來源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：武漢理工大學(xué)物流工程系 張旭輝 朱宏輝
摘要：介紹了現(xiàn)今流行的單片射頻收發(fā)芯片nRF24E1與具有相關(guān)運(yùn)算功能的特殊芯片TMC2023的性能特點(diǎn)；闡述了信號(hào)處理當(dāng)中的相關(guān)運(yùn)算理論，并將該理論與上述兩個(gè)芯片為核心的電路相結(jié)合，用于汽車防撞系統(tǒng)當(dāng)中，從而增強(qiáng)了汽車防撞系統(tǒng)的防撞能力。
關(guān)鍵詞：射頻收發(fā) 相關(guān)運(yùn)算 防撞系統(tǒng)
隨著時(shí)代的發(fā)展及社會(huì)的進(jìn)步，越來越多的汽車進(jìn)入了普通人的家庭。盡管公路條件在不斷改進(jìn)，但仍然避免不了公路上汽車擁擠的現(xiàn)狀，再加上車速逐漸提高，惡性交通事故無時(shí)無刻不在發(fā)生，給人們和社會(huì)帶來了巨大的生命與財(cái)產(chǎn)損失。
汽車防撞系統(tǒng)是一種可向司機(jī)預(yù)先發(fā)出視聽告警信號(hào)的探測裝置。通常它安裝在汽車上，能探測企圖接近車身的行人、車輛或周圍障礙物；能向司機(jī)及乘客提前發(fā)出即將發(fā)生撞車危險(xiǎn)的信號(hào)，促使司機(jī)甚至撇開司機(jī)采取應(yīng)急措施處理特殊險(xiǎn)情，避免損失。當(dāng)前，盡管各國都在研究防碰撞系統(tǒng)(國際上通常稱為主動(dòng)安全系統(tǒng))，但怎樣才能更好地解決虛警的問題，始終困擾著相關(guān)工作者。國際上的研究者通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，若想有效地解決上述問題，防撞系統(tǒng)必須具有如下功能：
(1)必須具備測角能力，目標(biāo)的方位角信息對(duì)于去除虛警是必不可少的；
(2)易于產(chǎn)生抗干擾性能強(qiáng)的復(fù)雜發(fā)射信號(hào)，配合實(shí)時(shí)高效的信號(hào)處理和目標(biāo)檢測算法，用以去除虛警。
只有以上兩點(diǎn)緊密結(jié)合起來才能保證汽車防碰撞系統(tǒng)的可靠性。

圖1

1 TMC2023芯片和nRF24E1芯片特點(diǎn)介紹
TMC2032是一種新型的全數(shù)字相關(guān)器電路，其相關(guān)字長和相關(guān)門限可編程。該芯片是美國TRW公司近年推出的單片64位CMOS全數(shù)字相關(guān)器大規(guī)模集成電路，其內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘的8位移位寄存器(隨機(jī)數(shù)據(jù)寄存器A、本地碼寄存器B和屏蔽碼寄存器M)；另外還有一個(gè)7位寄存器用來裝載預(yù)置的門限值。0～64之間任意長的隨機(jī)數(shù)據(jù)與本地碼經(jīng)相關(guān)運(yùn)算后，以三態(tài)緩沖的7位BCD編碼輸出，并與預(yù)置的門限值在比較器中比較，若相關(guān)值大于或等于門限值，則標(biāo)志位由低變高。由于采用了先進(jìn)的高速CMOS生產(chǎn)工藝，并行相關(guān)速率高達(dá)30MHz以上�？蓮V泛應(yīng)用于同步、匹配濾波、誤碼檢測、記錄及條形碼識(shí)別中，尤其適合于雷達(dá)信號(hào)的識(shí)別。
nRF24E1是一種工作頻率可達(dá)到2．4GHz的無線射頻收發(fā)芯片，通道運(yùn)算時(shí)間小于200μs，數(shù)據(jù)速率為1Mbps，不需要外接SAW濾波器，是目前世界首次推出的全球通用的低成本射頻系統(tǒng)級(jí)芯片。內(nèi)部嵌有與8051兼容的微處理器和10位9輸入的A／D轉(zhuǎn)換器，可以在1．9V～3．6V之間的電壓下穩(wěn)定工作；內(nèi)部還嵌有電壓調(diào)整器和VDD電壓監(jiān)視器。無線收發(fā)部分有與nRF2401同樣的功能，該功能由內(nèi)部并行口和內(nèi)部SPI啟動(dòng)，每一個(gè)待發(fā)信號(hào)對(duì)于處理器來講都可以作為中斷進(jìn)行編程，或者通過GPIO端口傳送給微處理器。芯片nRF24E1可以在世界公用的頻段范圍2．4～2．5GHz內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線通訊。收發(fā)部分包含有分頻器、放大器、調(diào)節(jié)器和兩個(gè)收發(fā)單元。輸出能量、頻段和其它射頻參數(shù)可通過射頻寄存器方便地編程調(diào)節(jié)。在發(fā)送模式下，電流消耗只有10．5mA；在接收模式下，電流消耗只有18mA，所以功耗相當(dāng)?shù)汀?/P>

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整套信息采集系統(tǒng)由五套射頻發(fā)射與接收裝置組成，每套發(fā)射與接收部分的基本電路都是一樣的，這五套收發(fā)裝置又與DSP中央處理器相連，中央處理器負(fù)責(zé)計(jì)算它們傳過來的數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況作出決策。
每套發(fā)射與接收裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先由以nRF24E1為核心的射頻發(fā)射電路產(chǎn)生高頻電磁波，然后由相關(guān)運(yùn)算芯片TMC2032送來的調(diào)制信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，從而產(chǎn)生出與其它射頻收發(fā)單元不同的射頻信號(hào)，為接收做好充分準(zhǔn)備。為了使電磁波信號(hào)能夠有足夠遠(yuǎn)的傳播距離，還需要對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行放大，完成這個(gè)功能的電路是功放電路。最后把這樣的一個(gè)信號(hào)傳向空中。
當(dāng)發(fā)出去的電磁波遇到障礙物返回時(shí)，首先要經(jīng)過相關(guān)運(yùn)算芯片TMC2032對(duì)之進(jìn)行識(shí)別，若是同組發(fā)射部分發(fā)出去的則收，并把這個(gè)信號(hào)進(jìn)一步傳給射頻接收部分；否則拒絕接收。然后接收部分根據(jù)電磁波在空中傳播產(chǎn)生的相位移計(jì)算出其傳播所耗的時(shí)間，再計(jì)算出障礙物與該組收發(fā)部分的距離。最后把這個(gè)距離信息送給中央處理器。中央處理單片機(jī)要同時(shí)對(duì)五組射頻收發(fā)單元傳過來的距離信息作出計(jì)算，得出所測的障礙物與車的空間方位。到此，障礙物的信息采集工作基本完成，剩下的就是把這個(gè)綜合信息再傳給更高級(jí)的中央處理器，讓其作出最后決策。
3 收發(fā)單元的布置方案及計(jì)算原理
汽車在行駛的過程當(dāng)中，對(duì)于前方的障礙物，要能夠判斷其相對(duì)于汽車的空間立體方位才能把前后、左右、上下的障礙物避開；而后面的障礙物，則只需判斷出其與汽車的前后及左右距離即可。所以采取在車前面安裝三個(gè)射頻收發(fā)系統(tǒng)，并