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Si472x射頻收發(fā)芯片的交通狀況提示裝置

發(fā)布時間:2010-2-18 15:13    發(fā)布者:李寬
關鍵詞: 交通 , 射頻 , 收發(fā) , 芯片 , 裝置
引言

本交通狀況提示裝置采用調(diào)頻收發(fā)技術,可實現(xiàn)在道路發(fā)生交通事故、道路阻塞或能見度低的雨霧天氣等情況下,向周圍車輛發(fā)送提醒信號,并自動開啟車內(nèi)危險報警閃光燈,提醒后方來車,同時,在高峰易賽車路段,可向周圍車輛及時傳達路況信息。本裝置結構簡單,成本低,便于每輛汽車上安裝。

本系統(tǒng)主要是針對Silicon Lab公司推出的Si4721系列芯片設計的,對于其他系列的產(chǎn)品稍加改動即可,其設計思路基本相同且引腳兼容。

1 Si4721單芯片射頻收發(fā)器簡介

Si472x功能框圖如圖1所示。



Si472x系列主要包含Si4720和Si4721,都是20引腳QFN封裝,支持調(diào)頻信號76 MHz~108 MHz全波段收發(fā),且可全頻段自動搜索及頻率自鎖定,工作電壓2.7~5.5 V均適用。其設計與Si473x AM/FM廣播接收器、Si470x FM廣播接收器,以及Si471x FM發(fā)射器解決方案相兼容。由于這種兼容性,單一PCB設計可以無縫支持所有這些產(chǎn)品。與單片機通信時,可使用與I2C兼容的2-Wire、3-Wire及SPI接口方式。Si4721與Si4720 的主要不同點是,Si4721內(nèi)部有RDS/RBDS處理器,是一款支持歐洲廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RDS)和美國無線廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng)(RBDS)的單芯片F(xiàn)M廣播收發(fā)器。

Si472x系列芯片內(nèi)部集成有功能完備的ADCDAC部件,外部音頻信號可直接輸入芯片發(fā)射出去,同時接收到的音頻信號加放大器后,可驅動揚聲器播放。Si472x這款全新的單芯片F(xiàn)M廣播收發(fā)器充分利用了獨特的射頻專業(yè)技術,在集成與性能方面實現(xiàn)了又一次創(chuàng)新。它支持客戶在簡化系統(tǒng)設計、降低產(chǎn)品成本的同時,進一步改善了消費者的聽覺體驗。Si472x支持模擬和數(shù)字音頻接口,并提供諸如錄制FM廣播作為鈴聲等特性。由于不再使用多余的數(shù)據(jù)轉換器,這種數(shù)字音頻接口還可降低系統(tǒng)功耗、延長電池的使用時間。另外,Si472x FM收發(fā)器針對便攜式應用進行了優(yōu)化,具有可接收FM廣播信號,以及從設備至任何FM接收器創(chuàng)建無線音頻連接的能力。它也是支持調(diào)頻廣播收發(fā)一體的可支持小型化天線的系列芯片。由于采用了小型化天線,Si472x系列芯片可以很方便地設置在許多便攜式設備PCB板中,包括有藍牙功能的設備。因為它所占PCB空間極小,可以省去外置天線帶來的許多不便。

2 道路交通狀況提示裝置工作原理

本裝置主要包含1個核心微控制器、1個單芯片F(xiàn)M收發(fā)器、1個可存儲和可實時錄入多段語音信息的語音電路、功率放大電路及音頻放大電路。系統(tǒng)總體設計框圖如圖2所示。



系統(tǒng)以Silicon Labs公司的C8051F310為控制核心。單芯片F(xiàn)M收發(fā)器采用大規(guī)模集成芯片Si4721實現(xiàn),可通過編程控制使其分別工作在接收或發(fā)射模式。語音模塊采用集成錄放音芯片ISD2560,可實現(xiàn)錄制和存儲針對各種交通狀況的語音提示信息(如車牌號碼、車輛故障停車、道路阻塞或維修等);同時可切換錄音話筒直接對外喊話(如車輛著火有爆炸危險、車禍后人員被困無法出來等狀況)。該裝置集接收和發(fā)送于一體。默認狀態(tài)處于接收,可接收周圍150 m遠的車輛發(fā)來的語音提示或報警信號,通過揚聲器循環(huán)播放,以便駕駛員作出相應調(diào)整。當車輛遇故障拋錨,或碰到能見度低的雨霧天氣時,通過單片機選中語音芯片中事先存儲好的語音信號地址,調(diào)出其中存儲的語音內(nèi)容(例如:“車牌號為xxxxxxx的車輛因故障靠邊停車,后方來車請小心駕駛!”),然后按下發(fā)送按鍵,向周圍車輛發(fā)送,并自動開啟車內(nèi)危險報警閃光燈,做到多種方式提醒后方來車小心駕駛。

當遇道路阻塞、道路維修時,按下相應按鈕,打開語音模塊的實時錄入功能,錄入阻塞道路名稱或維修道路名稱等相應信息(例如:“某某路段現(xiàn)處于賽車高峰,請各車輛繞道而行”),按下發(fā)送按鈕,便可以向周圍車輛發(fā)送該信號,以便其他車輛及時做出擇道選擇。

當遇車輛發(fā)生車禍被困車內(nèi)等緊急情況,可打開實時喊話功能,通過麥克風輸入電路直接對外進行喊話,然后通過收發(fā)模塊發(fā)射出去,并自動開啟車內(nèi)危險報警閃光燈。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 收發(fā)器硬件設計

單芯片F(xiàn)M收發(fā)器采用Si4721芯片,接口電路如圖3所示。芯片工作頻率由外部32.768 kHz晶振提供,分別接入RCLK和DCLK引腳。



Si4721通過I2C總線兼容的2-Wire工作模式與單片機通信。單片機通過指令控制Si4721工作在發(fā)射模式或接收模式,從語音電路輸出的語音信號輸入Si4721,經(jīng)過Si4721內(nèi)部射頻電路及天線發(fā)射出去。單片機通過發(fā)送接收模式指令使Si4721工作在接收模式。設定相關頻段,從天線接收到的信號經(jīng)過Si4721最終從揚聲器輸出。

3.2 微控制器硬件設計

系統(tǒng)采用單片機C8051F310控制。C8051F31x器件是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU芯片,能實現(xiàn)51系列單片機的所有功能,并且速度快、性能好。選用這款功能強大單片機的目的是為了給整個系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展打下基礎,便于系統(tǒng)功能后續(xù)升級及擴展。

C8051F310使用Silicon Labs公司的專利CIP-51微控制器內(nèi)核,有29個I/O引腳(3個8位口和1個5位口),端口的工作情況與標準8051相似,但有一些改進。每個端口引腳都可以被配置為模擬輸入或數(shù)字I/O,數(shù)字交叉開關允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到端口I/O引腳?赏ㄟ^設置交叉開關控制寄存器將片內(nèi)的計數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部的其他數(shù)字信號配置為出現(xiàn)在端口I/O引腳。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應用選擇通用端口 I/O和所需數(shù)字資源的組合。片內(nèi)Silicon Labs二線(C2)開發(fā)接口允許使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。

CIP-51采用流水線結構,與標準的8051結構相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個標準的8051中,除MUL和DIV以外所有指令都需要 12或24個系統(tǒng)時鐘周期,最大系統(tǒng)時鐘頻率為12~24 MHz。而對于CIP-51內(nèi)核,70%的指令的執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期,只有4條指令的執(zhí)行時間大于4個系統(tǒng)時鐘周期。CIP-51共有111 條指令。CIP-51工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25 MHz時,它的峰值速度達到25MIPS



3.3 語音錄放電路硬件設計

語音電路采用ISD2560語音芯片,通過單片機控制其功能引腳CE、PD和P/R,實現(xiàn)對麥克風采集的音頻信號的錄入及處理,然后輸出信號至 Si4721收發(fā)器。同時訪問地址線,可以存儲多段錄音。圖4是語音電路原理。

單片語音錄放集成電路ISD2560,可實現(xiàn)多段信息處理的多功能語音錄放,最大可存儲語音信號段數(shù)為600段,每段可錄音時間為60 s,能重復錄放達10萬次。芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術,省去了A/D、D/A轉換器。每個采樣值直接存儲在片內(nèi)單個EEPROM單元中,因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。ISD2560集成度較高,內(nèi)部包括前置放大器、內(nèi)部時鐘、定時器、采樣時鐘、濾波器、自動增益控制、邏輯控制、模擬收發(fā)器、解碼器和480 KB的EPROM等。

3.4 射頻功率放大電路硬件設計

射頻功率放大采用的是50~850 MHz的功放芯片SBB-2089,其實功率增益可達20 dB,目前收發(fā)距離可達150 m左右,比較適于交通狀況提示所用。在無委會允許情況下,也可進一步擴大接收距離。功率放大電路如圖5所示。



4 系統(tǒng)軟件流程

由于系統(tǒng)默認為接收狀態(tài),所以接收程序中只需直接POWER UP,它對應的命令為0x01;若需轉入發(fā)射狀態(tài),則需先切換到POWER DOWN狀態(tài),再重新POWERUP。Si472x收發(fā)程序流程如圖6所示,系統(tǒng)程序流程如圖7所示。



5 系統(tǒng)性能測試、評價與展望

5.1 測試環(huán)境

測試時采用兩套裝置,12 V鎳錳電池供電。一套用于發(fā)射,另一套用于接收。在校園較空曠的林蔭道上測試距離達 150 m以上,語音清晰,且傳輸距離可調(diào)(若無委會允許可以做得更遠)。在實際使用中,可用車載點煙器輸出的12 V供電。

5.2 性能測試及評價

經(jīng)測試,整個系統(tǒng)功能完整,傳輸距離和語音質(zhì)量等各項性能達到設計要求。以下是詳細測試情況:

①可準確接收周邊150 m以上車輛告警信號;
②接收到的語音信號清晰悅耳;
③可實時錄入阻塞道路名稱或維修道路名稱,然后發(fā)送出去;
④按鍵延時檢測確認發(fā)送功能,有效避免誤發(fā)送;
⑤可實現(xiàn)多段語音錄放管理;
⑥緊急情況可實時直接對外喊話;
⑦可根據(jù)需要自動開啟車內(nèi)危險報警閃光燈;
⑧便捷的交互接口,液晶顯示操作提示,使得操作更加方便。

目前所用發(fā)射端功放為小功率功放,如加大功放,發(fā)射傳輸距離可達500 m或者更遠。

結語

此技術除了用于道路交通狀況提示以外,只要加以修改加工還可用于其他用途,如對講機、門鈴、遙控器等。本技術可應用面廣,在本產(chǎn)品中還未能體現(xiàn)其所有功能,我們今后的發(fā)展方向,爭取將此產(chǎn)品更加完善。

參考文獻

   1. 劉守義.單片機原理及應用[M].2版.西安:西安電子科技大學出版社,2002.
   2. C8051F310/1/2/3/4/5 8/16 KB ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊[DB/OL].潘琢金,譯.http://share.dzkf.cn/down/2008/0427 /file_2301.html.
   3. Silicon Labs Si472x FM TRANSCEIVER PROGRAMMING GUIDE(AN319)[DB/OL].https://www.silabs.com/Pages/default.aspx.
   4. SBB-2089(Z)_Datasheet[OL].www.sirenza.com.

作者:深圳職業(yè)技術學院 何惠琴 李益民    來源:單片機與嵌入式系統(tǒng) 2009 (10)
本文地址:http://www.54549.cn/thread-8332-1-1.html     【打印本頁】

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