基于ARM的超聲波倒車?yán)走_(dá)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種基于ARM的超聲波倒車?yán)走_(dá)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)在汽車掛倒擋時(shí)開始工作，通過超聲波傳感器發(fā)送超聲波檢測(cè)障礙物信息，經(jīng)微處理器處理成測(cè)距信息，并進(jìn)行顯示，當(dāng)距離小到設(shè)定的安全范圍時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)語音報(bào)警。該系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，抗震能力強(qiáng)，測(cè)距準(zhǔn)確且工作穩(wěn)定可靠。該文給出了系統(tǒng)各部分的硬件及軟件實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：ARM；超聲波；傳感器；語音報(bào)警

中圖分類號(hào)：TN959.7

在空氣介質(zhì)中，超聲波傳感器因其性能好，價(jià)格低廉、使用方便，在車輛自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛安全行駛輔助系統(tǒng)中都有應(yīng)用。倒車?yán)走_(dá)是一種汽車泊車安全輔助裝置，該裝置能以聲音或距離顯示等直觀方式來提示駕駛員周圍的障礙物情況，方便駕駛員泊車和車輛的起停，并且?guī)椭{駛員克服視野死角和視線模糊的缺陷，從而提高了駕駛的安全性[1]。

目前，國(guó)內(nèi)外都在研究如何利用汽車避撞技術(shù)來輔助汽車駕駛員對(duì)影響駕駛的人、車、路況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)危機(jī)情況時(shí)，該系統(tǒng)將自動(dòng)干涉駕駛員操作，輔助駕駛員進(jìn)行相應(yīng)的處理，避免汽車碰撞事故的發(fā)生。倒車?yán)走_(dá)報(bào)警系統(tǒng)可以降低倒車難度，避免駕駛員因?yàn)榉较蚋胁粡?qiáng)，而引起的事故，同時(shí)該系統(tǒng)對(duì)提高汽車智能化和最終實(shí)現(xiàn)汽車無人駕駛也有積極地意義[2]。

本文主要介紹了一種基于ARM的超聲波倒車?yán)走_(dá)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，具有高精度、微型化、并且有LCD顯示和語音報(bào)警功能的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)工作原理

2.1 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)

圖2為超聲波發(fā)射電路的電路圖，STM32F103VB的PD10端口輸出40ms脈沖波，該脈沖波經(jīng)過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行升壓和脈寬控制，從而輸出周期為40ms，高電平寬度為160μs的方波。555振蕩器的置位脈沖就是該脈沖信號(hào)。超聲波發(fā)射電路主體是由555時(shí)基電路及外圍元件構(gòu)成的40kHz多諧振蕩電路，利用555定時(shí)產(chǎn)生40kHz的振蕩信號(hào)，然后由超生波發(fā)射器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成超聲波信號(hào)發(fā)射出七個(gè)脈沖串。超聲波在傳播過程中遇到反射物，反射物將超聲波反射到接收器，所以由式（1）可知，超聲波傳送的距離是測(cè)量距離的2倍。

2.2 超聲波接收電路設(shè)計(jì)

超聲波接收電路采用集成芯片CX20106搭建，如圖3所示。CX20106是一款紅外線檢波接收的專用芯片，通常于電視機(jī)紅外遙控接收器。因?yàn)榧t外遙控常用的載波頻率38kHz與測(cè)距的超聲波頻率40kHz較為接近，所以可以利用它制作超聲波檢測(cè)接收電路。CX20106接收超生波具有很高的靈敏度和較強(qiáng)的抗干擾能力。為了改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力，可以調(diào)整電容C，當(dāng)無信號(hào)時(shí)，輸出高電平，當(dāng)接收到回波信號(hào)后跳變?yōu)榈碗娖健?/p>

2.3 語音提示電路

語音提示電路采用的是WT588D語音芯片，該款芯片是一款語音單片機(jī)芯片，其功能強(qiáng)大，并且可重復(fù)擦除燒寫的。同時(shí)具有功能多，音質(zhì)好，應(yīng)用范圍廣，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，軟件界面操作簡(jiǎn)潔易懂，并且撮合了語音組合技術(shù)，這樣就減少了語音的編輯時(shí)間。該芯片具有按鍵控制模式、MP3控制模式、并口控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式、按鍵組合控制模式、I/O口擴(kuò)展輸出模式。有220個(gè)可控制的語音地址，每個(gè)地址位里可以加載128段語音，只需要通過訪問地址就可實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)，語音提示電路如圖4所示。圖中穩(wěn)壓芯片KIA1117為WT588D提供3.3V電壓。本系統(tǒng)將語音分成10段錄入WT588D語音芯片中。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

初始化語音播放模塊，給超聲波發(fā)送10微秒高電平啟動(dòng)信號(hào)，開啟超聲波測(cè)距功能，計(jì)數(shù)器1清零，等待超聲波測(cè)量回波脈沖上升沿開啟計(jì)數(shù)器1，等待超聲波測(cè)量回波脈沖下降沿關(guān)閉計(jì)數(shù)器1，用計(jì)數(shù)值計(jì)算出距離，判斷是否處于0到4米的距離內(nèi)（根據(jù)傳感器選取的測(cè)量范圍），并語音播報(bào)每次檢測(cè)到的距離，如果超出范圍播報(bào)“超出測(cè)量范圍”，判斷是否小于最小安全距離20厘米（注意：該數(shù)字可自行更改設(shè)定），如果小于最小安全距離語音警告5次“危險(xiǎn)距離”。判斷執(zhí)行完畢后，再次重新開啟超聲波傳感器進(jìn)行測(cè)量。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)利用超聲波在空氣中的傳播性，可以實(shí)時(shí)獲得超聲波在空氣中的傳播速度和傳播時(shí)間，然后利用距離等于時(shí)間和速度相乘的原理，設(shè)計(jì)了一款基于ARM的超聲波倒車?yán)走_(dá)報(bào)警系統(tǒng)，通過語音播報(bào)和LCD顯示實(shí)時(shí)測(cè)得的汽車尾部與障礙物的距離來提醒司機(jī)。實(shí)際使用證明，本倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，可提高車輛運(yùn)行的安全性。而且具有良好的性價(jià)比，因而具有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王紅云.基于超聲波測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].國(guó)外電子元器件，2008（08）：69-70.

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[3]吳瓊，封維忠，馬文杰.汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（09）：191-194.

[4]朱維杰，于湘珍.基于超聲波測(cè)距的自適應(yīng)倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)[J].汽車電器，2009（04）：15-17.

[5]楊振宇，李琳，陳文薌.一種微控制器的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（01）：68-70.

作者簡(jiǎn)介：謝星（1985-），男，助理工程師，碩士，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)；孫玲（1976-），女，副教授，博士，研究方向：高頻集成電路設(shè)計(jì)；曹海平（1972-），男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)室，碩士，研究方向：電氣控制、嵌入式系統(tǒng)；楊玲玲（1987-），女，助教，碩士，研究方向：集成電路封裝、信號(hào)完整性、單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)。

作者單位：南通大學(xué)，江蘇南通 226019

基金項(xiàng)目：南通市應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目（No.BK2012019）。