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摘 要：本文设计了一种基于ARM的超声波倒车雷达监测报警系统。该系统在汽车挂倒挡时开始工作，通过超声波传感器发送超声波检测障碍物信息，经微处理器处理成测距信息，并进行显示，当距离小到设定的安全范围时，自动启动语音报警。该系统安装简单，抗震能力强，测距准确且工作稳定可靠。该文给出了系统各部分的硬件及软件实现。
关键词：ARM；超声波；传感器；语音报警
中图分类号：TN959.7
在空气介质中，超声波传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在车辆自动导航系统、车辆安全行驶辅助系统中都有应用。倒车雷达是一种汽车泊车安全辅助装置，该装置能以声音或距离显示等直观方式来提示驾驶员周围的障碍物情况，方便驾驶员泊车和车辆的起停，并且帮助驾驶员克服视野死角和视线模糊的缺陷，从而提高了驾驶的安全性[1]。
目前，国内外都在研究如何利用汽车避撞技术来辅助汽车驾驶员对影响驾驶的人、车、路况进行实时的监控，当出现危机情况时，该系统将自动干涉驾驶员操作，辅助驾驶员进行相应的处理，避免汽车碰撞事故的发生。倒车雷达报警系统可以降低倒车难度，避免驾驶员因为方向感不强，而引起的事故，同时该系统对提高汽车智能化和最终实现汽车无人驾驶也有积极地意义[2]。
本文主要介绍了一种基于ARM的超声波倒车雷达监测报警系统，具有高精度、微型化、并且有LCD显示和语音报警功能的倒车雷达系统。
1 系统工作原理
2.1 超声波发射电路设计
图2为超声波发射电路的电路图，STM32F103VB的PD10端口输出40ms脉冲波，该脉冲波经过单稳态触发器进行升压和脉宽控制，从而输出周期为40ms，高电平宽度为160μs的方波。555振荡器的置位脉冲就是该脉冲信号。超声波发射电路主体是由555时基电路及外围元件构成的40kHz多谐振荡电路，利用555定时产生40kHz的振荡信号，然后由超生波发射器将电信号转化成超声波信号发射出七个脉冲串。超声波在传播过程中遇到反射物，反射物将超声波反射到接收器，所以由式（1）可知，超声波传送的距离是测量距离的2倍。
2.2 超声波接收电路设计
超声波接收电路采用集成芯片CX20106搭建，如图3所示。CX20106是一款红外线检波接收的专用芯片，通常于电视机红外遥控接收器。因为红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，所以可以利用它制作超声波检测接收电路。CX20106接收超生波具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。为了改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力，可以调整电容C，当无信号时，输出高电平，当接收到回波信号后跳变为低电平。
2.3 语音提示电路
语音提示电路采用的是WT588D语音芯片，该款芯片是一款语音单片机芯片，其功能强大，并且可重复擦除烧写的。同时具有功能多，音质好，应用范围广，性能稳定等特点，软件界面操作简洁易懂，并且撮合了语音组合技术，这样就减少了语音的编辑时间。该芯片具有按键控制模式、MP3控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式、按键组合控制模式、I/O口扩展输出模式。有220个可控制的语音地址，每个地址位里可以加载128段语音，只需要通过访问地址就可实现语音播报，语音提示电路如图4所示。图中稳压芯片KIA1117为WT588D提供3.3V电压。本系统将语音分成10段录入WT588D语音芯片中。
3 系统软件设计
初始化语音播放模块，给超声波发送10微秒高电平启动信号，开启超声波测距功能，计数器1清零，等待超声波测量回波脉冲上升沿开启计数器1，等待超声波测量回波脉冲下降沿关闭计数器1，用计数值计算出距离，判断是否处于0到4米的距离内（根据传感器选取的测量范围），并语音播报每次检测到的距离，如果超出范围播报“超出测量范围”，判断是否小于最小安全距离20厘米（注意：该数字可自行更改设定），如果小于最小安全距离语音警告5次“危险距离”。判断执行完毕后，再次重新开启超声波传感器进行测量。
4 结束语
系统利用超声波在空气中的传播性，可以实时获得超声波在空气中的传播速度和传播时间，然后利用距离等于时间和速度相乘的原理，设计了一款基于ARM的超声波倒车雷达报警系统，通过语音播报和LCD显示实时测得的汽车尾部与障碍物的距离来提醒司机。实际使用证明，本倒车雷达系统工作稳定可靠，可提高车辆运行的安全性。而且具有良好的性价比，因而具有较高的推广价值。
参考文献：
[1]王红云.基于超声波测距的倒车雷达系统设计[J].国外电子元器件，2008（08）：69-70.
[2]李家伟，王怡之.超声波检测[M].北京：机械工业出版社，2000.
[3]吴琼，封维忠，马文杰.汽车倒车雷达系统的设计与实现[J].现代电子技术，2009，32（09）：191-194.
[4]朱维杰，于湘珍.基于超声波测距的自适应倒车雷达设计[J].汽车电器，2009（04）：15-17.
[5]杨振宇，李琳，陈文芗.一种微控制器的倒车雷达系统的设计[J].计算机测量与控制，2007，15（01）：68-70.
作者简介：谢星（1985-），男，助理工程师，硕士，研究方向：物联网RFID技术；孙玲（1976-），女，副教授，博士，研究方向：高频集成电路设计；曹海平（1972-），男，高级实验室，硕士，研究方向：电气控制、嵌入式系统；杨玲玲（1987-），女，助教，硕士，研究方向：集成电路封装、信号完整性、单片机系统开发。
作者单位：南通大学，江苏南通 226019
基金项目：南通市应用研究计划项目（No.BK2012019）。
关键词：ARM；超声波；传感器；语音报警
中图分类号：TN959.7
在空气介质中，超声波传感器因其性能好，价格低廉、使用方便，在车辆自动导航系统、车辆安全行驶辅助系统中都有应用。倒车雷达是一种汽车泊车安全辅助装置，该装置能以声音或距离显示等直观方式来提示驾驶员周围的障碍物情况，方便驾驶员泊车和车辆的起停，并且帮助驾驶员克服视野死角和视线模糊的缺陷，从而提高了驾驶的安全性[1]。
目前，国内外都在研究如何利用汽车避撞技术来辅助汽车驾驶员对影响驾驶的人、车、路况进行实时的监控，当出现危机情况时，该系统将自动干涉驾驶员操作，辅助驾驶员进行相应的处理，避免汽车碰撞事故的发生。倒车雷达报警系统可以降低倒车难度，避免驾驶员因为方向感不强，而引起的事故，同时该系统对提高汽车智能化和最终实现汽车无人驾驶也有积极地意义[2]。
本文主要介绍了一种基于ARM的超声波倒车雷达监测报警系统，具有高精度、微型化、并且有LCD显示和语音报警功能的倒车雷达系统。
1 系统工作原理
2.1 超声波发射电路设计
图2为超声波发射电路的电路图，STM32F103VB的PD10端口输出40ms脉冲波，该脉冲波经过单稳态触发器进行升压和脉宽控制，从而输出周期为40ms，高电平宽度为160μs的方波。555振荡器的置位脉冲就是该脉冲信号。超声波发射电路主体是由555时基电路及外围元件构成的40kHz多谐振荡电路，利用555定时产生40kHz的振荡信号，然后由超生波发射器将电信号转化成超声波信号发射出七个脉冲串。超声波在传播过程中遇到反射物，反射物将超声波反射到接收器，所以由式（1）可知，超声波传送的距离是测量距离的2倍。
2.2 超声波接收电路设计
超声波接收电路采用集成芯片CX20106搭建，如图3所示。CX20106是一款红外线检波接收的专用芯片，通常于电视机红外遥控接收器。因为红外遥控常用的载波频率38kHz与测距的超声波频率40kHz较为接近，所以可以利用它制作超声波检测接收电路。CX20106接收超生波具有很高的灵敏度和较强的抗干扰能力。为了改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力，可以调整电容C，当无信号时，输出高电平，当接收到回波信号后跳变为低电平。
2.3 语音提示电路
语音提示电路采用的是WT588D语音芯片，该款芯片是一款语音单片机芯片，其功能强大，并且可重复擦除烧写的。同时具有功能多，音质好，应用范围广，性能稳定等特点，软件界面操作简洁易懂，并且撮合了语音组合技术，这样就减少了语音的编辑时间。该芯片具有按键控制模式、MP3控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式、按键组合控制模式、I/O口扩展输出模式。有220个可控制的语音地址，每个地址位里可以加载128段语音，只需要通过访问地址就可实现语音播报，语音提示电路如图4所示。图中稳压芯片KIA1117为WT588D提供3.3V电压。本系统将语音分成10段录入WT588D语音芯片中。
3 系统软件设计
初始化语音播放模块，给超声波发送10微秒高电平启动信号，开启超声波测距功能，计数器1清零，等待超声波测量回波脉冲上升沿开启计数器1，等待超声波测量回波脉冲下降沿关闭计数器1，用计数值计算出距离，判断是否处于0到4米的距离内（根据传感器选取的测量范围），并语音播报每次检测到的距离，如果超出范围播报“超出测量范围”，判断是否小于最小安全距离20厘米（注意：该数字可自行更改设定），如果小于最小安全距离语音警告5次“危险距离”。判断执行完毕后，再次重新开启超声波传感器进行测量。
4 结束语
系统利用超声波在空气中的传播性，可以实时获得超声波在空气中的传播速度和传播时间，然后利用距离等于时间和速度相乘的原理，设计了一款基于ARM的超声波倒车雷达报警系统，通过语音播报和LCD显示实时测得的汽车尾部与障碍物的距离来提醒司机。实际使用证明，本倒车雷达系统工作稳定可靠，可提高车辆运行的安全性。而且具有良好的性价比，因而具有较高的推广价值。
参考文献：
[1]王红云.基于超声波测距的倒车雷达系统设计[J].国外电子元器件，2008（08）：69-70.
[2]李家伟，王怡之.超声波检测[M].北京：机械工业出版社，2000.
[3]吴琼，封维忠，马文杰.汽车倒车雷达系统的设计与实现[J].现代电子技术，2009，32（09）：191-194.
[4]朱维杰，于湘珍.基于超声波测距的自适应倒车雷达设计[J].汽车电器，2009（04）：15-17.
[5]杨振宇，李琳，陈文芗.一种微控制器的倒车雷达系统的设计[J].计算机测量与控制，2007，15（01）：68-70.
作者简介：谢星（1985-），男，助理工程师，硕士，研究方向：物联网RFID技术；孙玲（1976-），女，副教授，博士，研究方向：高频集成电路设计；曹海平（1972-），男，高级实验室，硕士，研究方向：电气控制、嵌入式系统；杨玲玲（1987-），女，助教，硕士，研究方向：集成电路封装、信号完整性、单片机系统开发。
作者单位：南通大学，江苏南通 226019
基金项目：南通市应用研究计划项目（No.BK2012019）。