新型智能化倒車(chē)雷達主控芯片設計

1 引言
隨著(zhù)汽車(chē)普及率的逐年增加，消費者在將汽車(chē)作為交通運輸工具的同時(shí)，對汽車(chē)配置有了更多的要求，尤其是對舒適性和安全性提出了更高的要求。對于很多司機尤其是新手來(lái)說(shuō)，倒車(chē)無(wú)疑是件非常頭痛的事，倒車(chē)雷達正好可以幫司機解決這個(gè)難題，因此越來(lái)越多的商家進(jìn)入了這個(gè)市場(chǎng)。從目前市場(chǎng)情況看，國內倒車(chē)雷達生產(chǎn)廠(chǎng)家都是使用單片機配合外圍運放、鎖相環(huán)電路完成超聲波測距并提供報警的工作，缺乏單芯片方案，而使用單片機方案要求生產(chǎn)廠(chǎng)家必須具備開(kāi)發(fā)軟硬件的能力，而且利用軟件控制存在不穩定的因素。如果能用專(zhuān)用芯片實(shí)現整個(gè)系統功能，對倒車(chē)雷達生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，不僅能降低開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本，對整機的可靠性也有很大提高。
目前，成都國騰微電子有限公司已率先推出芯片級倒車(chē)雷達解決方案。
2：系統概述
2.1 系統框圖

圖1 芯片管腳圖示

圖2 系統內部結構框圖
2.2 功能概述
系統提供4個(gè)超聲波探頭接口，接收到反射回來(lái)的信號后，根據發(fā)送和接收的時(shí)間差判斷障礙物距離的危險等級，輸出相應報警信號。報警信號編碼后采用雙線(xiàn)差分方式輸出，輸出信號的內容包括：各探頭檢測到的障礙物距離的危險等級、最近障礙物的方位、最近障礙物的距離值和附加消息。
2.3 接口協(xié)議
報警信號采用雙線(xiàn)差分串行輸出的方式，目的是提高傳輸信號在長(cháng)距離和強干擾環(huán)境下的傳輸正確性。雙線(xiàn)差分傳輸具體格式是：ALOUTP輸出實(shí)際需要的信號，ALOUTN 則輸出與ALOUTP相反的電平信號。
2.3.1 倒車(chē)模式
報警信號以數據包格式輸出，每個(gè)數據包包括3個(gè)字節，格式和內容如下所述：
第一個(gè)字節：第一字節高四位為起始標志，用于說(shuō)明此報警數據是倒車(chē)模式下的數據還是扒車(chē)模式下的數據，倒車(chē)模式是“0101”，扒車(chē)模式是“1010”。倒車(chē)模式下數據格式如圖3所示，第一字節的低2兩位用于輸出附加消息，輸出數據指示1或4探頭是否進(jìn)入環(huán)境適應模式，S1表示探頭1是否進(jìn)入環(huán)境適應模式，“1”表示進(jìn)入環(huán)境適應模式，“0”表示正常倒車(chē)模式；S4表示探頭2是否進(jìn)入環(huán)境適應模式，“1”表示進(jìn)入環(huán)境適應模式，“0”表示正常倒車(chē)模式。低4位SX1和低3位SX0表示最近障礙物的方位，00表示是探頭1方向，01表示是探頭2方向，10表示是探頭3方向，11表示是探頭4方向。

圖3  第一字節數據格式
第二個(gè)字節：如圖4所示，SXA和SXB表示X號探頭檢測到的障礙物的危險等級，危險等級分為安全、警告、危險、停車(chē)4級，分別用00、01、10、11表示。例如第二字節數據為“10010000”，表示第一個(gè)探頭檢測到危險狀態(tài)，第二個(gè)探頭檢測到警告狀態(tài)，第三和第四個(gè)探頭為安全狀態(tài)。

圖4 第二字節數據格式
第三字節：第三字節輸出最近障礙物的距離值，數據格式如圖5所示，DA1DA0表示最近障礙物距離的第一位數據，按BCD編碼，最大值為3；DB0~DB3表示最近障礙物距離的第二位數據，按BCD編碼，最大值為9；DC0表示第三位數據，0表示0，1表示5。

圖5  第三字節數據格式
2.3.2 防扒車(chē)模式
防扒車(chē)模式下，輸出的數據包也包括3個(gè)字節，但只有第一個(gè)字節為有效數據，后兩個(gè)字節無(wú)效，固定為‘0x00’。該數據包第一字節的數據格式如圖6所示，高四位為起始標志，用于說(shuō)明此報警數據是倒車(chē)模式下的數據還是防扒車(chē)模式下的數據，倒車(chē)模式是“0101”，扒車(chē)模式是“1010”。低四位指示方位，SX位為1則表示X號探頭檢測到近距離障礙物，SX為0則表示沒(méi)有檢測到近距離障礙物。

 圖6  防扒車(chē)模式報警數據格式
3 智能化原理
3.1 防聲波衍射處理
由于聲波傳輸的特性，聲波會(huì )出現未經(jīng)實(shí)際物體反射就直接回到探頭被檢測到，造成處理器認為是實(shí)際發(fā)射接收到的信號，直接導致誤報。但聲波衍射的干擾強度很難達到實(shí)際物體有效反射的超聲波強度，所以可通過(guò)識別來(lái)判斷。硬件一旦判定收到的超聲波信號是聲波衍射返回的信號，則自動(dòng)忽略該結果，芯片繼續等待在固定時(shí)間△T內是否有有效反射波，有則進(jìn)行處理，沒(méi)有則轉入下一探頭的驅動(dòng)。
3.2 智能識別處理
由于地面上的小物體，比如磚塊，石塊，水果都會(huì )造成超聲波的反射，并讓探頭檢測到。而這些物體并不影響車(chē)輛的倒車(chē)操作，所以實(shí)際上是一種誤報現象。所以硬件要對這種情況進(jìn)行處理，提高報警的準確性。
智能識別處理可以通過(guò)不同大小的物體反射的超聲波幅度不同來(lái)判斷。所以一旦確定多大的物體不會(huì )影響倒車(chē)的操作，就可以明確地測量該物體在不同距離上的超聲波發(fā)生的幅度和轉換后的電平大小，處理器可根據實(shí)驗測試出來(lái)的結果在模擬或數字部分進(jìn)行處理，根據要求忽略掉相應的接收信號。與防聲波衍射處理一樣，硬件忽略掉無(wú)效反射波后要繼續等待在固定時(shí)間△T內是否有有效反射波，有則進(jìn)行處理，沒(méi)有則轉入下一探頭的驅動(dòng)。
3.3 環(huán)境適應處理
車(chē)輛在倒車(chē)進(jìn)入一個(gè)巷道或兩邊已經(jīng)?？苛似渌?chē)輛的停車(chē)場(chǎng)的車(chē)位時(shí)都會(huì )存在環(huán)境影響造成的誤報警。因為在這種情況下，絕大部分倒車(chē)的過(guò)程中，最近的檢測距離和方位都在車(chē)身的兩邊（墻面或兩邊車(chē)輛的超聲波反射），但駕駛員可以通過(guò)兩邊的反光鏡掌握兩邊的車(chē)距，駕駛員關(guān)心的是車(chē)身后面的障礙物體。所以處理器在這種環(huán)境下應該能識別并適應。
解決辦法是對車(chē)身兩邊的物體發(fā)射的距離做記錄和統計，當發(fā)現探頭一和探頭四，或者其中的一個(gè)在6個(gè)報警周期內檢測到的距離都比較恒定，或變化范圍很小，則認為處于上述環(huán)境中。于是，處理器在送出相應的消息后就不再輸出相應探頭的探測信息，只對探頭二和探頭三的檢測信息作出響應。但是如果探頭一和探頭四的檢測距離變化范圍超過(guò)設定值（