任务5.2 超声波雷达测距实践

任务5.2超声波雷达测距实践任务导入任务导入由于超声波雷达具有探测距离短、灵敏度较高、对速度不敏感、抗干扰能力强、结构简单、体积小和成本低等特点，对低速近距离障碍物的感知准确性较高，综合以上特点，超声波雷达符合自动泊车辅助系统的功能需求，本任务将以实训的形式重点学习超声波雷达的相关特性。。超声波雷达认知（1）超声波雷达的定义超声波雷达是工作在超声波频段的雷达，它通过发射与接收超声波来探测目标。超声波为频率高于20000Hz的声波。超声波雷达主要应用于ADAS系统中的自动泊车辅助系统和倒车雷达辅助系统等。超声波雷达结构如图（2）超声波雷达的工作原理与组成超声波雷达的工作原理如图5.28所示。通过内置超声波发射器向外发射超声波，接收器接收目标反射回来的超声波，经信号处理器处理后快速准确地获取汽车周围的障碍物距离信息，然后根据所探知的障碍物距离信息提示驾驶员或作为自动泊车辅助系统的判定条件。（3）超声波雷达的布置位置超声波扩散角较大，且超声波衰减较快，传输距离较短，只能测量距离，不可以测量方位；不易探测低矮、圆锥、过细的障碍物或沟坎。所以超声波雷达通常布置在前后保险杠中位高度区域，保证最大限度地识别与车辆处在同一高度的障碍物。车辆前部超声波雷达布置位置如图所示，车辆后部超声波雷达布置位置如图超声波雷达的测量原理（1）测量原理超声波雷达的测距原理是通过测算超声波发射信号与超声波反射信号的往返时间，计算被测目标的距离。如图所示，探测距离为L≈S1≈S2=V声音×T/2，其中L为实际距离，S1与S2为测试距离，V声音是声音在空气中的传播速度，T为雷达信号发射到接收的时间。（2）超声波雷达的分类超声波雷达按照探测距离分为两类，分别是UPA超声波雷达与APA超声波雷达，他们的区别见表UPA超声波雷达APA超声波雷达雷达波形状近而宽远而窄探测距离3m5m功用修正泊车轨迹探测空车位（3）毫米波雷达的分类按照激光束数量分为两类，分别是单线束激光雷达和多线束激光雷达，他们的区别如表类型结构特点单线束激光雷达扫描一次只产生一条激光束。获得的扫描数据是2D数据。多线束激光雷达扫描一次可产生多条激光束，包括4/8/16/32/64/128线束。获得的扫描数据是3D数据。查看超声波雷达基本参数以HC-SR04型号的超声波雷达为例，实物如图所示，进行超声波雷达测距性能的实训学习。此款超声波雷达的接口共有4个PIN脚，分别为VCC.Trig、Echo和GND。其中各引脚功能为：VCC引脚提供5V工作电压；GND引脚提供接地；Trig引脚为触发引脚，用来触发超声波发射；Echo引脚为接收引脚，用来接收返回的超声波。查看超声波雷达技术参数该型号超声波雷达的相关技术参数详见表项目参数工作电压DC5V工作电流15mA工作频率40kHz最远射程4m最近射程2cm测量角度15度输入触发信号10us的TTL脉冲输出回响信号输出TTL电平信号，与射程成比例规格尺寸45*20*15mm查看超声波雷达通信协议如图所示，向Trig引脚/输入端发送高电平触发电信号，雷达PCB板内部循环发出8个40kHz脉冲，Echo引脚/输出端输出反馈电平信号，电平宽度与检测距离成正比，经过标定得到电平宽度和测距关系，最终得到距离值。搭建测试环境实训试验需要准备直流稳压电源、示波器、超声波雷达、面包板和电线。其中直流稳压电源与VCC和GND引脚相连，提供电源，示波器与Trig和Echo引脚相连，提供触发限号和接收回波信号，如图（1）超声波雷达供电路连接将超声波雷达插入面包板中，在直流稳压电源为通电时，用引线将超声波雷达的VCC引脚与直流稳压电源的直流正极相连，将超声波雷达的GND引脚与直流稳压电源的直流负极相连，连接完成后将直流稳压电源设置为5V并接通，如图（2）超声波雷达触发与接收电路连接用引线将超声波雷达的Trig引脚与示波器的探头补偿信号接口相连，将超声波雷达的Echo引脚与示波器探针的正极相连，示波器探针的负极与GND相连，观察示波器中的方波信号，此时方波信号即为返回的电平宽度，如图（3）超声波雷达测距特性测试不同测试障碍物的测试过程如图5.37和图5.38所示，在保持超声波雷达位置及工作状态不变的前