一种基于车载MP3播放机的倒车雷达设计

摘要：提出了一种基于车载MP3播放机一SH252的倒车雷达设计方案，并介绍了系统的软硬件设计思路。系统采用EM78P153单片机作为倒车雷达数据采集部分，采用超声波探测方式测距。在倒车时，倒车雷达会自动启动，并在EM78P153的控制下，由装置于车尾保险杠上的探头发送超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，探头接收到回波信号后经控制器进行数据处理并计算出车体与障碍物之间的实际距离，然后将数据发送到车载MP3播放机上进行距离显示和语音同步提示，为驾驶员提供报警提示，提高驾驶的安全性。
关键词：车载MP3播放机；EM78P153；超声波测距；语音同步提示

    近年来，随着汽车电子技术的快速发展，倒车雷达以及具有MP3播放、收音、AUX-IN、音频功率放大器等功能的车载MP3播放机的市场需求与日俱增。然而市场上的车载MP3播放机和倒车雷达是相互独立的2个部分，用户在使用和安装时都带来了不便。考虑到车载MP3播放机和倒车雷达在汽车上的普及程度以及消费者对两者的依赖性，在车载MP3播放机中结合倒车雷达功能对消费市场的开拓是很必要的。本文在不改动一款车载MP3播放机整机原有性能的基础上，提出了一种适当加入倒车雷达功能的可行性方案。
    本文着重介绍，超声波测量距离的原理，以及如何使倒车雷达与车载MP3播放机有机地结合在一起。

1 系统总体结构
1．1 倒车雷达设计结构
    该倒车雷达设计是基于江门市奥威电子有限公司自主研发的一款名为SH252的车载MP3播放机设计而成，系统总体框图如图1所示。SH252的主要功能有：可播放MP3音频格式的歌曲，支持读取SD／MMC卡／U盘中的音频文件，支持AUX-IN模式，支持数字FM全频(87．5～108．0MHz)电子调谐收音，18个预置电台。

    主控MCU采用杭州士兰微电子股份有限公司提供的SC95870，它是一款内置MCU，DSP，DMA控制器、DAC等模块的SOC芯片，其内部结构框图如图2所示。SC95870是一款带有USB Host功能的MP3解码播放芯片，支持从多种存储介质播放MP3，包括USB，SD／MMC卡，芯片内置立体声DA C，LDO和PLL可以有效地降低整机成本，它被广泛应用于家庭媒体播放系统以及汽车电子等系统中。

1．2 主要器件选择
    考虑到该款车载MP3播放机的功能要求，以及生产成本、芯片内部资源、等因素，本系统使用EM78P153实现倒车雷达设计中数据采集模块。该芯片具有32×8 b片内SRAM、1 024×13 b片内ROM、12个可编程的双向复用I／O、1个8位实时计时／计数器TCC、1个可编程自由运行看门狗定时器WDT。EM78P153芯片既满设计要求，又具备价格优势，且技术成熟度较高，故成为方案设计首选。
    语音芯片选择性价比较高的AK020，它是一款一次性烧录语音IC芯片。其主要特点是脚位少、体积小，有DAC和PWM驱动方式语音输出，外围元器件少。芯片可容纳最多64组声音。用户可选择的8位5位和4位数据压缩。支持3模式触发功能：独立模式、串行触发模式、CPU命令模式。

2 方案原理
    倒车雷达，又称泊车辅助系统。它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器、控制器、显示器和语音芯片等部分组成。它能以语音和更为直观的LCD显示告知驾驶员周围障碍物的情况，避免了驾驶员倒车时障碍物损伤汽车，甚至引发交通事故，并帮助驾驶员扫除了视野死角，增强汽车的后视能力，提高驾驶的安全性。
    超声波测距原理是借助超声波指向性强，能量缓慢消耗的特点，通过超声波发射器向某一方向发射超声波。在发射时刻的开始进行计时。超声波在空气中传播时遇到障碍物立即被反射回来，超声波接收器在收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为v，而根据计时器记录的发射超声波和接收到回波的之间的时间t，就可以计算出发射点和障碍物之间的距离l，即：
    l=vt／2      (1)
    这就是超声波时间差测距法。
    倒车雷达数据采集系统如图3所示，该系统由数据采集芯片EM78P153发送40 kHz的信号以及4路通道选择信号控制超声波信号的发射。当驾驶员将手柄转到倒车档后，车载MP3播放机自动转换进入倒车模式，并且启动计时／计数器TCC，接收到回波信号后关闭TCC。通过计时／计数器TCC准确测出超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间，根据超声波的速度计算出汽车与障碍物之间的探测距离，并将探测距离发送到主控芯片。通过主控芯片将探测距离实时地显示在LCD上，并发出相应的报警提示。

3 系统部分设计
3．1 EM78P153数据发送
    芯片EM78P153采集到探测距离的数据后，通过单线接口方式将4路数据发送到主控芯片上。考虑到传输距离很短，在数据编码中没有采用校验，具体编码有以下特征：
    采用脉宽不同的串行码，以脉宽为0．565 ms、间隔0．56 ms、周期为1．125 ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0．565 ms、间隔1．685 ms、周期为2．25 ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图4所示。

    上述0和1组成连续的32位二进制码组，前16位是分别是超声波发射／接收器1和超声波发射／接收器2采集到的探测距离，后16位是分别是超声波发射／接收器3和超声波发射／接收器4采集到的探测距离，如图5所示。其中引导码由9 ms的低电平和4．5 ms的高电平组成。其中8位数据码，第7位和第6位组合表示4路传感器，“00”表示传感器1，“01”表示传感器2，“10”表示传感器3，“11”表示传感器4；第5位始终等于0；剩下的5位数据表示探测距离。

3．2 语音报警提示
    报警提示和语音报数是由语音芯片AK020和其他一些外围器件共同组成。根据汽车与障碍物之间距离进行报数和报警。在应用前先将所需的语音按照一定的顺序录入到指定的存储器中。语音内容分配列表如图6所示。

    每次发脉冲触发信号前先发复位计数信号，复位脉冲计数器大于100 μs，等待100μs后，再发送触发信号，发送第n个触发信号给语音芯片，则播放第n段语音。当汽车与障碍物之间大于1 m时，语音芯片不进行报数，此时由LCD显示距离，由蜂鸣器发出“嘀嘀”声。当汽车距离障碍物1 m时，语音芯片通过扬声器播放“1 m”的语音，当汽车距离障碍物0．9 m时，语音芯片通过扬声器播放“0．9 m”的语音，并通过LCD显示提醒驾驶者当前的距离。当汽车距离障碍物小于等于0．5 m时，语音芯片通过扬声器连续播放“停车”的语音。
3．3 模式间的相互转换
    当驾驶员将手柄转到倒车档后，倒车雷达开始采集探测距离的数据，并通过单线接口向主控芯片发出中断请求。主控芯片响应中断，由中断程序处理接收到的数据，并判断数据有效后，向消息队列中发送“倒车开始”的消息。主程序接收到“倒车开始”消息，车载MP3播放机进入模式转换过程。在模式转换过程有2个步骤：首先，保存当前模式中的一些参数，并将当前模式设置为倒车模式。在倒车模式结束后恢复到原来的模式，如图7所示。

    然后，调用程序中的显示模块和语音提示模块，进入倒车雷达模式，将探测距离实时地显示在LCD上，并通过语音芯片发出相应的报警提示。倒车结束后，倒车雷达停止对探测距离数据的发送，向消息队列中发送“倒车结束”的消息，主程序接收到“倒车结束”消息后，车载MP3播放机返回倒车前的模式。

4 结语
    该倒车雷达设计，是车载MP3播放机和倒车雷达的有机结合，给用户在实际使用和安装都带来了方便。由于该设计方案是基于一款已经设计完成的车载MP3播放机SH252所提出的，以及SH252的主控芯片输入／输出端口资源有限，所以在倒车雷达设计中使用了EM78P153作倒车过程中的探测距离数据的采集。设计的下一个方向是在车载MP3播放机主控芯片上实现控制超声波信号的发射和探测距离数据的采集。