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汽車(chē)防撞系統(tǒng)的研制與實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2013-02-17 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
隨著時(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(xiàn)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(cái)產(chǎn)損失。

汽車(chē)是一種可向司機(jī)預(yù)先發(fā)出視聽(tīng)告警信號(hào)的探測(cè)裝置。通常它安裝在汽車(chē)上,能探測(cè)企圖接近車(chē)身的行人、車(chē)輛或周?chē)系K物;能向司機(jī)及乘客提前發(fā)出即將發(fā)生撞車(chē)危險(xiǎn)的信號(hào),促使司機(jī)甚至撇開(kāi)司機(jī)采取應(yīng)急措施處理特殊險(xiǎn)情,避免損失。當(dāng)前,盡管各國(guó)都在研究防碰撞系統(tǒng)(國(guó)際上通常稱(chēng)為主動(dòng)安全系統(tǒng)),但怎樣才能更好地解決虛警的問(wèn)題,始終困擾著相關(guān)工作者。國(guó)際上的研究者通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究,已經(jīng)達(dá)成共識(shí),若想有效地解決上述問(wèn)題,必須具有如下功能:

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

只有以上兩點(diǎn)緊密結(jié)合起來(lái)才能保證汽車(chē)防碰撞系統(tǒng)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(shù)字相關(guān)器電路,其相關(guān)字長(zhǎng)和相關(guān)門(mén)限可編程。該芯片是美國(guó)TRW公司近年推出的單片64位CMOS全數(shù)字相關(guān)器大規(guī)模集成電路,其內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘的8位移位寄存器(隨機(jī)數(shù)據(jù)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(yù)置的門(mén)限值。0~64之間任意長(zhǎng)的隨機(jī)數(shù)據(jù)與本地碼經(jīng)后,以三態(tài)緩沖的7位BCD編碼輸出,并與預(yù)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(biāo)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(dá)30MHz以上??蓮V泛應(yīng)用于同步、匹配濾波、誤碼檢測(cè)、記錄及條形碼識(shí)別中,尤其適合于雷達(dá)信號(hào)的識(shí)別。

nRF24E1是一種工作頻率可達(dá)到2.4GHz的無(wú)線芯片,通道運(yùn)算時(shí)間小于200μs,數(shù)據(jù)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(tǒng)級(jí)芯片。內(nèi)部嵌有與8051兼容的微處理器和10位9輸入的A/D轉(zhuǎn)換器,可以在1.9V~3.6V之間的電壓下穩(wěn)定工作;內(nèi)部還嵌有電壓調(diào)整器和VDD電壓監(jiān)視器。無(wú)線收發(fā)部分有與nRF2401同樣的功能,該功能由內(nèi)部并行口和內(nèi)部SPI啟動(dòng),每一個(gè)待發(fā)信號(hào)對(duì)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(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊。收發(fā)部分包含有分頻器、放大器、調(diào)節(jié)器和兩個(gè)收發(fā)單元。輸出能量、頻段和其它射頻參數(shù)可通過(guò)射頻寄存器方便地編程調(diào)節(jié)。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(dāng)?shù)汀?

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整套信息采集系統(tǒng)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(fù)責(zé)計(jì)算它們傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),根據(jù)實(shí)際情況作出決策。

每套發(fā)射與接收裝置的結(jié)構(gòu)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,然后由芯片TMC2032送來(lái)的調(diào)制信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制,從而產(chǎn)生出與其它單元不同的射頻信號(hào),為接收做好充分準(zhǔn)備。為了使電磁波信號(hào)能夠有足夠遠(yuǎn)的傳播距離,還需要對(duì)調(diào)制后的信號(hào)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(hào)傳向空中。


圖1 核心電路

當(dāng)發(fā)出去的電磁波遇到障礙物返回時(shí),首先要經(jīng)過(guò)芯片TMC2032對(duì)之進(jìn)行識(shí)別,若是同組發(fā)射部分發(fā)出去的則收,并把這個(gè)信號(hào)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(jù)電磁波在空中傳播產(chǎn)生的相位移計(jì)算出其傳播所耗的時(shí)間,再計(jì)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(jī)要同時(shí)對(duì)五組射頻收發(fā)單元傳過(guò)來(lái)的距離信息作出計(jì)算,得出所測(cè)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(jí)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(jì)算原理

汽車(chē)在行駛的過(guò)程當(dāng)中,對(duì)于前方的障礙物,要能夠判斷其相對(duì)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(tǒng),并且三套收發(fā)系統(tǒng)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(tǒng),呈水平分布。整個(gè)收發(fā)系統(tǒng)的安裝如圖2所示。下面給出用射頻收發(fā)系統(tǒng)計(jì)算障礙物距離的簡(jiǎn)單過(guò)程。

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