前言
汽車倒車防碰撞系統是一種輔助汽車泊車裝置。低配的由超聲波收發電路、回波放大電路、語音提示電路、數碼顯示、報警及溫度補償電路組成，高配的有時會帶有后視視頻系統。[1]
一、工作原理
如下圖在汽車的尾部安裝4個超聲波探頭，倒車時，采用往返時間測量法測量汽車尾部到障礙物的距離，通過數碼管實時顯示距離，當車尾部的超聲波探頭與障礙物的距離小於設定值的安全值時，通過蜂鳴器報警提示駕駛員。
這里測距一般采用4路超聲波傳感器分時隙工作，采用往返時間測量法測距，測距原理是當汽車進行倒車時，防碰撞系統開始工作，單片機產生一串40KHz的矩形波，經4選1模擬開關按時序分別向4路超聲波探頭傳給發射電路，通過超聲波換能器發射超聲波，同時開啟計數器計數，超聲波傳至障礙物后反射，反射回來部分超聲波被超聲波換能器接收並轉換成電信號，再經過接收電路濾波、放大、整形后，觸發單片機外部中斷，產生中斷，計數器停止計數，測出超聲波發射脈沖串到接收回波信號的時間差 t，並根據超聲波在空氣中傳播的速度v，得出被測距離：
S=vt/2
由於聲速會受到環境溫度的影響，溫度與聲速的關系為：
v≈v0+0.607T
式中：v0=332m/s為0℃時的聲波速度；T為當前的環境溫度。因此只需要通過溫度傳感器測出T即可得到S的修正值。通過比較選取的4路信號中的最短距離進行顯示，當顯示值小於設定警報值時，單片機控制蜂鳴器發出報警聲音，隨着距離越來越近，報警聲音頻率越大，同時顯示部分兩側的條形數碼管顯示條數量增加以表示危險級別。最大測量距離與超聲波傳感器性能、驅動電路、回波放大電路等因素相關。
二、主要模塊介紹
系統主要模塊包括：顯示模塊、語音報警和四探頭測距模塊（MCU負責整體邏輯協調、溫度測量可采用數字式也可采用熱敏電阻、蜂鳴器報警可以直接由MCU控制）。此外顯示模塊設計沒有難點，如果為了追求絢麗可以考慮采用TFT屏；語音模塊這里引入一個API8108A語音芯片介紹、測距先簡單介紹幾種方案（后面會細講）。
三、具體模塊詳解
API8108A、API8108A（一次性編程語音系列）[2]
>_<: （介紹）10、20秒多功能可編程語音電路是采用大規模CMOS芯片技術制造的最新ASIC專用語音電路。它們內部包含語音處理器、EPROM存儲器、A/D、D/A數模轉換器、邏輯接口控制器、音頻放大器、時鍾振盪器等大量部件，能完成從語音數據寫入固化到語音高保真重放的全過程工作，外圍秩序幾只元件即可。過去這種電路常采用8031、2764、DA0832等IC組合完成，體積大、耗電大、成本高，現在API8108A、API8208A比常規語音處理電路設計要結構簡單、體積微小的多，而成本只是過去的五分之一。
API8108A、API8208A可根據需要分為一至八段錄放，其語音可以最大不重復時間分別為10秒和20秒，重復部分可不計算時間。其語音錄入需要專門的計算機編程器上進行，一旦錄入即成為固定數據，不能再更改或抹掉，永久保存。固化了語音之后的API8108A、API8208A在放音使用上和普通的音樂集成片一樣簡單，只是發出的不是單調的音符曲調，而是極其逼真的話語模擬聲響，其效果經計算機軟件處理可與磁帶、CD媲美。
>_<: （工作要求）其電源電壓為：2.6~6V，靜態耗電<5uA，工作溫度：-10度~60度，儲存溫度：-55度~125度，發光管驅動電路：8mA。
>_<: （引腳說明）1、5、6編程選擇腳；2、3電壓放大推挽輸出，外接蜂鳴器或喇叭；4電源接地端；7電流放大輸出，外接三極管放大推動喇叭；8外接振盪電阻，決定放音速度；9編程電源端；12電源接正端；10、11、13、14發音觸發器，高電平有效，組合控制8段；15單鍵觸發端，高有效使所有的段順序放音；16放音停止端，高電平使放音中斷停止。
編程引腳OUT1、OUT2、OUT3功能選擇：
※STP指OUT輸出15ms的停止脈沖，（也可推另一片語音IC，以增加語音長度）
※BUSY指OUT輸出忙信號，推動馬達或其它
語音分段控制選擇：（L表示接正觸發，N表示不接）
放音頻率、振盪電阻（ROSC）與放音時間選擇：
>_<: （基礎應用）基礎電路應用：
① COUT輸出驅動喇叭 && VOUT輸出驅動蜂鳴偏或喇叭
② 八段觸發控制（見上表）
③ 兩片串聯加長語音長度
④ 帶LED的電路
>_<: （時序波形）時序波形示意圖：
1. Level, Unholdable, Non-retriggerable（電平的、非保持的、非觸發的）
展示了兩種情況：觸發的時長小於一個Group的播放時長和觸發時長超過一個Group的播放時長。可見小於的情況在一個Group的時間內多個觸發只起單個作用，當大於Group時長的觸發會導致Group再次啟動。
2. Level Holdable（電平保持）
展示了兩種情況：（和上面一樣。當小於時，播放會直接停止；當大於時，播放會重新開始同樣也會戛然而止。
3. Single Button Trigger (SBT), Sequential（這是一個按鈕的控制情況）
這是Level Unholdable情況的長短兩種情況，可見：SBT每次觸發會進行一次Group的切換，直到第8個又重新從第1個開始，如果某一個SBT信號持續時間超過當前播放一組的時長，會導致該組重復播放，直至SBT切換。
這是Level Holdable情況的長短兩種情況，可見：類似與上面的Level Unholdable情況，只是會出現截止情況。
4. Edge,Unholdable,Non-retritggerable（邊緣觸發的、非保持的、非觸發的）
和上面1的電平觸發的比較可以看出當觸發時長保持超過Group的時長時，仍然播放一次。
5. Edge Holdable
和上面2的電平保持比較可以發現當觸發時長保持超過Group的時長時，仍然播放一次。
6. Single Button Trigger (SBT), Sequential（這是一個按鈕控制的情況）
這是Edge Unholdable應和3的Level Unholdable比較發現這仍然是Edge觸發的特點：當時長超過時，仍然只播放一次。
同樣的Edge Holdable不再說明。
>_<: （使用注意事項）
編程燒寫語音芯片時注意：語音芯片型號要與軟件相對應，不可互相混淆。
燒寫時注意：首先檢測是否空片，是空片再開始燒寫；OPT芯片不可多次燒寫不用的內容。
API8108A、840N語音芯片燒寫采用6V供電，API8208A語音芯片采用5V供電（可以采用ADAPTOR轉換燒寫電壓）。
>_<: （具體應用）[3]
AT89C205除了在外部引腳上少了兩個並口外，其他資源與AT89C52完全相同，且內部的2KFLASHROM能夠很方便的進行擦寫。該單片機的P1口是一個8位雙向I/O口，其中P1.2~P1.7口內部提供上拉電阻，P1.0和P1.1需要外接上拉電阻。P1.0和P1.1同時也是片內精確模擬比較器的正輸入端（AIN0）和負輸入端（AIN1）。P3口是7個帶有內部上拉電阻的雙向口（P3.6除外）。
為了提高音量，在該設計中加入了音頻放大芯片LM386。LM386是美國國家半導體公司生產的音頻放大器，主要應用於低電壓消費類產品。為使外圍元件最少，電壓增益內置為20，如果在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態功耗僅僅為24mW，所以它是一種低電壓小功率的音頻功放集成電路，采用8腳雙列直插式封裝，第6腳為電源正極，第4腳接地，第2、3腳為選擇輸入端，第5腳為輸出端，第1、8腳為增益控制端，第7腳為旁路端。它具有共組電壓寬（4~12V）、靜態耗電少、電壓增益可調（20~200）、外接元件少、頻帶寬（300KHz）、低失真度。
整個電路圖如上圖：單片機的P3口控制API8108A的TG1~TG4，用來控制語音的分段輸出。R4為語音模塊的振盪電阻，其余放音時間的關系見上面的表格。在本設計中選用200千歐，放音時間為9s左右。由於U3的1腳和8腳之間只連接10微法的電容，此音頻放大倍數為200倍。通過R2還可以調節音量大小，如果想降低音量，只需在U3的3腳連接一個電位器和R2進行分壓即可。
播放語音已經預先錄制好，存放在API8108A語音芯片的各單元中，語音播放程序首先完成語音地址計算，將語音地址存放在緩沖區中，待全部算完，建立結束標志，然后啟動定時器，每隔0.3s輸出一個地址信號，完成語音輸出，如要播放“歡迎光臨”，根據該數據，調用語音地址計算子程序，將“歡”“迎”語音地址存入緩沖區30H和31H中。依次類推，直至結束，再在緩沖區依次間隔0.3s時間取出語音地址，直至遇到結束標志。
四、小結
最近一直沒有寫東西了，三四月份忙着導師的項目、五月份忙着找工作、六月份忙着復習考試（其實明天還有考試，復習煩了遂來寫點東西，嘻嘻）。翻來覆去發現還是把這個有趣的汽車倒車雷達的設計同大家分享吧，本部分將倒車雷達電路系統中的語音模塊大致講述了一下，接下來還要對其測距電路進行分析設計（其實以前我已經對超聲波測距進行了比較細致的研究啦4個哦：點這看看）。
鏈接
[1] 一種倒車防碰撞系統的設計與實現(張安然)：http://pan.baidu.com/s/1dDGrGbR
[2] API8108A的datasheet：http://pan.baidu.com/s/1bn2i7UJ
[3] 簡易智能語音模塊的設計與實現(李世紅)(蔣海潮)：http://pan.baidu.com/s/1o6GFrK2
其他資料（私用）：http://pan.baidu.com/s/1o6HvpJO
