引言

近年來，人們一直都在關注和研究對山區公路上汽車的行駛安全性。預警系統作為一種新的主動安全系統將進一步增加汽車的安全性，減少事故的發生率，不斷滿足日益增長的市場。

預警系統總體方案設計

本系統在車路耦合的汽車山區行駛安全度模型的基礎上，以汽車山區道路行駛安全預警系統為研究對象，實現信號采集、調理、傳送，最后達到預警的目的。要實現對車輛實時性的預警，就要對汽車運行工況、道路運行狀況和周圍環境條件等參數進行實時的采集，根據采集來相應數據確定其運行狀態，通過處理器進行預警算法后，最后做出相應的語音提示以保證駕駛員安全駕駛，達到降低交通事故的目的。

通過對本系統目的的研究，可以把預警系統的硬件電路大體上劃分為三個部分：輸入模塊（根據安全度模型確定的信號，傳感器采集）、數字信號處理器（DSP）模塊和輸出模塊（語音報警提示模塊）。其中以處理器為核心，通過總線和接口電路把信號輸入和輸出相連。這些模塊組成了山區道路車輛行駛安全預警系統的總體框圖，如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

預警系統的輸入模塊包括采集信號和處理采集的信號。本系統中需要采集的信號有車輛運行狀態信號（如車輛行駛速度等）、道路參數（如坡度等）及周圍環境條件（如溫度等）。這些信號的不同，需要選擇的傳感器和傳感器的調整電路也不同，后面將簡單介紹一下對車輛行駛速度信號的采集及處理電路設計。

數字信號處理器（DSP）由于具有高性能和靈活可編程的優點而得到廣泛的應用，各個公司針對不同應用出品的DSP芯片品種繁多，因此在進行DSP系統設計時就涉及到對DSP芯片的合理選擇問題。TI公司生產的TMS320系列DSP是目前世界上最有影響的主流DSP產品，該芯片具有價格低廉、簡單易用、功能強大等特點。本系統選取的TMS320LF2407A這款DSP芯片，這是當今世界上集成度最高、性能最強的運動控制DSP芯片，為成功預警后擴展其控制功能打下良好基礎。

預警系統的輸出模塊主要就是語音提示模塊。在離可能發生危險之前的一段時間發出語音提示信號，及早的警示駕駛員正確操縱汽車，并做出積極的防護措施，以達到降低交通事故發生的效果。

預警系統硬件設計

山區道路行駛安全度模型主要是分析山區道路的大長下坡、上坡和彎道上車輛行駛狀況，需要采集的信號較多，其輸入信號電路也有所不同，下面先簡單介紹下對車輛行駛速度信號的采集及處理電路設計。

轉速傳感器的調整電路設計

汽車行駛速度測量采用霍爾開關傳感器。本文選擇型號為2SS52M的霍爾傳感器，根據其主要技術參數可知：2SS52M霍爾傳感器為電壓型傳感器，其輸出電壓范圍為0~3.3V，沒有超過DSP A/D轉換電壓。但是在實際應用時，由于霍爾傳感器通常裝在電機轉子軸上，必然受到較強的電磁干擾，為了提高系統的抗干擾性能，它發出的信號需要先經過高速光電隔離后才能進行處理。另外，為了使霍爾轉速傳感器發送的正交編碼脈沖是標準的正弦波形，采用了74LVC14A芯片對其信號進行整形，整形之后的波形輸入DSP的QEP引腳。其電路接法如圖2所示。由于74LVC14A芯片是六反向施密特觸發器，它可以將非矩形波變換成矩形波。其整形原理如圖3所示。

圖2 霍爾傳感器調整電路

圖3 用施密特觸發器對脈沖整形

語音提示模塊的硬件設計

語音提示是語音芯片ISD1730驅動揚聲器實現的。

當汽車在山區道路上運行時，由輸入模塊采集所需信號信息，經控制器模塊綜合計算判斷其安全程度，若不安全，再由DSP(TMS320LF2407A)模塊輸出控制語音模塊，語音芯片輸出的音頻信號通過功放電路輸出，從而實現預警功能。DSP(TMS320LF2407A)內部集成了SPI接口，可方便的與ISD1730進行串行通信，TMS320LF2407A與語音芯片的接口電路如圖4所示。

圖4 TMS320LF2407A與語音芯片的接口電路

從圖4中可以看出，DSP與語音芯片ISD1730之間用四根線相連，DSP的SPISTE管腳與ISD1730的片選信號SS相連，該引腳控制ISD1730語音芯片是否選通，DSP的SPISIMO管腳接ISD1730的串行數據輸入端MOSI，該引腳為語音芯片提供控制命令字和放音地址，DSP的SPIMISO管腳接ISD1730的串行數據輸出端MISO，DSP從該管腳接收的語音芯片返回的信號，DSP的SPICLK管腳接ISD1730的串行時鐘輸入端SCLK，該引腳為語音芯片ISD1730提供時鐘信號，ISD1760的Rosc端接80K的電阻到地，即可設置采樣頻率為8KHz，最大錄音時間為60s；系統在實現預警之前，可先使用錄音軟件錄制好所需的.wav格式音源文件，再將音源文件輸入電腦的CoolEdit或Goidwave軟件進行編輯，然后將所需要播音的內容通過ISD1700S語音編程拷貝機分段錄制到語音芯片中（SPI模式進行多片芯片語音信息的拷貝。

系統軟件設計

只有軟件和硬件的結合才能更好的完成預警功能。前面已經對系統的硬件電路進行了設計，下面介紹一下預警系統功能的軟件部分。

在TMS320LF2407A軟件設計過程中，采用匯編指令設定硬件相關的寄存器，編寫I/O輸入輸出程序；采用C語言編寫行駛安全預警算法程序。TMS320LF2407A車輛山區行駛安全預警軟件結構如圖5所示，本系統軟件設計分為主控模塊、A/D轉換模塊、I/O模塊和預警模塊4個模塊。主控程序模塊控制整個軟件的運行。A/D模塊將傳感器采集的模擬信號轉換成數字信號；I/O模塊控制TMS320LF2407A與外部的數據輸入輸出；預警模塊得到行駛安全程度值和語音提示信號。下面主要介紹下預警流程。

圖5 預警系統軟件結構圖

預警流程

預警系統是當汽車在山區道路行駛時快要發生不安全時進行語音報警。軟件結構主要包括系統初始化子程序、SPI初始化程序和中斷服務子程序三部分，主程序負責判斷是否需要播報語音信息，以及找到該語音信息的存儲地址，中斷服務子程序負責將接收到的地址放入語音芯片的APC寄存器中進行保存。其實現預警的過程如下。

圖6 預警流程圖

DSP（TMS320LF2407A）A/D接口對采集的信息進行數字化，然后通過預警算法程序得到車輛行駛安全程度值，并給語音芯片ISD1730提供預警信號。預警流程如圖6（見下頁）。程序開始運行后，首先初始化DSP的控制寄存器SCSR，然后初始化A/D控制寄存器ADCTRL、MAXCONV、CHSELSEQ，接著設置SPI端口參數，再配置中斷IMR、IFR。在這之后A/D自動轉換開始運行，A/D采樣得到的車輛運行工況、道路參數和周圍環境條件等值經過山區道路車輛行駛安全度預警算法計算得出當時車輛行駛的安全程度值，然后對模型中的安全閾值進行比較判斷，根據預警安全程度的不同執行不同的程序。當安全程度較低時，則DSP執行預警子程序進行語音播報預警。

結束語

本文通過對山區道路行駛安全預警系統的軟、硬件設計，最終要實現車輛在山區道路上的安全行駛，在危險將要發生的前幾秒時間內提醒駕駛員，了解當時的運行狀態，以便更好的做出相應的補救措施。這對減少山區道路交通事故，保障人們財產和人身安全都有著重大的現實意義。