摘要：提出了一種基于車載MP3播放機一SH252的倒車雷達設計方案，并介紹了系統(tǒng)的軟硬件設計思路。系統(tǒng)采用EM78P153單片機作為倒車雷達數據采集部分，采用超聲波探測方式測距。在倒車時，倒車雷達會自動啟動，并在EM78P153的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波信號，當遇到障礙物時，產生回波信號，探頭接收到回波信號后經控制器進行數據處理并計算出車體與障礙物之間的實際距離，然后將數據發(fā)送到車載MP3播放機上進行距離顯示和語音同步提示，為駕駛員提供報警提示，提高駕駛的安全性。
關鍵詞：車載MP3播放機；EM78P153；超聲波測距；語音同步提示
近年來，隨著汽車電子技術的快速發(fā)展，倒車雷達以及具有MP3播放、收音、AUX-IN、音頻功率放大器等功能的車載MP3播放機的市場需求與日俱增。然而市場上的車載MP3播放機和倒車雷達是相互獨立的2個部分，用戶在使用和安裝時都帶來了不便?？紤]到車載MP3播放機和倒車雷達在汽車上的普及程度以及消費者對兩者的依賴性，在車載MP3播放機中結合倒車雷達功能對消費市場的開拓是很必要的。本文在不改動一款車載MP3播放機整機原有性能的基礎上，提出了一種適當加入倒車雷達功能的可行性方案。
本文著重介紹，超聲波測量距離的原理，以及如何使倒車雷達與車載MP3播放機有機地結合在一起。
1 系統(tǒng)總體結構
1．1 倒車雷達設計結構
該倒車雷達設計是基于江門市奧威電子有限公司自主研發(fā)的一款名為SH252的車載MP3播放機設計而成，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盤中的音頻文件，支持AUX-IN模式，支持數字FM全頻(87．5～108．0MHz)電子調諧收音，18個預置電臺。
主控MCU采用杭州士蘭微電子股份有限公司提供的SC95870，它是一款內置MCU，DSP，DMA控制器、DAC等模塊的SOC芯片，其內部結構框圖如圖2所示。SC95870是一款帶有USB Host功能的MP3解碼播放芯片，支持從多種存儲介質播放MP3，包括USB，SD／MMC卡，芯片內置立體聲DA C，LDO和PLL可以有效地降低整機成本，它被廣泛應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播放機的功能要求，以及生產成本、芯片內部資源、等因素，本系統(tǒng)使用EM78P153實現倒車雷達設計中數據采集模塊。該芯片具有32×8 b片內SRAM、1 024×13 b片內ROM、12個可編程的雙向復用I／O、1個8位實時計時／計數器TCC、1個可編程自由運行看門狗定時器WDT。EM78P153芯片既滿設計要求，又具備價格優(yōu)勢，且技術成熟度較高，故成為方案設計首選。
語音芯片選擇性價比較高的AK020，它是一款一次性燒錄語音IC芯片。其主要特點是腳位少、體積小，有DAC和PWM驅動方式語音輸出，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位數據壓縮。支持3模式觸發(fā)功能：獨立模式、串行觸發(fā)模式、CPU命令模式。
2 方案原理
倒車雷達，又稱泊車輔助系統(tǒng)。它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器、控制器、顯示器和語音芯片等部分組成。它能以語音和更為直觀的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，增強汽車的后視能力，提高駕駛的安全性。
超聲波測距原理是借助超聲波指向性強，能量緩慢消耗的特點，通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波。在發(fā)射時刻的開始進行計時。超聲波在空氣中傳播時遇到障礙物立即被反射回來，超聲波接收器在收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為v，而根據計時器記錄的發(fā)射超聲波和接收到回波的之間的時間t，就可以計算出發(fā)射點和障礙物之間的距離l，即：
l=vt／2 (1)
這就是超聲波時間差測距法。
倒車雷達數據采集系統(tǒng)如圖3所示，該系統(tǒng)由數據采集芯片EM78P153發(fā)送40 kHz的信號以及4路通道選擇信號控制超聲波信號的發(fā)射。當駕駛員將手柄轉到倒車檔后，車載MP3播放機自動轉換進入倒車模式，并且啟動計時／計數器TCC，接收到回波信號后關閉TCC。通過計時／計數器TCC準確測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時間，根據超聲波的速度計算出汽車與障礙物之間的探測距離，并將探測距離發(fā)送到主控芯片。通過主控芯片將探測距離實時地顯示在LCD上，并發(fā)出相應的報警提示。
3 系統(tǒng)部分設計
3．1 EM78P153數據發(fā)送
芯片EM78P153采集到探測距離的數據后，通過單線接口方式將4路數據發(fā)送到主控芯片上?？紤]到傳輸距離很短，在數據編碼中沒有采用校驗，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采集到的探測距離，如圖5所示。其中引導碼由9 ms的低電平和4．5 ms的高電平組成。其中8位數據碼，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位數據表示探測距離。
3．2 語音報警提示
報警提示和語音報數是由語音芯片AK020和其他一些外圍器件共同組成。根據汽車與障礙物之間距離進行報數和報警。在應用前先將所需的語音按照一定的順序錄入到指定的存儲器中。語音內容分配列表如圖6所示。
每次發(fā)脈沖觸發(fā)信號前先發(fā)復位計數信號，復位脈沖計數器大于100 μs，等待100μs后，再發(fā)送觸發(fā)信號，發(fā)送第n個觸發(fā)信號給語音芯片，則播放第n段語音。當汽車與障礙物之間大于1 m時，語音芯片不進行報數，此時由LCD顯示距離，由蜂鳴器發(fā)出“嘀嘀”聲。當汽車距離障礙物1 m時，語音芯片通過揚聲器播放“1 m”的語音，當汽車距離障礙物0．9 m時，語音芯片通過揚聲器播放“0．9 m”的語音，并通過LCD顯示提醒駕駛者當前的距離。當汽車距離障礙物小于等于0．5 m時，語音芯片通過揚聲器連續(xù)播放“停車”的語音。
3．3 模式間的相互轉換
當駕駛員將手柄轉到倒車檔后，倒車雷達開始采集探測距離的數據，并通過單線接口向主控芯片發(fā)出中斷請求。主控芯片響應中斷，由中斷程序處理接收到的數據，并判斷數據有效后，向消息隊列中發(fā)送“倒車開始”的消息。主程序接收到“倒車開始”消息，車載MP3播放機進入模式轉換過程。在模式轉換過程有2個步驟：首先，保存當前模式中的一些參數，并將當前模式設置為倒車模式。在倒車模式結束后恢復到原來的模式，如圖7所示。
然后，調用程序中的顯示模塊和語音提示模塊，進入倒車雷達模式，將探測距離實時地顯示在LCD上，并通過語音芯片發(fā)出相應的報警提示。倒車結束后，倒車雷達停止對探測距離數據的發(fā)送，向消息隊列中發(fā)送“倒車結束”的消息，主程序接收到“倒車結束”消息后，車載MP3播放機返回倒車前的模式。
4 結語
該倒車雷達設計，是車載MP3播放機和倒車雷達的有機結合，給用戶在實際使用和安裝都帶來了方便。由于該設計方案是基于一款已經設計完成的車載MP3播放機SH252所提出的，以及SH252的主控芯片輸入／輸出端口資源有限，所以在倒車雷達設計中使用了EM78P153作倒車過程中的探測距離數據的采集。設計的下一個方向是在車載MP3播放機主控芯片上實現控制超聲波信號的發(fā)射和探測距離數據的采集。
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