汽車(chē)防撞系統的研制與實(shí)現

作者：時(shí)間：2013-02-17 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展及社會(huì )的進(jìn)步，越來(lái)越多的汽車(chē)進(jìn)入了普通人的家庭。盡管公路條件在不斷改進(jìn)，但仍然避免不了公路上汽車(chē)擁擠的現狀，再加上車(chē)速逐漸提高，惡性交通事故無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生，給人們和社會(huì )帶來(lái)了巨大的生命與財產(chǎn)損失。

汽車(chē)防撞系統是一種可向司機預先發(fā)出視聽(tīng)告警信號的探測裝置。通常它安裝在汽車(chē)上，能探測企圖接近車(chē)身的行人、車(chē)輛或周?chē)系K物；能向司機及乘客提前發(fā)出即將發(fā)生撞車(chē)危險的信號，促使司機甚至撇開(kāi)司機采取應急措施處理特殊險情，避免損失。當前，盡管各國都在研究防碰撞系統(國際上通常稱(chēng)為主動(dòng)安全系統)，但怎樣才能更好地解決虛警的問(wèn)題，始終困擾著(zhù)相關(guān)工作者。國際上的研究者通過(guò)大量的實(shí)驗研究，已經(jīng)達成共識，若想有效地解決上述問(wèn)題，防撞系統必須具有如下功能：

(1)必須具備測角能力，目標的方位角信息對于去除虛警是必不可少的；
(2)易于產(chǎn)生抗干擾性能強的復雜發(fā)射信號，配合實(shí)時(shí)高效的信號處理和目標檢測算法，用以去除虛警。

只有以上兩點(diǎn)緊密結合起來(lái)才能保證汽車(chē)防碰撞系統的可靠性。

1 TMC2023芯片和nRF24E1芯片特點(diǎn)介紹

TMC2032是一種新型的全數字相關(guān)器電路，其相關(guān)字長(cháng)和相關(guān)門(mén)限可編程。該芯片是美國TRW公司近年推出的單片64位CMOS全數字相關(guān)器大規模集成電路，其內部有三個(gè)獨立時(shí)鐘的8位移位寄存器(隨機數據寄存器A、本地碼寄存器B和屏蔽碼寄存器M)；另外還有一個(gè)7位寄存器用來(lái)裝載預置的門(mén)限值。0～64之間任意長(cháng)的隨機數據與本地碼經(jīng)相關(guān)運算后，以三態(tài)緩沖的7位BCD編碼輸出，并與預置的門(mén)限值在比較器中比較，若相關(guān)值大于或等于門(mén)限值，則標志位由低變高。由于采用了先進(jìn)的高速CMOS生產(chǎn)工藝，并行相關(guān)速率高達30MHz以上?？蓮V泛應用于同步、匹配濾波、誤碼檢測、記錄及條形碼識別中，尤其適合于雷達信號的識別。

nRF24E1是一種工作頻率可達到2.4GHz的無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片，通道運算時(shí)間小于200μs，數據速率為1Mbps，不需要外接SAW濾波器，是目前世界首次推出的全球通用的低成本射頻系統級芯片。內部嵌有與8051兼容的微處理器和10位9輸入的A/D轉換器，可以在1.9V～3.6V之間的電壓下穩定工作；內部還嵌有電壓調整器和VDD電壓監視器。無(wú)線(xiàn)收發(fā)部分有與nRF2401同樣的功能，該功能由內部并行口和內部SPI啟動(dòng)，每一個(gè)待發(fā)信號對于處理器來(lái)講都可以作為中斷進(jìn)行編程，或者通過(guò)GPIO端口傳送給微處理器。芯片nRF24E1可以在世界公用的頻段范圍2.4～2.5GHz內實(shí)現無(wú)線(xiàn)通訊。收發(fā)部分包含有分頻器、放大器、調節器和兩個(gè)收發(fā)單元。輸出能量、頻段和其它射頻參數可通過(guò)射頻寄存器方便地編程調節。在發(fā)送模式下，電流消耗只有10.5mA；在接收模式下，電流消耗只有18mA，所以功耗相當低。

2 系統結構

整套信息采集系統由五套射頻發(fā)射與接收裝置組成，每套發(fā)射與接收部分的基本電路都是一樣的，這五套收發(fā)裝置又與DSP中央處理器相連，中央處理器負責計算它們傳過(guò)來(lái)的數據，根據實(shí)際情況作出決策。

每套發(fā)射與接收裝置的結構如圖1所示。首先由以nRF24E1為核心的射頻發(fā)射電路產(chǎn)生高頻電磁波，然后由相關(guān)運算芯片TMC2032送來(lái)的調制信號對其進(jìn)行調制，從而產(chǎn)生出與其它射頻收發(fā)單元不同的射頻信號，為接收做好充分準備。為了使電磁波信號能夠有足夠遠的傳播距離，還需要對調制后的信號進(jìn)行放大，完成這個(gè)功能的電路是功放電路。最后把這樣的一個(gè)信號傳向空中。

圖1 射頻收發(fā)核心電路

當發(fā)出去的電磁波遇到障礙物返回時(shí)，首先要經(jīng)過(guò)相關(guān)運算芯片TMC2032對之進(jìn)行識別，若是同組發(fā)射部分發(fā)出去的則收，并把這個(gè)信號進(jìn)一步傳給射頻接收部分；否則拒絕接收。然后接收部分根據電磁波在空中傳播產(chǎn)生的相位移計算出其傳播所耗的時(shí)間，再計算出障礙物與該組收發(fā)部分的距離。最后把這個(gè)距離信息送給中央處理器。中央處理單片機要同時(shí)對五組射頻收發(fā)單元傳過(guò)來(lái)的距離信息作出計算，得出所測的障礙物與車(chē)的空間方位。到此，障礙物的信息采集工作基本完成，剩下的就是把這個(gè)綜合信息再傳給更高級的中央處理器，讓其作出最后決策。

3 收發(fā)單元的布置方案及計算原理

汽車(chē)在行駛的過(guò)程當中，對于前方的障礙物，要能夠判斷其相對于汽車(chē)的空間立體方位才能把前后、左右、上下的障礙物避開(kāi)；而后面的障礙物，則只需判斷出其與汽車(chē)的前后及左右距離即可。所以采取在車(chē)前面安裝三個(gè)射頻收發(fā)系統，并且三套收發(fā)系統彼此之間呈垂直于水平面的三角形分布。在車(chē)后面則安裝兩套射頻收發(fā)系統，呈水平分布。整個(gè)收發(fā)系統的安裝如圖2所示。下面給出用射頻收發(fā)系統計算障礙物距離的簡(jiǎn)單過(guò)程。

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