CN117214900A - 一种基于毫米波雷达测距和stm32智能决策的汽车避障方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种基于毫米波雷达测距和STM32智能决策的汽车避障方法。用毫米波雷达做为高效的数据采集模块，即用毫米波激光雷达量测距离；用STM32做为避障算法的核心处理设备，执行避障算法和距离检测，对障碍物距离进行安全判定；把STM32MP157检测障碍物信息显示在LCD液晶显示屏，同时用扬声器报警距离。本发明所述包括两个主要模块，1)运用毫米波雷达AWR1642获取距障碍物距离数据；2)用STM32对距离数据进行判断车尾距障碍物距离，驱动扬声器报警，并在LCD显示障碍物的相关信息。
Description
技术领域
汽车避障主要检测视线触及不到的障碍物和距离判断，辅助驾驶员准确避障。一种基于毫米波雷达AWR1642汽车避障的方法用毫米波雷达电子元件高速测量距离，用自适应算法判断安全距离和障碍物。属于嵌入式系统领域。
背景技术
汽车成为现代人们工作、学习、生活的重要交通工具之一，方便了现代人们高效工作、学习和生活。汽车电子设备是车辆的辅助电子设施，提供发动机、速度、空调等状态的监控和感知，已成为汽车密不可分的组成部分。汽车电子设备提供了倒车距离测量和障碍物检测。受光照、障碍物死角的影响，已有的倒车电子检测设备有时不能很好地检测到障碍物，造成安全隐患。因此，在汽车避障领域的深入研究成为该领域迫切需要解决的问题。
发明内容
雷达原指“无线电探测和测距”，是通过发射电磁波，并对电磁波进行处理而得到探测物体的具体位置等信息。当前雷达可以测量目标包括距离和角度，而且可以将这些信息返回并收集到雷达探测器。24GHz到77GHz是车载毫米波雷达的主要工作频段范围。在76GHz到81GHz的频段范围，主要用于中短距离毫米波雷达，扫描带宽达4GHz，其中距离分辨率可达4cm。将雷达运用到汽车避障领域具有非常使用的意义。
AWR164是毫米波雷达传感器，采用45-nm RF COMO的制造工艺，功耗低、尺寸小、集成度高，适用于近距离目标感知，允许精确测量障碍物，可实现避障的功能。因此，AWR1642毫米波雷达适用于汽车的避障设计。
嵌入式实时操作系统具有低功耗、体积小和成本低的特点。STM32MP157微处理器基于ARM Cortex-A7 CPU，主频达8000MHz，可连接种类丰富的硬件资源。它是基于Linux系统开发，工作效率高，可以避免系统的状态不稳定等信息。专利选用该芯片作为研发避障处理设备。
将AWR1642与STM32MP157连接，AWR1642用于收集信号，在STM32运用自适应阈值判断障碍物的危险度，STM32MP157用于将得到的距离输出在液晶显示屏上，并根据距离实现报警的提示。专利设计可以更好地将信号的收集、处理和显示过程。
在雷达系统中，测量距离基本概念是指电磁信号发射过程中被其发射路径上的物体阻挡进行的发射。FMCW雷达系统(如图1)所用信号的频率随时间变化呈线性变化升高。这种类型的信号也称为线性调频脉冲。
调频连续波FMCW雷达和脉冲雷达技术是两种在高精度雷达测距中使用的技术。
合成器生成一个线性调频脉冲，由发射天线(TX天线)发射。障碍物对该线性调频脉冲的反射生成一个由接收天线(RX天线)捕捉的反射线性调频脉冲。
混频器将RX与TX信号合并到一起，生成一个中频(IF)信号。
混频器是一个电子组件，将两个信号合并到一起生成一个具有新频率的新信号。设两个信号为分别为正弦信号和/>信号经过计算得到障碍物与AWR1642BOOST模块的距离。专利发明申请书籍此计算汽车与障碍物之间的距离。
输出xout有一个瞬时频率，等于两个输入正弦函数的瞬时频率之差。输出xout的相位等于两个输入信号的的相位之差
混频器的运行方式还可以以图形的方式。通过观察作为时间函数的TX和RX的线性调频脉冲频率表示法来加以理解。RX线性调频脉冲是TX线性调频脉冲的延时，延时τ为其中d是与被检测物体的距离，c0是光速。
AWR1642的混频IF信号在TX线性调频脉冲和RX线性调频脉冲重叠的时段有效。
混频器输出信号是正弦波。IF信号的初始相位是IF信号起点对应的时间点的TX线性调频脉冲相位与RX线性调频脉冲相位之差/>由/>计算距离d的公式是
算法思想
AWR1642BOOST(如图2)的毫米波雷达包括毫米波射频前端和两个发送器(TX)和四个接收器(RX)的模拟基带信号链，配置了DSP和MCU用户可编程处理内核。MCU配置射频前端工作，通过发射天线把信号发射出去，然后射频前端对反射回来的信号进行检测处理，由模数转换器将中频模拟信号转换为数字信号，再通过DSP做数字信号处理，最后由MCU将处理的结果传到PC端。如图3所示。
利用发射的毫米波和接收到的毫米波的时间间隔和毫米波传播速度来计算汽车与障碍物之间的距离。
附图说明
图1为FMCW框图，图2为AWR1642逻辑功能图，图3为AWR1642BOOST数据处理流程图，图4为功能实现图，图5为检测到的障碍物在雷达图显示，图6为说明书流程图。
具体实施方式
给AWR1642供5v电压，分别将AWR1642上的引脚sop0和sop2用跳线连上STM32，用UniFlash将二进制的驱动文件加载到开发板。对AWR1642的驱动、串口COM3和COM4、波特率及相关配置进行设置。
连接毫米波雷达AWR1642和STM32，用I2C总线连接STM32和RGB LCD，用GPIO接口连接STM32和扬声器。
一种基于毫米波雷达测距和STM32智能决策的汽车避障方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤A搭建由边端汽车防撞平台；
步骤B对毫米波雷达AWR1642获取的信号计算距离、角度；
步骤C用AWR1642获取的距离、角度判断障碍物危险级别；
步骤D根据测量障碍物距离自适应判断障碍物危险级别。
所述利用毫米波激光雷达量测距离，用轻量级边端处理单元智能判断距离、实现汽车避障。所述包括：运用毫米波雷达AWR1642获取距障碍物距离数据；用STM32对距离数据进行判断车尾距障碍物距离，驱动扬声器报警，并在LCD显示障碍物的相关信息。
所述一种基于毫米波雷达测距和STM32智能决策的汽车避障方法，其特征在于步骤A连接毫米波雷达AWR1642和STM32，用I2C总线连接STM32和RGB LCD，用GPIO接口连接STM32和扬声器。
其特征在于步骤B.1由公式fIF＝S2d/c(其中fIF是中频信号的频率，S为调频连续波的斜率，c是光速)得到障碍物到毫米波雷达的距离d＝fIF·c/2S；
步骤B角度估计需要至少两个接收天线，毫米波雷达AWR1642有两个发射天线，四个接收天线；用一个发射天线发射的激光束在两个接收天线的距离变化量为Δd，从目标物体(障碍物)到每个接收天线的距离在FFT变换后的幅角峰值的相位改变，用来估计目标物体(障碍物)的角度，ω＝2πΔd/λ：
步骤B发射天线发射一帧调频连续波束，接收天线FFT变换后在相同时刻的相位差ω，设θ为障碍物和雷达连线与开车后板平行的线的夹角，c为两个接收天线之间的距离，由ω和θ的关系式ω＝2πc sin(θ)/λ得到θ＝sin-1(λω/2πc)。
所述其特征在于步骤C从激光雷达数据计算汽车后板距障碍物距离，具体要求步骤C倒车雷达报警安全距离为D0，汽车的宽度为a，将AWR1642安装在车尾正中间的位置；D0和a的单位为米；具体要求步骤C，设d0为障碍物到汽车尾部的垂直距离，当天线检测到的障碍物夹角0°＜θ＜90°时，由得d＝d0cos(θ)；当θ＝0°时，d0＝d。
所述其特征在于步骤D根据测量障碍物距离自适应判断障碍物危险级别，警报危险级别为四个级别，依次为安全距离、预警距离、警报距离和危险距离；当AWR1642检测到障碍物距离车后板距离d0且障碍物在车后板两侧25°范围，安全距离为d0≥1.5m、预警距离可为1m≤d0＜1.5m、警报距离可为0.5m≤d0＜1m和危险距离可为d0＜0.5m；当AWR1642检测到物体在车后板两侧[26°，90°]，判别障碍物在车后板投影距离d0。
所述基于毫米波雷达测距和STM32智能决策的汽车避障方法，其特征在于，运用毫米波雷达AWR1642获取距障碍物距离数据；用STM32对距离数据智能判断，给出汽车后板距障碍物危险等级；根据障碍物距离汽车后板危险等级，驱动扬声器报警，并在LCD显示障碍物的信息。
Claims (6)
1.一种基于毫米波雷达测距和STM32智能决策的汽车避障方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤A搭建由边端汽车防撞平台；
步骤B对毫米波雷达AWR1642获取的信号计算距离、角度；
步骤C用AWR1642获取的距离、角度判断障碍物危险级别；
步骤D根据测量障碍物距离自适应判断障碍物危险级别。
2.如权利要求1所述利用毫米波激光雷达量测距离，用轻量级边端处理单元智能判断距离、实现汽车避障。所述包括：运用毫米波雷达AWR1642获取距障碍物距离数据；用STM32对距离数据进行判断车尾距障碍物距离，驱动扬声器报警，并在LCD显示障碍物的相关信息。
3.如权利要求1所述一种基于毫米波雷达测距和STM32智能决策的汽车避障方法，其特征在于步骤A连接毫米波雷达AWR1642和STM32，用I2C总线连接STM32和RGB LCD，用GPIO接口连接STM32和扬声器。
其特征在于步骤B由公式fIF＝S2d/c(其中fIF是中频信号的频率，S为调频连续波的斜率，c是光速)得到障碍物到毫米波雷达的距离d＝fIF·c/2S；
步骤B角度估计需要至少两个接收天线，毫米波雷达AWR1642有两个发射天线，四个接收天线；用一个发射天线发射的激光束在两个接收天线的距离变化量为Δd，从目标物体(障碍物)到每个接收天线的距离在FFT变换后的幅角峰值的相位改变，用来估计目标物体(障碍物)的角度，ω＝2πΔd/λ；
步骤B发射天线发射一帧调频连续波束，接收天线FFT变换后在相同时刻的相位差ω，设θ为障碍物和雷达连线与开车后板平行的线的夹角，c为两个接收天线之间的距离，由ω和θ的关系式ω＝2πc sin(θ)/λ得到θ＝sin-1(λω/2πc)。
4.如权利要求1所述其特征在于步骤C从激光雷达数据计算汽车后板距障碍物距离，具体要求步骤C倒车雷达报警安全距离为D0，汽车的宽度为a，将AWR1642安装在车尾正中间的位置；D0和a的单位为米；设d0为障碍物到汽车尾部的垂直距离，当天线检测到的障碍物夹角0°＜θ＜90°时，由得d＝d0cos(θ)；当θ＝0°时，d0＝d。
5.如权利要求1所述其特征在于步骤D根据测量障碍物距离自适应判断障碍物危险级别，警报危险级别为四个级别，依次为安全距离、预警距离、警报距离和危险距离；当AWR1642检测到障碍物距离车后板距离d0且障碍物在车后板两侧25°范围，安全距离为d0≥1.5m、预警距离可为1m≤d0＜1.5m、警报距离可为0.5m≤d0＜1m和危险距离可为d0＜0.5m；当AWR1642检测到物体在车后板两侧[26°，90°]，判别障碍物在车后板投影距离d0。
6.如权利要求1或2所述基于毫米波雷达测距和STM32智能决策的汽车避障方法，其特征在于，运用毫米波雷达AWR1642获取距障碍物距离数据；用STM32对距离数据智能判断，给出汽车后板距障碍物危险等级；根据障碍物距离汽车后板危险等级，驱动扬声器报警，并在LCD显示障碍物的信息。
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