引言

為減少汽車碰撞事故的發(fā)生，汽車碰撞技術(shù)在近年發(fā)展很快。汽車避撞技術(shù)首先需要解決的問題是汽車之間的安全距離，當汽車與汽車之間的距離小于安全距離時，就應(yīng)該能夠自動報警。本文給出了高速防撞器的核心部分：車距報警器的設(shè)計方法。設(shè)計了一款安裝于車前／車尾的便攜式系統(tǒng)，能在汽車停車、倒車以及行使過程中自動監(jiān)控汽車與其它汽車、人和障礙物之間的距離，如果距離小于規(guī)定的安全距離（一般為兩米左右）則報警，防止惡**故的發(fā)生。

其原理是不斷監(jiān)控利用超聲波距離傳感器得到的距離信息，遇到“危險信號”（距離過小）則報警。但是，由于汽車在行使過程中一般速度較高，同時某些用途的汽車的駕駛環(huán)境決定了其交通環(huán)境具有突發(fā)性、意外性的特點。因此，距離報警器必須具有實時、準確的特點，這對該系統(tǒng)的實時性要求非常高。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

系統(tǒng)功能

系統(tǒng)的功能框圖主要有兩個子系統(tǒng)組成：信號采集子系統(tǒng)和監(jiān)控子系統(tǒng)，如圖2所示。其中，信號采集子系統(tǒng)用于實現(xiàn)高速距離信號的采集，核心器件包括一片CPLD和一個和超聲測距傳感器相連的ADC。而監(jiān)控子系統(tǒng)由51單片機最小系統(tǒng)組成，主要負責(zé)信號的預(yù)處理、判斷和驅(qū)動報警器。兩個子系統(tǒng)之間的通訊，由一片雙口RAM來完成。

兩個子系統(tǒng)的具體功能實現(xiàn)如下：

高速信號采集子系統(tǒng)

·CPLD接到MCU（89C51）的工作觸發(fā)信號（START，高電平有效）之后，開始控制和超聲距離傳感器的ADC，進行實時數(shù)據(jù)采集;

·與ADC控制信號同步提供RAM地址計數(shù)器（A0~A16）和寫信號（/WE），使得每次ADC的結(jié)果直接存入雙口RAM并且自動增加地址;

·當?shù)刂酚嫈?shù)器達到最大的時候，發(fā)出中斷脈沖信號（RAM_FULL，上升沿有效），提示監(jiān)控子系統(tǒng)RAM已滿，可以進行下一步處理;

C51監(jiān)控子系統(tǒng)

·啟動后，發(fā)出工作觸發(fā)信號（START）給CPLD子系統(tǒng)，通知信號采集子系統(tǒng)開始工作，然后進入等待循環(huán);

·接到RAM_FULL中斷（INT1）脈沖之后，知道RAM已經(jīng)寫滿一幀。讀取雙口RAM中的數(shù)據(jù)，提取距離信息，判斷是“危險”還是“安全”;

·如果距離處于“安全”則退出中斷服務(wù)程序返回;如果為“危險”則拉低SRART信號，讓CPLD和ADC停止工作，并立刻驅(qū)動報警器報警，直至控制人員（司機）做出相應(yīng)反映后手工復(fù)位。

系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計

ADC選擇

由于系統(tǒng)頻率為20MHz，根據(jù)Nyquist定律，采樣頻率應(yīng)該在40MHz以上，為了提高精度，本系統(tǒng)選用了AD公司的AD9283芯片，該芯片工作電壓為3.3V，最高工作頻率為100MHz，8Bit并口輸出。工作時，只需要CPLD控制器產(chǎn)生采樣時鐘輸入（上升沿有效）就可以完成一次AD采樣。

CPLD控制器

本系統(tǒng)的核心器件是CPLD控制器。在以往的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，ADC－RAM模塊往往采用MCU作為CPU來控制，因此，采集頻率直接受到MCU速度的制約，并且當速度要求較高時，和RAM存儲器的同步也成為問題。基于這個考慮，系統(tǒng)采用Altera公司的EPM7064 CPLD芯片來同時控制ADC和RAM，從而很好地解決了時序精度和同步的問題。CPLD的功能邏輯，用VHDL語言實現(xiàn)，首先定義了七個實際需要用到的端口：

start 開始采樣，單片機提供，告知CPLD子系統(tǒng)開始工作;

clk CPLD的時鐘，本系統(tǒng)采用epm7064的全局時鐘引腳;

enc ADC時鐘，上升沿有效;

we_ram_b 為RAM提供WE信號，低有效;

cs_ram_b 為RAM提供CS信號，低有效;

addr 為RAM提供地址信號，累加直至加滿產(chǎn)生中斷;

intr RAM寫滿中斷輸出，輸出一個上升沿;

對應(yīng)于前面描述的兩個邏輯，我們用VHDL語言編寫了兩段過程。

系統(tǒng)仿真采用MAXPLUXII 10.1，經(jīng)測試完全符合本系統(tǒng)的要求。

89C51單片機監(jiān)控子系統(tǒng)部分為典型的51最小系統(tǒng)。其中，P0、P2被用于地址、數(shù)據(jù)復(fù)用口，INT1接受RAM_FULL的中斷輸入，P1口被用于控制，發(fā)送START信號等。

數(shù)據(jù)緩存及通訊

本系統(tǒng)包括兩個子系統(tǒng)，因此，兩個子系統(tǒng)之間必須通過緩沖器來進行通訊。一般而言，多處理器間通訊方法有三種：（1） 雙口RAM; （2） 高速FIF0; （3）總線開關(guān)加存儲器。雙端口 RAM作為一種特殊的RAM芯片，在高速數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。它具有兩個獨立的端口，各自均有一套獨立的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，允許兩個端口獨立地對存儲器中的任何單元進行存取操作。當兩個端口同時對存儲器中的同一單元進行存取操作時，可由其內(nèi)部仲裁邏輯決定優(yōu)先權(quán)。即當兩組地址總線完全相同時，片內(nèi)總線仲裁邏輯向后訪問的一方發(fā)出等待信號，使該方進入等待，待另一方訪問結(jié)束之后等待撤消，等待方繼續(xù)訪問這一地址。雙口RAM的特殊結(jié)構(gòu)使得雙機可以方便快速地進行數(shù)據(jù)交換，大大提高了主機與DSP運動控制卡的并行處理能力，而且解決了DMA方式存在的問題。我們選用Integrated Device Technology公司的IDT7132/IDT7142單片雙口 RAM，它是2K*8Bit的雙口高速靜態(tài)RAM，存取速度為20ns，CPLD系統(tǒng)和89C51可以同時訪問。

超聲傳感器和報警器

系統(tǒng)輸入部分采用奧特儀表制造公司的P42-M超聲傳感器，而報警器為新華電子公司的XH04電磁式蜂鳴器。

整機調(diào)試

由于要采集的超聲信號屬于高頻信號，因此，PCB電路板的電磁兼容性問題顯得非常重要，本系統(tǒng)PCB板由專業(yè)廠商設(shè)計，充分考慮到了抗干擾的因素。經(jīng)過測試，高頻信號在系統(tǒng)中沒有產(chǎn)生影響系統(tǒng)整體性能的干擾。

我們用數(shù)字信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的方波、三角波信號作為仿真信號直接輸入到ADC模擬輸入端進行測試，并在試驗中逐漸改變C51軟件中的報警閾值。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)很好地達到了預(yù)想的功能要求，并且有良好的實時性和魯棒性。

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