一種基于車載MP3播放機(jī)的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種基于車載MP3播放機(jī)一SH252的倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)方案，并介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)思路。系統(tǒng)采用EM78P153單片機(jī)作為倒車?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)采集部分，采用超聲波探測(cè)方式測(cè)距。在倒車時(shí)，倒車?yán)走_(dá)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，并在EM78P153的控制下，由裝置于車尾保險(xiǎn)杠上的探頭發(fā)送超聲波信號(hào)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生回波信號(hào)，探頭接收到回波信號(hào)后經(jīng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并計(jì)算出車體與障礙物之間的實(shí)際距離，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到車載MP3播放機(jī)上進(jìn)行距離顯示和語(yǔ)音同步提示，為駕駛員提供報(bào)警提示，提高駕駛的安全性。
關(guān)鍵詞：車載MP3播放機(jī)；EM78P153；超聲波測(cè)距；語(yǔ)音同步提示

    近年來(lái)，隨著汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)以及具有MP3播放、收音、AUX-IN、音頻功率放大器等功能的車載MP3播放機(jī)的市場(chǎng)需求與日俱增。然而市場(chǎng)上的車載MP3播放機(jī)和倒車?yán)走_(dá)是相互獨(dú)立的2個(gè)部分，用戶在使用和安裝時(shí)都帶來(lái)了不便?？紤]到車載MP3播放機(jī)和倒車?yán)走_(dá)在汽車上的普及程度以及消費(fèi)者對(duì)兩者的依賴性，在車載MP3播放機(jī)中結(jié)合倒車?yán)走_(dá)功能對(duì)消費(fèi)市場(chǎng)的開(kāi)拓是很必要的。本文在不改動(dòng)一款車載MP3播放機(jī)整機(jī)原有性能的基礎(chǔ)上，提出了一種適當(dāng)加入倒車?yán)走_(dá)功能的可行性方案。
    本文著重介紹，超聲波測(cè)量距離的原理，以及如何使倒車?yán)走_(dá)與車載MP3播放機(jī)有機(jī)地結(jié)合在一起。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
1．1 倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
    該倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)是基于江門(mén)市奧威電子有限公司自主研發(fā)的一款名為SH252的車載MP3播放機(jī)設(shè)計(jì)而成，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。SH252的主要功能有：可播放MP3音頻格式的歌曲，支持讀取SD／MMC卡／U盤(pán)中的音頻文件，支持AUX-IN模式，支持?jǐn)?shù)字FM全頻(87．5～108．0MHz)電子調(diào)諧收音，18個(gè)預(yù)置電臺(tái)。

    主控MCU采用杭州士蘭微電子股份有限公司提供的SC95870，它是一款內(nèi)置MCU，DSP，DMA控制器、DAC等模塊的SOC芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。SC95870是一款帶有USB Host功能的MP3解碼播放芯片，支持從多種存儲(chǔ)介質(zhì)播放MP3，包括USB，SD／MMC卡，芯片內(nèi)置立體聲DA C，LDO和PLL可以有效地降低整機(jī)成本，它被廣泛應(yīng)用于家庭媒體播放系統(tǒng)以及汽車電子等系統(tǒng)中。

1．2 主要器件選擇
    考慮到該款車載MP3播放機(jī)的功能要求，以及生產(chǎn)成本、芯片內(nèi)部資源、等因素，本系統(tǒng)使用EM78P153實(shí)現(xiàn)倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)采集模塊。該芯片具有32×8 b片內(nèi)SRAM、1 024×13 b片內(nèi)ROM、12個(gè)可編程的雙向復(fù)用I／O、1個(gè)8位實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)／計(jì)數(shù)器TCC、1個(gè)可編程自由運(yùn)行看門(mén)狗定時(shí)器WDT。EM78P153芯片既滿設(shè)計(jì)要求，又具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)，且技術(shù)成熟度較高，故成為方案設(shè)計(jì)首選。
    語(yǔ)音芯片選擇性價(jià)比較高的AK020，它是一款一次性燒錄語(yǔ)音IC芯片。其主要特點(diǎn)是腳位少、體積小，有DAC和PWM驅(qū)動(dòng)方式語(yǔ)音輸出，外圍元器件少。芯片可容納最多64組聲音。用戶可選擇的8位5位和4位數(shù)據(jù)壓縮。支持3模式觸發(fā)功能：獨(dú)立模式、串行觸發(fā)模式、CPU命令模式。

2 方案原理
    倒車?yán)走_(dá)，又稱泊車輔助系統(tǒng)。它是汽車泊車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置，由超聲波傳感器、控制器、顯示器和語(yǔ)音芯片等部分組成。它能以語(yǔ)音和更為直觀的LCD顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，避免了駕駛員倒車時(shí)障礙物損傷汽車，甚至引發(fā)交通事故，并幫助駕駛員掃除了視野死角，增強(qiáng)汽車的后視能力，提高駕駛的安全性。
    超聲波測(cè)距原理是借助超聲波指向性強(qiáng)，能量緩慢消耗的特點(diǎn)，通過(guò)超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波。在發(fā)射時(shí)刻的開(kāi)始進(jìn)行計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中傳播時(shí)遇到障礙物立即被反射回來(lái)，超聲波接收器在收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為v，而根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的發(fā)射超聲波和接收到回波的之間的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)和障礙物之間的距離l，即：
    l=vt／2      (1)
    這就是超聲波時(shí)間差測(cè)距法。
    倒車?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集芯片EM78P153發(fā)送40 kHz的信號(hào)以及4路通道選擇信號(hào)控制超聲波信號(hào)的發(fā)射。當(dāng)駕駛員將手柄轉(zhuǎn)到倒車檔后，車載MP3播放機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)換進(jìn)入倒車模式，并且啟動(dòng)計(jì)時(shí)／計(jì)數(shù)器TCC，接收到回波信號(hào)后關(guān)閉TCC。通過(guò)計(jì)時(shí)／計(jì)數(shù)器TCC準(zhǔn)確測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時(shí)間，根據(jù)超聲波的速度計(jì)算出汽車與障礙物之間的探測(cè)距離，并將探測(cè)距離發(fā)送到主控芯片。通過(guò)主控芯片將探測(cè)距離實(shí)時(shí)地顯示在LCD上，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示。

3 系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)
3．1 EM78P153數(shù)據(jù)發(fā)送
    芯片EM78P153采集到探測(cè)距離的數(shù)據(jù)后，通過(guò)單線接口方式將4路數(shù)據(jù)發(fā)送到主控芯片上?？紤]到傳輸距離很短，在數(shù)據(jù)編碼中沒(méi)有采用校驗(yàn)，具體編碼有以下特征：
    采用脈寬不同的串行碼，以脈寬為0．565 ms、間隔0．56 ms、周期為1．125 ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0．565 ms、間隔1．685 ms、周期為2．25 ms的組合表示二進(jìn)制的“1”，其波形如圖4所示。

    上述0和1組成連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組，前16位是分別是超聲波發(fā)射／接收器1和超聲波發(fā)射／接收器2采集到的探測(cè)距離，后16位是分別是超聲波發(fā)射／接收器3和超聲波發(fā)射／接收器4采集到的探測(cè)距離，如圖5所示。其中引導(dǎo)碼由9 ms的低電平和4．5 ms的高電平組成。其中8位數(shù)據(jù)碼，第7位和第6位組合表示4路傳感器，“00”表示傳感器1，“01”表示傳感器2，“10”表示傳感器3，“11”表示傳感器4；第5位始終等于0；剩下的5位數(shù)據(jù)表示探測(cè)距離。

3．2 語(yǔ)音報(bào)警提示
    報(bào)警提示和語(yǔ)音報(bào)數(shù)是由語(yǔ)音芯片AK020和其他一些外圍器件共同組成。根據(jù)汽車與障礙物之間距離進(jìn)行報(bào)數(shù)和報(bào)警。在應(yīng)用前先將所需的語(yǔ)音按照一定的順序錄入到指定的存儲(chǔ)器中。語(yǔ)音內(nèi)容分配列表如圖6所示。

    每次發(fā)脈沖觸發(fā)信號(hào)前先發(fā)復(fù)位計(jì)數(shù)信號(hào)，復(fù)位脈沖計(jì)數(shù)器大于100 μs，等待100μs后，再發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，發(fā)送第n個(gè)觸發(fā)信號(hào)給語(yǔ)音芯片，則播放第n段語(yǔ)音。當(dāng)汽車與障礙物之間大于1 m時(shí)，語(yǔ)音芯片不進(jìn)行報(bào)數(shù)，此時(shí)由LCD顯示距離，由蜂鳴器發(fā)出“嘀嘀”聲。當(dāng)汽車距離障礙物1 m時(shí)，語(yǔ)音芯片通過(guò)揚(yáng)聲器播放“1 m”的語(yǔ)音，當(dāng)汽車距離障礙物0．9 m時(shí)，語(yǔ)音芯片通過(guò)揚(yáng)聲器播放“0．9 m”的語(yǔ)音，并通過(guò)LCD顯示提醒駕駛者當(dāng)前的距離。當(dāng)汽車距離障礙物小于等于0．5 m時(shí)，語(yǔ)音芯片通過(guò)揚(yáng)聲器連續(xù)播放“停車”的語(yǔ)音。
3．3 模式間的相互轉(zhuǎn)換
    當(dāng)駕駛員將手柄轉(zhuǎn)到倒車檔后，倒車?yán)走_(dá)開(kāi)始采集探測(cè)距離的數(shù)據(jù)，并通過(guò)單線接口向主控芯片發(fā)出中斷請(qǐng)求。主控芯片響應(yīng)中斷，由中斷程序處理接收到的數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)有效后，向消息隊(duì)列中發(fā)送“倒車開(kāi)始”的消息。主程序接收到“倒車開(kāi)始”消息，車載MP3播放機(jī)進(jìn)入模式轉(zhuǎn)換過(guò)程。在模式轉(zhuǎn)換過(guò)程有2個(gè)步驟：首先，保存當(dāng)前模式中的一些參數(shù)，并將當(dāng)前模式設(shè)置為倒車模式。在倒車模式結(jié)束后恢復(fù)到原來(lái)的模式，如圖7所示。

    然后，調(diào)用程序中的顯示模塊和語(yǔ)音提示模塊，進(jìn)入倒車?yán)走_(dá)模式，將探測(cè)距離實(shí)時(shí)地顯示在LCD上，并通過(guò)語(yǔ)音芯片發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示。倒車結(jié)束后，倒車?yán)走_(dá)停止對(duì)探測(cè)距離數(shù)據(jù)的發(fā)送，向消息隊(duì)列中發(fā)送“倒車結(jié)束”的消息，主程序接收到“倒車結(jié)束”消息后，車載MP3播放機(jī)返回倒車前的模式。

4 結(jié)語(yǔ)
    該倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)，是車載MP3播放機(jī)和倒車?yán)走_(dá)的有機(jī)結(jié)合，給用戶在實(shí)際使用和安裝都帶來(lái)了方便。由于該設(shè)計(jì)方案是基于一款已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的車載MP3播放機(jī)SH252所提出的，以及SH252的主控芯片輸入／輸出端口資源有限，所以在倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)中使用了EM78P153作倒車過(guò)程中的探測(cè)距離數(shù)據(jù)的采集。設(shè)計(jì)的下一個(gè)方向是在車載MP3播放機(jī)主控芯片上實(shí)現(xiàn)控制超聲波信號(hào)的發(fā)射和探測(cè)距離數(shù)據(jù)的采集。