引言

　　本交通狀況提示裝置采用調(diào)頻收發(fā)技術(shù),，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(dá)路況信息,。本裝置結(jié)構(gòu)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(shè)計的，對于其他系列的產(chǎn)品稍加改動即可,，其設(shè)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(shè)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(shè)計可以無縫支持所有這些產(chǎn)品,。與單片機(jī)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(diǎn)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ADC及DAC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(qū)動揚(yáng)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(dú)特的射頻專業(yè)技術(shù)，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(shè)計,、降低產(chǎn)品成本的同時，進(jìn)一步改善了消費(fèi)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(zhuǎn)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(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化,，具有可接收FM廣播信號,，以及從設(shè)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(shè)置在許多便攜式設(shè)備PCB板中，包括有藍(lán)牙功能的設(shè)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(shè)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(rèn)狀態(tài)處于接收,，可接收周圍150 m遠(yuǎn)的車輛發(fā)來的語音提示或報警信號，通過揚(yáng)聲器循環(huán)播放,，以便駕駛員作出相應(yīng)調(diào)整,。當(dāng)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(jī)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(dāng)遇道路阻塞、道路維修時，按下相應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(fēng)輸入電路直接對外進(jìn)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(shè)計

　　3．1 收發(fā)器硬件設(shè)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(jī)通信,。單片機(jī)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(jī)通過發(fā)送接收模式指令使Si4721工作在接收模式。設(shè)定相關(guān)頻段,，從天線接收到的信號經(jīng)過Si4721最終從揚(yáng)聲器輸出,。

　　3．2 微控制器硬件設(shè)計

 　　系統(tǒng)采用單片機(jī)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(jī)的所有功能,，并且速度快、性能好,。選用這款功能強(qiáng)大單片機(jī)的目的是為了給整個系統(tǒng)后續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ),，便于系統(tǒng)功能后續(xù)升級及擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)8051相似，但有一些改進(jìn),。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(guān)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(shè)置交叉開關(guān)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(yīng)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(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)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(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高,。在一個標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到25MIPS,。

　　3．3 語音錄放電路硬件設(shè)計

　　語音電路采用ISD2560語音芯片,，通過單片機(jī)控制其功能引腳CE、PD和P／R,，實現(xiàn)對麥克風(fēng)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(fù)錄放達(dá)10萬次。芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù),，省去了A／D,、D／A轉(zhuǎn)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(shè)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(dá)20 dB,，目前收發(fā)距離可達(dá)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(jìn)一步擴(kuò)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(rèn)為接收狀態(tài),，所以接收程序中只需直接POWER UP，它對應(yīng)的命令為0x01,；若需轉(zhuǎn)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(dá)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(yuǎn)),。在實際使用中，可用車載點(diǎn)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(dá)到設(shè)計要求,。以下是詳細(xì)測試情況：

①可準(zhǔn)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(rèn)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(dá)500 m或者更遠(yuǎn)。

　　結(jié) 語

　　此技術(shù)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(jī)、門鈴,、遙控器等,。本技術(shù)可應(yīng)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。