 P3的各种功能 端 口 /引脚 功能 RXD(串行输入端口 ) TXD(串行输出端口 ) INT0(外中断 0) INT1(外中断 1) T0(定时器 0外部输入 ) T1(定时器 1外部输入 ) P3 口还接收一些用于 Flash 存储器编程和程序校验控制信号。 ～ 共 7脚，准双向端口，并且保留了全部的 P3 的第二功能，如 、 P3..1 的串行通讯功能， 、 P3..3 的中断输入功能 ,、 的定时器输入功能。 ⑤ RST：复位输入。 RST 一旦变成高电平所有的 I/O 引脚复位到“ 1”。 当振荡器正在运行时，持续给 RST引脚的两个机器周期需要 12个振荡器和时钟周期。 ⑥ XTAL1:作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 ⑦ XTAL2:作为振荡器反相放大输出。 在引脚的驱动能力上面， AT89C2051 具有很强的下拉能力， P1,P3 口的下拉能力均可达到 20mA。 相比之下， AT89C51/AT87C51 的端口下拉能力每脚最大为 15mA。 但是限定 9 脚电流之和小于 71mA。 这样，引脚的平均电流只 9mA。 AT89C2051 驱动能力的增强，使得它可以直接驱动 LED数码管。 为了增加对模拟量的输入功能， 2051 在内部构造了一个模拟信号比较器，其输入端连到 和 口，比较结果存入 对应寄存器，（ 在 2051 外部无引脚），原理见图 24。 图 24 比较器图 图 25为测量示意图。 其中， R 用于测量门限的调节， IN 端接输入模拟信号。 图 25 测量示意图 (2) 电源 AT89C2051 有很宽的工作电源电压，可为 ～ 6V,当工作在 3V时，电流相当于 6V 工作时的 1/4。 89C2051 工作于 12Hz 时，动态电流为，空闲态为 1mA,掉电态仅为 20nA。 这样小的功耗很适合于电池供VOC R 内部寄存器 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 电的小型控制系统。 （ 3） 存储器 AT89C2051 片内含有 2k 字节的 Flash 程序存储器， 128字节的片内RAM,与 80C31 内部完全类似。 由于 2051 内部设计全静态工作，所以允许工作的时钟为 0～ 20MHz,也就是说，允许在低速工作时，不破坏 RAM内容。 相比 之下，一般 8031 对最低工作时钟限制为 ，因为其内部的 RAM 是动态刷新的。 89C2051 不允许构造外部总线来扩充程序 /数据存储器，所以它也不需要 ALEPSEN、 RD、 WR一类的引脚。 （ 4） 内部 I/O 控制 AT89C2051 在内部 I/O 控制上继承了 MCS51 的特性： 5路 2 级优待中断，串等口， 2 路定时器 /计数器，内部组成参见图 26 图 26 AT89C2051内部结构图 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 AT89C2051 是一个低功耗、高性能的 CMOS 8位微处理器 , 与 MCS251 系列指令集和引脚兼容 , 具有以 下特点 : 128 bytes内部 RAM , 2K bytes EPROM（ Erasable Programmable ROM，可擦除可编程 ROM） , 15 根 IO线 , 2 个 16 位定时计数器 , 5 个两级中断源 , 1 个全双工串行口 , 一个片内精密模拟比较器和片内振荡器 , 低功耗的闲置和掉电模式。 工作电压范围 ～ , 工作频率取 12MHz。 AT89C2051 中的两个 16 位定时计数器寄存器 T0 和 T1, 作定时器时 , 可计数机器周期 , 计数频率为振荡频率的 1/12。 作计数器时 , 可对外部输 入引脚 和 上出现从 1 至 0 的变化时增 1, 计数频率为振荡频率的 1/24。 霍尔 集成 器件 测速 原理 （ 1） 霍尔效应 1879 年，美国物理学家 Edwin Herbert Hall 在研究金属的导电机构时 发现 当 磁场作用于载流金属。