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基于nRF24E1与TMC2023的汽车防撞系统
的研制与实现
导语:本文运用先进的射频技术与稳定可靠的相关算法,使汽车具有
较强的防撞能力。
介绍了现今流行的单片射频收发
芯片nRF24E1与具有相关运算功能的特殊芯片TMC2023的性能特点;
阐述了信号处理当中的相关运算理论,并将该理论与上述两个芯片为
核心的电路相结合,用于汽车防撞系统当中,从而增强了汽车防撞系统
的防撞能力。
随着时代的发展及社会的进步,越来越多的汽车进入了普通人
的家庭。尽管公路条件在不断改进,但仍然避免不了公路上汽车拥挤
的现状,再加上车速逐渐提高,恶性交通事故无时无刻不在发生,给人
们和社会带来了巨大的生命与财产损失。
汽车防撞系统是一种可向司机预先发出视听告警信号的探测装
置。通常它安装在汽车上,能探测企图接近车身的行人、车辆或周围
障碍物;能向司机及乘客提前发出即将发生撞车危险的信号,促使司机
甚至撇开司机采取应急措施处理特殊险情,避免损失。当前,尽管各国
都在研究防碰撞系统(国际上通常称为主动安全系统),但怎样才能
更好地解决虚警的问题,始终困扰着相关工作者。国际上的研究者通
过大量的实验研究,已经达成共识,若想有效地解决上述问题,防撞系
统必须具有如下功能:
(1)必须具备测角能力,目标的方位角信息对于去除虚警是必不
可少的;
(2)易于产生抗干扰性能强的复杂发射信号,配合实时高效的信
号处理和目标检测算法,用以去除虚警。
只有以上两点紧密结合起来才能保证汽车防碰撞系统的可靠性。
1TMC2023芯片和nRF24E1芯片特点介绍
TMC2032是一种新型的全数字相关器电路,其相关字长和相关门
限可编程。该芯片是美国TRW公司近年推出的单片64位CMOS全
数字相关器大规模集成电路,其内部有三个独立时钟的8位移位寄存
器(随机数据寄存器A、本地码寄存器B和屏蔽码寄存器M);另外
还有一个7位寄存器用来装载预置的门限值。0~64之间任意长的
随机数据与本地码经相关运算后,以三态缓冲的7位BCD编码输出,
并与预置的门限值在比较器中比较,若相关值大于或等于门限值,则标
志位由低变高。由于采用了先进的高速CMOS生产工艺,并行相关速
率高达30MHz以上。可广泛应用于同步、匹配滤波、误码检测、记
录及条形码识别中,尤其适合于雷达信号的识别。
nRF24E1是一种工作频率可达到2.4GHz的无线射频收发芯片,
通道运算时间小于200μs,数据速率为1Mbps,不需要外接SAW滤波
器,是目前世界首次推出的全球通用的低成本射频系统级芯片。内部
嵌有与8051兼容的微处理器和10位9输入的A/D转换器,可以在
1.9V~3.6V之间的电压下稳定工作;内部还嵌有电压调整器和VDD
电压监视器。无线收发部分有与nRF2401同样的功能,该功能由内部
并行口和内部SPI启动,每一个待发信号对于处理器来讲都可以作为
中断进行编程,或者通过GPIO端口传送给微处理器。芯片nRF24E1
可以在世界公用的频段范围2.4~2.5GHz内实现无线通讯。收发部分
包含有分频器、放大器、调节器和两个收发单元。输出能量、频段和
其它射频参数可通过射频寄存器方便地编程调节。在发送模式下,电
流消耗只有10.5mA;在接收模式下,电流消耗只有18mA,所以功耗相
当低。
2系统结构
整套信息采集系统由五套射频发射与接收装置组成,每套发射与
接收部分的基本电路都是一样的,这五套收发装置又与DSP中央处
理器相连,中央处理器负责计算它们传过来的数据,根据实际情况作出
决策。
每套发射与接收装置的结构如图1所示。首先由以nRF24E1为
核心的射频发射电路产生高频电磁波,然后由相关运算芯片TMC2032
送来的调制信号对其进行调制,从而产生出与其它射频收发单元不同
的射频信号,为接收做好充分准备。为了使电磁波信号能够有足够远
的传播距离,还需要对调制
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