基于CPLD的高速超聲車距報(bào)警器設(shè)計(jì)
摘要：本文給出了一個(gè)基于CPLD高速超聲車距報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：車距報(bào)警器;CPLD;雙口RAM
引言
為減少汽車碰撞事故的發(fā)生,汽車碰撞技術(shù)在近年發(fā)展很快。汽車避撞技術(shù)首先需要解決的問題是汽車之間的安全距離,當(dāng)汽車與汽車之間的距離小于安全距離時(shí),就應(yīng)該能夠自動(dòng)報(bào)警。本文給出了高速防撞器的核心部分：車距報(bào)警器的設(shè)計(jì)方法。筆者設(shè)計(jì)了一款安裝于車前／車尾的便攜式系統(tǒng),能在汽車停車、倒車以及行使過程中自動(dòng)監(jiān)控汽車與其它汽車、人和障礙物之間的距離,如果距離小于規(guī)定的安全距離（一般為兩米左右）則報(bào)警,防止惡**故的發(fā)生。
其原理是不斷監(jiān)控利用超聲波距離傳感器得到的距離信息,遇到“危險(xiǎn)信號(hào)”（距離過小）則報(bào)警。但是,由于汽車在行使過程中一般速度較高,同時(shí)某些用途的汽車的駕駛環(huán)境決定了其交通環(huán)境具有突發(fā)性、意外性的特點(diǎn)。因此,距離報(bào)警器必須具有實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的特點(diǎn),這對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求非常高。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)原理框圖
系統(tǒng)功能
系統(tǒng)的功能框圖主要有兩個(gè)子系統(tǒng)組成：信號(hào)采集子系統(tǒng)和監(jiān)控子系統(tǒng),如圖2所示。其中,信號(hào)采集子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)高速距離信號(hào)的采集,核心器件包括一片CPLD和一個(gè)和超聲測(cè)距傳感器相連的ADC。而監(jiān)控子系統(tǒng)由51單片機(jī)最小系統(tǒng)組成,主要負(fù)責(zé)信號(hào)的預(yù)處理、判斷和驅(qū)動(dòng)報(bào)警器。兩個(gè)子系統(tǒng)之間的通訊,由一片雙口RAM來完成。
圖2 系統(tǒng)組成框圖
兩個(gè)子系統(tǒng)的具體功能實(shí)現(xiàn)如下：
高速信號(hào)采集子系統(tǒng)
·CPLD接到MCU(89C51)的工作觸發(fā)信號(hào)(START,高電平有效)之后,開始控制和超聲距離傳感器的ADC,進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集;
·與ADC控制信號(hào)同步提供RAM地址計(jì)數(shù)器(A0~A16)和寫信號(hào)(/WE),使得每次ADC的結(jié)果直接存入雙口RAM并且自動(dòng)增加地址;
·當(dāng)?shù)刂酚?jì)數(shù)器達(dá)到最大的時(shí)候,發(fā)出中斷脈沖信號(hào)(RAM_FULL,上升沿有效),提示監(jiān)控子系統(tǒng)RAM已滿,可以進(jìn)行下一步處理;
C51監(jiān)控子系統(tǒng)
·啟動(dòng)后,發(fā)出工作觸發(fā)信號(hào)（START）給CPLD子系統(tǒng),通知信號(hào)采集子系統(tǒng)開始工作,然后進(jìn)入等待循環(huán);
·接到RAM_FULL中斷(INT1)脈沖之后,知道RAM已經(jīng)寫滿一幀。讀取雙口RAM中的數(shù)據(jù),提取距離信息,判斷是“危險(xiǎn)”還是“安全”;
·如果距離處于“安全”則退出中斷服務(wù)程序返回;如果為“危險(xiǎn)”則拉低SRART信號(hào),讓CPLD和ADC停止工作,并立刻驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警,直至控制人員（司機(jī)）做出相應(yīng)反映后手工復(fù)位。
系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)
ADC選擇
由于系統(tǒng)頻率為20MHz,根據(jù)Nyquist定律,采樣頻率應(yīng)該在40MHz以上,為了提高精度,本系統(tǒng)選用了AD公司的AD9283芯片,該芯片工作電壓為3.3V,最高工作頻率為100MHz,8Bit并口輸出。工作時(shí),只需要CPLD控制器產(chǎn)生采樣時(shí)鐘輸入（上升沿有效）就可以完成一次AD采樣。
CPLD控制器
本系統(tǒng)的核心器件是CPLD控制器。在以往的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,ADC－RAM模塊往往采用MCU作為CPU來控制,因此,采集頻率直接受到MCU速度的制約,并且當(dāng)速度要求較高
