汽車防撞系統(tǒng)的研制與實(shí)現(xiàn)
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汽車防撞系統(tǒng)是一種可向司機(jī)預(yù)先發(fā)出視聽告警信號的探測裝置。通常它安裝在汽車上，能探測企圖接近車身的行人、車輛或周圍障礙物；能向司機(jī)及乘客提前發(fā)出即將發(fā)生撞車危險的信號，促使司機(jī)甚至撇開司機(jī)采取應(yīng)急措施處理特殊險情，避免損失。當(dāng)前，盡管各國都在研究防碰撞系統(tǒng)(國際上通常稱為主動安全系統(tǒng))，但怎樣才能更好地解決虛警的問題，始終困擾著相關(guān)工作者。國際上的研究者通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)達(dá)成共識，若想有效地解決上述問題，防撞系統(tǒng)必須具有如下功能：
(1)必須具備測角能力，目標(biāo)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(qiáng)的復(fù)雜發(fā)射信號，配合實(shí)時高效的信號處理和目標(biāo)檢測算法，用以去除虛警。
只有以上兩點(diǎn)緊密結(jié)合起來才能保證汽車防碰撞系統(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)字長和相關(guān)門限可編程。該芯片是美國TRW公司近年推出的單片64位CMOS全數(shù)字相關(guān)器大規(guī)模集成電路，其內(nèi)部有三個獨(dú)立時鐘的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7位寄存器用來裝載預(yù)置的門限值。0～64之間任意長的隨機(jī)數(shù)據(jù)與本地碼經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后，以三態(tài)緩沖的7位BCD編碼輸出，并與預(yù)置的門限值在比較器中比較，若相關(guān)值大于或等于門限值，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、記錄及條形碼識別中，尤其適合于雷達(dá)信號的識別。
nRF24E1是一種工作頻率可達(dá)到2.4GHz的無線射頻收發(fā)芯片，通道運(yùn)算時間小于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，每一個待發(fā)信號對于處理器來講都可以作為中斷進(jìn)行編程，或者通過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)器和兩個收發(fā)單元。輸出能量、頻段和其它射頻參數(shù)可通過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)計算它們傳過來的數(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，然后由相關(guān)運(yùn)算芯片TMC2032送來的調(diào)制信號對其進(jìn)行調(diào)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(zhǔn)備。為了使電磁波信號能夠有足夠遠(yuǎn)的傳播距離，還需要對調(diào)制后的信號進(jìn)行放大，完成這個功能的電路是功放電路。最后把這樣的一個信號傳向空中。
圖1 射頻收發(fā)核心電路
3 收發(fā)單元的布置方案及計算原理
汽車在行駛的過程當(dāng)中，對于前方的障礙物，要能夠判斷其相對于汽車的空間立體方位才能把前后、左右、上下的障礙物避開；而后面的障礙物，則只需判斷出其與汽車的前后及左右距離即可。所以采取在車前面安裝三個射頻收發(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。在車后面則安裝兩套射頻收發(fā)系統(tǒng)，呈水平分布。整個收發(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)計算障礙物距離的簡單過程。
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