基于SPCE061A的汽車(chē)倒車(chē)防撞報警器設計與研究

1.引言

隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展， 擁有私家轎車(chē)的人越來(lái)越多， 將會(huì )出現的交通問(wèn)題也會(huì )隨之越來(lái)越多。其中安全倒車(chē)是剛拿駕照或車(chē)齡不久的開(kāi)車(chē)人士最為擔心的問(wèn)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吵。針對上述問(wèn)題， 我們設計了一個(gè)倒車(chē)防撞報警器， 能以聲音或者更為直觀(guān)的顯示告知駕駛員周?chē)系K物的情況， 解除了駕駛員泊車(chē)和起動(dòng)車(chē)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(xiàn)模糊的缺陷， 提高了安全性。

2.總體結構設計

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

2.1 控制核心單元

SPCE061A 是臺灣凌陽(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， 有多達十四個(gè)的中斷源， 是性?xún)r(jià)比很高的一款十六位單片機。SPCE061A 的指令系統采用精簡(jiǎn)指令集， 執行時(shí)間短， 能夠快速地處理復雜的數字信號。同時(shí)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， 其中對所收集的電信號進(jìn)行放大比較， 使得SPCE061A 單片機能夠獲得更為精確的數據。

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(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(guò)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(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(guò)SPCE061A 單片機的IOA2 引腳可以直接輸入單片機內部進(jìn)行處理， 從而簡(jiǎn)化了系統的硬件電路。

2.3 距離預警模塊

該模塊主要包括： 語(yǔ)音、LED 點(diǎn)陣及提醒指示燈， 駕駛員轉倒車(chē)檔時(shí)觸發(fā)啟動(dòng)條件系統跟隨啟動(dòng)， LED 點(diǎn)陣顯示車(chē)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(shí)， 分別發(fā)出不同的BI、BI報警聲（正常、較快、急促）， 同時(shí)以之相對應的提醒指示燈開(kāi)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的初始化， 控制觸發(fā)脈沖信號的發(fā)射與接收， 計算車(chē)尾與障礙物的距離， 判斷所測距離是否在所對應的范圍內， 以驅動(dòng)顯示電路和發(fā)聲電路。主程序流程如圖3 所示。

3.2 超聲波測距

算法由于倒車(chē)時(shí)汽車(chē)的行駛速度較慢， 和聲速相比可以認為汽車(chē)是靜止的， 因此在系統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(shí)間（T）， 根據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(yǔ)

該系統利用了SPCE061A 強大的實(shí)時(shí)控制和數據處理能力， 顯著(zhù)的提高了可靠性， 精確度， 此外， 以單片機來(lái)實(shí)現有著(zhù)結構簡(jiǎn)單、工作可靠、測量誤差小等特點(diǎn)。系統通過(guò)LED 點(diǎn)陣可以直觀(guān)的顯示出車(chē)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設定的報警距離時(shí)， 系統點(diǎn)亮提醒指示燈， 并發(fā)出同步語(yǔ)音提示， 及時(shí)提醒司機剎車(chē)， 防止汽車(chē)的碰撞或擦傷， 使該系統具有很強的實(shí)用性。