基于SPCE061A的汽車倒車防撞報警器設計與研究

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越多， 將會出現(xiàn)的交通問題也會隨之越來越多。其中安全倒車是剛拿駕照或車齡不久的開車人士最為擔心的問題之一， 只要稍不留神不僅會給自己或別人帶來損失， 還有可能造成不必要的爭吵。針對上述問題， 我們設計了一個倒車防撞報警器， 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車輛時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.總體結構設計

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

2.1 控制核心單元

SPCE061A 是臺灣凌陽科技公司所研發(fā)生產(chǎn)的一款高性能、低功耗的16 位微控制器， 有多達十四個的中斷源， 是性價比很高的一款十六位單片機。SPCE061A 的指令系統(tǒng)采用精簡指令集， 執(zhí)行時間短， 能夠快速地處理復雜的數(shù)字信號。同時SPCE061A 擁有8 路10 位精度的ADC, 其中一路為音頻轉換通道， 并且內(nèi)置有自動增益電路； 兩路10 精度的DAC, 只需要外接放大電路即可完成語音的播放， 這為實現(xiàn)語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， 其中對所收集的電信號進行放大比較， 使得SPCE061A 單片機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工作。它有兩個壓電晶片和一個共振板， 當它的兩極外加脈沖信號， 其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時， 壓電晶片將會發(fā)生共振， 并帶動共振板振動， 便產(chǎn)生超聲波。發(fā)生器內(nèi)部結構如圖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放大兩部分。超聲波接收探頭必須與發(fā)射探頭的型號相對應， 主要是頻率要一致， 否則會因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果， 甚至無法接收。

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

2.3 距離預警模塊

該模塊主要包括： 語音、LED 點陣及提醒指示燈， 駕駛員轉倒車檔時觸發(fā)啟動條件系統(tǒng)跟隨啟動， LED 點陣顯示車尾與障礙物之間的距離。當與障礙物距離小于預設范圍（1m、0.5m、0.25m）時， 分別發(fā)出不同的"BI、BI"報警聲（正常、較快、急促）， 同時以之相對應的提醒指示燈開始閃爍， 閃爍程度與報警聲相應， 以達到增強提醒的效果。

3.軟件設計

3.1 主程序

主程序主要完成系統(tǒng)的初始化， 控制觸發(fā)脈沖信號的發(fā)射與接收， 計算車尾與障礙物的距離， 判斷所測距離是否在所對應的范圍內(nèi)， 以驅動顯示電路和發(fā)聲電路。主程序流程如圖3 所示。

3.2 超聲波測距

算法由于倒車時汽車的行駛速度較慢， 和聲速相比可以認為汽車是靜止的， 因此在系統(tǒng)中可以忽略多普勒效應的影響。超聲波測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， 當超聲波接收器接受到反射信號，將其轉變?yōu)殡娦盘枺?測出發(fā)射波和反射波的時間（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.結束語

該系統(tǒng)利用了SPCE061A 強大的實時控制和數(shù)據(jù)處理能力， 顯著的提高了可靠性， 精確度， 此外， 以單片機來實現(xiàn)有著結構簡單、工作可靠、測量誤差小等特點。系統(tǒng)通過LED 點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。當障礙物距離小于系統(tǒng)設定的報警距離時， 系統(tǒng)點亮提醒指示燈， 并發(fā)出同步語音提示， 及時提醒司機剎車， 防止汽車的碰撞或擦傷， 使該系統(tǒng)具有很強的實用性。