基于SOPC技术的车辆电子后视镜系统设计

2.2.2 超声波发射及接收部分
超声波测距中如果使用较高频率的超声波，则会因空气吸收较大而较快衰减，因此测量距离较短。比如采用40kHz 的超声波，测距范围一般不超过5m。由于空气对超声波的吸收与超声波频率的平方成正比，因此降低超声波的频率能增大测距范围。但是如果频率太低, 测距的绝对误差较大[4]。为了兼顾测距范围和精度，设计中采用40kHz 和25kHz 两种超声波测距。测量原理是：先输出10个40kHz 的超声波脉冲，再输出8个25kHz 的超声波脉冲，由于高频超声波先发出，对于同一目标，其回波先到达CPU， 因此对于近距离的目标，首先用高频超声波探测，测量绝对误差较小；对于远处的目标, 由于高频超声波被空气吸收而大幅衰减, 所以回波只有低频超声波，此时测量绝对误差稍大，但因测距范围大因此仍可接受。接收到的超声波信号经放大、比较等处理后送给NiosII 的PIO 口，使PIO口产生中断，通过执行中断服务程序获取超声波传播时间，再根据测得的环境温度计算出障碍物的距离，由连续两次测量情况计算出相对速度。这里仅给出25kHz 超声波发射和接收电路，如图3所示。
2.2.3 LCD 显示控制电路

本设计中采用三星公司3.5 吋分辨率为320×240 的TFT 液晶屏（型号LTV350QV-F04）， 设计中将显示屏分为两部分：上部16行用于显示测得的距离、速度、当前状态等信息，下部224 行显示车辆后方的图像。为了提高显示刷新速度、降低CPU占用率，LCD显示控制由硬件电路实现，电路框图如图4所示。控制器利用OV6620 输出的行同步信号、场同步信号、像素时钟等信号产生控制LCD屏所需的控制信号；此外，该控制器包含一个行同步信号计数器及双口RAM地址发生器，两者都在每个场信号到来时清零，然后行计数器对行同步信号计数，当计数值在16～240 之间时控制器将数据缓冲器中的图像数据送到LCD模块，当计数值在0～15之间时将双口RAM中的数据依次读出来送LCD屏显示。框图中的双口RAM对微控制器来说是只写的，在场信号到来并延迟一段时间后（大于LCD完成16行数据显示时间）， NiosII 将测得的障碍物距离、速度等需要更新的显示数据写入双口RAM中；对LCD控制器来说，此双口RAM是只读的，并且是在每场开始的16行才读取数据，因此不会出现读写冲突的情况。这种设计大大减轻了NiosII 处理器的占用率，使得系统有足够的时间完成其它任务。

图4 LCD显示控制电路框图

2.2.4 语音播放及温度测量电路

语音播放电路主要由录放音电路ISD4002 、功放电路LM386等组成。NiosII通过I/O口模拟SPI时序实现对ISD4002 的控制，以中断的方式处理ISD4002 中各段的播放，从而实现语音的连续播放。温度测量电路主要由数字温度传感器LM75构成。3 系统软件的设计

本系统的软件比较复杂，限于篇幅这里仅简要介绍其中的超声波测量模块。执行超声波测量模块时，首先统计测量次数，如果所有通道都已完成两次测量（由连续两次测量计算相对速度），则一个测量周期结束。在一个测量周期中，在每次测量前都读取时间戳定时器T0， 由读取结果求出时间差进而求出相对速度。在发送超声波时先发送40kHz 的高频波，后发送25kHz 的低频波。如果在50ms 内没有接收到返回的超声波信号，则说明超出测距范围，进行下一通道的测距。

系统实现及测试

以Altera的DE2开发板为实验平台，利用该平台上两个通用I/O扩展槽外接实验电路板完成了本系统的设计验证。实验表明对于平面物体本系统超声波测距范围最小为7cm， 最大测量范围大于10m ，距离为2.5m以内时，测量误差不大于±1cm； 语音提示清晰，LCD屏显示的图像清晰稳定。系统工作情况如图7所示，表示距障碍物（图5中车辆）距离为6.51m 、速度0.65m/s、当前处于曝光时间调节状态，速度是负值表示接近中。

图5 系统工作情况

结束语

本文利用SOPC 技术设计了一种车辆电子后视镜系统，该系统利用CMOS 图像传感器采集车辆后方的图像并实时显示在LCD 屏上，同时利用双频超声波实现了大范围、高精度的测距，使驾驶者及时、准确、全面地掌握车辆后方的情况，极大地提高了倒车的安全性。
本文作者创新点：将双频超声波测距应用到倒车雷达中，扩大了一般超声波倒车雷达的测距范围；并将后视摄像和超声波测距有机的结合起来，设计了一套较为完整的车辆电子后视镜系统。