基于SPCE061A的汽車倒車防撞報(bào)警器設(shè)計(jì)與研究

1.引言

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展， 擁有私家轎車的人越來(lái)越多， 將會(huì)出現(xiàn)的交通問題也會(huì)隨之越來(lái)越多。其中安全倒車是剛拿駕照或車齡不久的開車人士最為擔(dān)心的問題之一， 只要稍不留神不僅會(huì)給自己或別人帶來(lái)?yè)p失， 還有可能造成不必要的爭(zhēng)吵。針對(duì)上述問題， 我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)倒車防撞報(bào)警器， 能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況， 解除了駕駛員泊車和起動(dòng)車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾， 并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷， 提高了安全性。

2.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由SPCE061A 單片機(jī)、超聲波傳感器和距離預(yù)警模塊三部分組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.1 控制核心單元

SPCE061A 是臺(tái)灣凌陽(yáng)科技公司所研發(fā)生產(chǎn)的一款高性能、低功耗的16 位微控制器， 有多達(dá)十四個(gè)的中斷源， 是性價(jià)比很高的一款十六位單片機(jī)。SPCE061A 的指令系統(tǒng)采用精簡(jiǎn)指令集， 執(zhí)行時(shí)間短， 能夠快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。同時(shí)SPCE061A 擁有8 路10 位精度的ADC, 其中一路為音頻轉(zhuǎn)換通道， 并且內(nèi)置有自動(dòng)增益電路； 兩路10 精度的DAC, 只需要外接放大電路即可完成語(yǔ)音的播放， 這為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提醒提供了方便的硬件條件。

2.2 傳感器模塊

該模塊由超聲波發(fā)射器和超聲波接收器兩大部件組成。主要是完成超聲波的發(fā)送和接收， 其中對(duì)所收集的電信號(hào)進(jìn)行放大比較， 使得SPCE061A 單片機(jī)能夠獲得更為精確的數(shù)據(jù)。

2.2.1 超聲波發(fā)生器

超聲波發(fā)生器采用的是壓電式超聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器利用壓電晶體的諧振來(lái)工作。它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板， 當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)， 其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)， 壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振， 并帶動(dòng)共振板振動(dòng)， 便產(chǎn)生超聲波。發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示。超聲波發(fā)生器與SPCE061A 的引腳IOA1 連接， 通過軟件來(lái)控制發(fā)生與否。

2.2.2 超聲波接收器

超聲波接收器包括超聲波接收探頭和信號(hào)放大兩部分。超聲波接收探頭必須與發(fā)射探頭的型號(hào)相對(duì)應(yīng)， 主要是頻率要一致， 否則會(huì)因無(wú)法產(chǎn)生共振而影響接收效果， 甚至無(wú)法接收。

由于經(jīng)探頭變換后的電信號(hào)非常弱， 因此必須經(jīng)放大電路放大。超聲波接收器所接收的信號(hào)通過SPCE061A 單片機(jī)的IOA2 引腳可以直接輸入單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理， 從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件電路。

2.3 距離預(yù)警模塊

該模塊主要包括： 語(yǔ)音、LED 點(diǎn)陣及提醒指示燈， 駕駛員轉(zhuǎn)倒車檔時(shí)觸發(fā)啟動(dòng)條件系統(tǒng)跟隨啟動(dòng)， LED 點(diǎn)陣顯示車尾與障礙物之間的距離。當(dāng)與障礙物距離小于預(yù)設(shè)范圍（1m、0.5m、0.25m）時(shí)， 分別發(fā)出不同的"BI、BI"報(bào)警聲（正常、較快、急促）， 同時(shí)以之相對(duì)應(yīng)的提醒指示燈開始閃爍， 閃爍程度與報(bào)警聲相應(yīng)， 以達(dá)到增強(qiáng)提醒的效果。

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序

主程序主要完成系統(tǒng)的初始化， 控制觸發(fā)脈沖信號(hào)的發(fā)射與接收， 計(jì)算車尾與障礙物的距離， 判斷所測(cè)距離是否在所對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)， 以驅(qū)動(dòng)顯示電路和發(fā)聲電路。主程序流程如圖3 所示。

3.2 超聲波測(cè)距

算法由于倒車時(shí)汽車的行駛速度較慢， 和聲速相比可以認(rèn)為汽車是靜止的， 因此在系統(tǒng)中可以忽略多普勒效應(yīng)的影響。超聲波測(cè)距就是利用其反射特性。超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出某一頻率的超聲波， 遇到障礙物后反射， 當(dāng)超聲波接收器接受到反射信號(hào)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)， 測(cè)出發(fā)射波和反射波的時(shí)間（T）， 根據(jù)S=C×T/2即可求得距離（S）。其中C 為超聲波波速， 常溫下取為344m/s。

4.結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)利用了SPCE061A 強(qiáng)大的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理能力， 顯著的提高了可靠性， 精確度， 此外， 以單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量誤差小等特點(diǎn)。系統(tǒng)通過LED 點(diǎn)陣可以直觀的顯示出車尾與障礙物的距離， 為駕駛員提供了方便。當(dāng)障礙物距離小于系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警距離時(shí)， 系統(tǒng)點(diǎn)亮提醒指示燈， 并發(fā)出同步語(yǔ)音提示， 及時(shí)提醒司機(jī)剎車， 防止汽車的碰撞或擦傷， 使該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。