基于SOPC技術(shù)的車輛電子后視鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.2 超聲波發(fā)射及接收部分
超聲波測距中如果使用較高頻率的超聲波，則會(huì)因空氣吸收較大而較快衰減，因此測量距離較短。比如采用40kHz 的超聲波，測距范圍一般不超過5m。由于空氣對超聲波的吸收與超聲波頻率的平方成正比，因此降低超聲波的頻率能增大測距范圍。但是如果頻率太低, 測距的絕對誤差較大[4]。為了兼顧測距范圍和精度，設(shè)計(jì)中采用40kHz 和25kHz 兩種超聲波測距。測量原理是：先輸出10個(gè)40kHz 的超聲波脈沖，再輸出8個(gè)25kHz 的超聲波脈沖，由于高頻超聲波先發(fā)出，對于同一目標(biāo)，其回波先到達(dá)CPU， 因此對于近距離的目標(biāo)，首先用高頻超聲波探測，測量絕對誤差較小；對于遠(yuǎn)處的目標(biāo), 由于高頻超聲波被空氣吸收而大幅衰減, 所以回波只有低頻超聲波，此時(shí)測量絕對誤差稍大，但因測距范圍大因此仍可接受。接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大、比較等處理后送給NiosII 的PIO 口，使PIO口產(chǎn)生中斷，通過執(zhí)行中斷服務(wù)程序獲取超聲波傳播時(shí)間，再根據(jù)測得的環(huán)境溫度計(jì)算出障礙物的距離，由連續(xù)兩次測量情況計(jì)算出相對速度。這里僅給出25kHz 超聲波發(fā)射和接收電路，如圖3所示。
2.2.3 LCD 顯示控制電路

本設(shè)計(jì)中采用三星公司3.5 吋分辨率為320×240 的TFT 液晶屏（型號(hào)LTV350QV-F04）， 設(shè)計(jì)中將顯示屏分為兩部分：上部16行用于顯示測得的距離、速度、當(dāng)前狀態(tài)等信息，下部224 行顯示車輛后方的圖像。為了提高顯示刷新速度、降低CPU占用率，LCD顯示控制由硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路框圖如圖4所示。控制器利用OV6620 輸出的行同步信號(hào)、場同步信號(hào)、像素時(shí)鐘等信號(hào)產(chǎn)生控制LCD屏所需的控制信號(hào)；此外，該控制器包含一個(gè)行同步信號(hào)計(jì)數(shù)器及雙口RAM地址發(fā)生器，兩者都在每個(gè)場信號(hào)到來時(shí)清零，然后行計(jì)數(shù)器對行同步信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值在16～240 之間時(shí)控制器將數(shù)據(jù)緩沖器中的圖像數(shù)據(jù)送到LCD模塊，當(dāng)計(jì)數(shù)值在0～15之間時(shí)將雙口RAM中的數(shù)據(jù)依次讀出來送LCD屏顯示?？驁D中的雙口RAM對微控制器來說是只寫的，在場信號(hào)到來并延遲一段時(shí)間后（大于LCD完成16行數(shù)據(jù)顯示時(shí)間）， NiosII 將測得的障礙物距離、速度等需要更新的顯示數(shù)據(jù)寫入雙口RAM中；對LCD控制器來說，此雙口RAM是只讀的，并且是在每場開始的16行才讀取數(shù)據(jù)，因此不會(huì)出現(xiàn)讀寫沖突的情況。這種設(shè)計(jì)大大減輕了NiosII 處理器的占用率，使得系統(tǒng)有足夠的時(shí)間完成其它任務(wù)。

圖4 LCD顯示控制電路框圖

2.2.4 語音播放及溫度測量電路

語音播放電路主要由錄放音電路ISD4002 、功放電路LM386等組成。NiosII通過I/O口模擬SPI時(shí)序?qū)崿F(xiàn)對ISD4002 的控制，以中斷的方式處理ISD4002 中各段的播放，從而實(shí)現(xiàn)語音的連續(xù)播放。溫度測量電路主要由數(shù)字溫度傳感器LM75構(gòu)成。3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件比較復(fù)雜，限于篇幅這里僅簡要介紹其中的超聲波測量模塊。執(zhí)行超聲波測量模塊時(shí)，首先統(tǒng)計(jì)測量次數(shù)，如果所有通道都已完成兩次測量（由連續(xù)兩次測量計(jì)算相對速度），則一個(gè)測量周期結(jié)束。在一個(gè)測量周期中，在每次測量前都讀取時(shí)間戳定時(shí)器T0， 由讀取結(jié)果求出時(shí)間差進(jìn)而求出相對速度。在發(fā)送超聲波時(shí)先發(fā)送40kHz 的高頻波，后發(fā)送25kHz 的低頻波。如果在50ms 內(nèi)沒有接收到返回的超聲波信號(hào)，則說明超出測距范圍，進(jìn)行下一通道的測距。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及測試

以Altera的DE2開發(fā)板為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用該平臺(tái)上兩個(gè)通用I/O擴(kuò)展槽外接實(shí)驗(yàn)電路板完成了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明對于平面物體本系統(tǒng)超聲波測距范圍最小為7cm， 最大測量范圍大于10m ，距離為2.5m以內(nèi)時(shí)，測量誤差不大于±1cm； 語音提示清晰，LCD屏顯示的圖像清晰穩(wěn)定。系統(tǒng)工作情況如圖7所示，表示距障礙物（圖5中車輛）距離為6.51m 、速度0.65m/s、當(dāng)前處于曝光時(shí)間調(diào)節(jié)狀態(tài)，速度是負(fù)值表示接近中。

圖5 系統(tǒng)工作情況

結(jié)束語

本文利用SOPC 技術(shù)設(shè)計(jì)了一種車輛電子后視鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用CMOS 圖像傳感器采集車輛后方的圖像并實(shí)時(shí)顯示在LCD 屏上，同時(shí)利用雙頻超聲波實(shí)現(xiàn)了大范圍、高精度的測距，使駕駛者及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地掌握車輛后方的情況，極大地提高了倒車的安全性。
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：將雙頻超聲波測距應(yīng)用到倒車?yán)走_(dá)中，擴(kuò)大了一般超聲波倒車?yán)走_(dá)的測距范圍；并將后視攝像和超聲波測距有機(jī)的結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一套較為完整的車輛電子后視鏡系統(tǒng)。