基于SOPC技術的車輛電子后視鏡系統設計

2.2.2 超聲波發射及接收部分
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，設計中采用40kHz 和25kHz 兩種超聲波測距。測量原理是：先輸出10個40kHz 的超聲波脈沖，再輸出8個25kHz 的超聲波脈沖，由于高頻超聲波先發出，對于同一目標，其回波先到達CPU， 因此對于近距離的目標，首先用高頻超聲波探測，測量絕對誤差較小；對于遠處的目標, 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經放大、比較等處理后送給NiosII 的PIO 口，使PIO口產生中斷，通過執行中斷服務程序獲取超聲波傳播時間，再根據測得的環境溫度計算出障礙物的距離，由連續兩次測量情況計算出相對速度。這里僅給出25kHz 超聲波發射和接收電路，如圖3所示。
2.2.3 LCD 顯示控制電路

本設計中采用三星公司3.5 吋分辨率為320×240 的TFT 液晶屏（型號LTV350QV-F04）， 設計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、當前狀態等信息，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現，電路框圖如圖4所示。控制器利用OV6620 輸出的行同步信號、場同步信號、像素時鐘等信號產生控制LCD屏所需的控制信號；此外，該控制器包含一個行同步信號計數器及雙口RAM地址發生器，兩者都在每個場信號到來時清零，然后行計數器對行同步信號計數，當計數值在16～240 之間時控制器將數據緩沖器中的圖像數據送到LCD模塊，當計數值在0～15之間時將雙口RAM中的數據依次讀出來送LCD屏顯示。框圖中的雙口RAM對微控制器來說是只寫的，在場信號到來并延遲一段時間后（大于LCD完成16行數據顯示時間）， NiosII 將測得的障礙物距離、速度等需要更新的顯示數據寫入雙口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行才讀取數據，因此不會出現讀寫沖突的情況。這種設計大大減輕了NiosII 處理器的占用率，使得系統有足夠的時間完成其它任務。

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時序實現對ISD4002 的控制，以中斷的方式處理ISD4002 中各段的播放，從而實現語音的連續播放。溫度測量電路主要由數字溫度傳感器LM75構成。3 系統軟件的設計

本系統的軟件比較復雜，限于篇幅這里僅簡要介紹其中的超聲波測量模塊。執行超聲波測量模塊時，首先統計測量次數，如果所有通道都已完成兩次測量（由連續兩次測量計算相對速度），則一個測量周期結束。在一個測量周期中，在每次測量前都讀取時間戳定時器T0， 由讀取結果求出時間差進而求出相對速度。在發送超聲波時先發送40kHz 的高頻波，后發送25kHz 的低頻波。如果在50ms 內沒有接收到返回的超聲波信號，則說明超出測距范圍，進行下一通道的測距。

系統實現及測試

以Altera的DE2開發板為實驗平臺，利用該平臺上兩個通用I/O擴展槽外接實驗電路板完成了本系統的設計驗證。實驗表明對于平面物體本系統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以內時，測量誤差不大于±1cm； 語音提示清晰，LCD屏顯示的圖像清晰穩定。系統工作情況如圖7所示，表示距障礙物（圖5中車輛）距離為6.51m 、速度0.65m/s、當前處于曝光時間調節狀態，速度是負值表示接近中。

圖5 系統工作情況

結束語

本文利用SOPC 技術設計了一種車輛電子后視鏡系統，該系統利用CMOS 圖像傳感器采集車輛后方的圖像并實時顯示在LCD 屏上，同時利用雙頻超聲波實現了大范圍、高精度的測距，使駕駛者及時、準確、全面地掌握車輛后方的情況，極大地提高了倒車的安全性。
本文作者創新點：將雙頻超聲波測距應用到倒車雷達中，擴大了一般超聲波倒車雷達的測距范圍；并將后視攝像和超聲波測距有機的結合起來，設計了一套較為完整的車輛電子后視鏡系統。