新型智能化倒車雷達主控芯片設計

1 引言
隨著汽車普及率的逐年增加，消費者在將汽車作為交通運輸工具的同時，對汽車配置有了更多的要求，尤其是對舒適性和安全性提出了更高的要求。對于很多司機尤其是新手來說，倒車無疑是件非常頭痛的事，倒車雷達正好可以幫司機解決這個難題，因此越來越多的商家進入了這個市場。從目前市場情況看，國內倒車雷達生產廠家都是使用單片機配合外圍運放、鎖相環(huán)電路完成超聲波測距并提供報警的工作，缺乏單芯片方案，而使用單片機方案要求生產廠家必須具備開發(fā)軟硬件的能力，而且利用軟件控制存在不穩(wěn)定的因素。如果能用專用芯片實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能，對倒車雷達生產商來說，不僅能降低開發(fā)和生產成本，對整機的可靠性也有很大提高。
目前，成都國騰微電子有限公司已率先推出芯片級倒車雷達解決方案。
2：系統(tǒng)概述
2.1 系統(tǒng)框圖

圖1 芯片管腳圖示

圖2 系統(tǒng)內部結構框圖
2.2 功能概述
系統(tǒng)提供4個超聲波探頭接口，接收到反射回來的信號后，根據(jù)發(fā)送和接收的時間差判斷障礙物距離的危險等級，輸出相應報警信號。報警信號編碼后采用雙線差分方式輸出，輸出信號的內容包括：各探頭檢測到的障礙物距離的危險等級、最近障礙物的方位、最近障礙物的距離值和附加消息。
2.3 接口協(xié)議
報警信號采用雙線差分串行輸出的方式，目的是提高傳輸信號在長距離和強干擾環(huán)境下的傳輸正確性。雙線差分傳輸具體格式是：ALOUTP輸出實際需要的信號，ALOUTN 則輸出與ALOUTP相反的電平信號。
2.3.1 倒車模式
報警信號以數(shù)據(jù)包格式輸出，每個數(shù)據(jù)包包括3個字節(jié)，格式和內容如下所述：
第一個字節(jié)：第一字節(jié)高四位為起始標志，用于說明此報警數(shù)據(jù)是倒車模式下的數(shù)據(jù)還是扒車模式下的數(shù)據(jù)，倒車模式是“0101”，扒車模式是“1010”。倒車模式下數(shù)據(jù)格式如圖3所示，第一字節(jié)的低2兩位用于輸出附加消息，輸出數(shù)據(jù)指示1或4探頭是否進入環(huán)境適應模式，S1表示探頭1是否進入環(huán)境適應模式，“1”表示進入環(huán)境適應模式，“0”表示正常倒車模式；S4表示探頭2是否進入環(huán)境適應模式，“1”表示進入環(huán)境適應模式，“0”表示正常倒車模式。低4位SX1和低3位SX0表示最近障礙物的方位，00表示是探頭1方向，01表示是探頭2方向，10表示是探頭3方向，11表示是探頭4方向。

圖3  第一字節(jié)數(shù)據(jù)格式
第二個字節(jié)：如圖4所示，SXA和SXB表示X號探頭檢測到的障礙物的危險等級，危險等級分為安全、警告、危險、停車4級，分別用00、01、10、11表示。例如第二字節(jié)數(shù)據(jù)為“10010000”，表示第一個探頭檢測到危險狀態(tài)，第二個探頭檢測到警告狀態(tài)，第三和第四個探頭為安全狀態(tài)。

圖4 第二字節(jié)數(shù)據(jù)格式
第三字節(jié)：第三字節(jié)輸出最近障礙物的距離值，數(shù)據(jù)格式如圖5所示，DA1DA0表示最近障礙物距離的第一位數(shù)據(jù)，按BCD編碼，最大值為3；DB0~DB3表示最近障礙物距離的第二位數(shù)據(jù)，按BCD編碼，最大值為9；DC0表示第三位數(shù)據(jù)，0表示0，1表示5。

圖5  第三字節(jié)數(shù)據(jù)格式
2.3.2 防扒車模式
防扒車模式下，輸出的數(shù)據(jù)包也包括3個字節(jié)，但只有第一個字節(jié)為有效數(shù)據(jù)，后兩個字節(jié)無效，固定為‘0x00’。該數(shù)據(jù)包第一字節(jié)的數(shù)據(jù)格式如圖6所示，高四位為起始標志，用于說明此報警數(shù)據(jù)是倒車模式下的數(shù)據(jù)還是防扒車模式下的數(shù)據(jù)，倒車模式是“0101”，扒車模式是“1010”。低四位指示方位，SX位為1則表示X號探頭檢測到近距離障礙物，SX為0則表示沒有檢測到近距離障礙物。

 圖6  防扒車模式報警數(shù)據(jù)格式
3 智能化原理
3.1 防聲波衍射處理
由于聲波傳輸?shù)奶匦裕暡〞霈F(xiàn)未經實際物體反射就直接回到探頭被檢測到，造成處理器認為是實際發(fā)射接收到的信號，直接導致誤報。但聲波衍射的干擾強度很難達到實際物體有效反射的超聲波強度，所以可通過識別來判斷。硬件一旦判定收到的超聲波信號是聲波衍射返回的信號，則自動忽略該結果，芯片繼續(xù)等待在固定時間△T內是否有有效反射波，有則進行處理，沒有則轉入下一探頭的驅動。
3.2 智能識別處理
由于地面上的小物體，比如磚塊，石塊，水果都會造成超聲波的反射，并讓探頭檢測到。而這些物體并不影響車輛的倒車操作，所以實際上是一種誤報現(xiàn)象。所以硬件要對這種情況進行處理，提高報警的準確性。
智能識別處理可以通過不同大小的物體反射的超聲波幅度不同來判斷。所以一旦確定多大的物體不會影響倒車的操作，就可以明確地測量該物體在不同距離上的超聲波發(fā)生的幅度和轉換后的電平大小，處理器可根據(jù)實驗測試出來的結果在模擬或數(shù)字部分進行處理，根據(jù)要求忽略掉相應的接收信號。與防聲波衍射處理一樣，硬件忽略掉無效反射波后要繼續(xù)等待在固定時間△T內是否有有效反射波，有則進行處理，沒有則轉入下一探頭的驅動。
3.3 環(huán)境適應處理
車輛在倒車進入一個巷道或兩邊已經停靠了其它車輛的停車場的車位時都會存在環(huán)境影響造成的誤報警。因為在這種情況下，絕大部分倒車的過程中，最近的檢測距離和方位都在車身的兩邊（墻面或兩邊車輛的超聲波反射），但駕駛員可以通過兩邊的反光鏡掌握兩邊的車距，駕駛員關心的是車身后面的障礙物體。所以處理器在這種環(huán)境下應該能識別并適應。
解決辦法是對車身兩邊的物體發(fā)射的距離做記錄和統(tǒng)計，當發(fā)現(xiàn)探頭一和探頭四，或者其中的一個在6個報警周期內檢測到的距離都比較恒定，或變化范圍很小，則認為處于上述環(huán)境中。于是，處理器在送出相應的消息后就不再輸出相應探頭的探測信息，只對探頭二和探頭三的檢測信息作出響應。但是如果探頭一和探頭四的檢測距離變化范圍超過設定值（