基于語音報警的雙向遙控車門開關(guān)系統(tǒng)設(shè)計

引言

遙控車門開關(guān)(remote keyless entry，RKE)方案對于汽車的配置來說，已經(jīng)作為一種標準配置，成為汽車不可或缺的部分。遙控車門開關(guān)系統(tǒng)(RKE)對于提高汽車的防盜性、控制性有重要意義。大多數(shù)RKE系統(tǒng)具有汽車防盜、報警功能以及用于汽車、行李箱的門禁控制，其中一些系統(tǒng)還包括遙控啟動汽車和汽車尋找的功能。以往設(shè)計的單向 RKE 系統(tǒng)是由一個控制端與一個執(zhí)行端組成。這種系統(tǒng)最大的不便是只有用戶發(fā)送信息給車門，而車門無法將自己的信息反饋給用戶，這就使得用戶無法知道車子的狀況，給車子的安全性帶來隱患。此外，由于系統(tǒng)是由電池供電，怎樣盡量降低功耗也是一個比較大的問題。為了解決這兩個問題，本文設(shè)計了一個基于Nordic 的nRF401收發(fā)機實現(xiàn)的雙向RKE系統(tǒng)，同時采用語音芯片及其相應的濾波放大電路，通過內(nèi)置的揚聲器以實現(xiàn)系統(tǒng)自動語音報警。

系統(tǒng)中主要實現(xiàn)兩種功能：當用戶發(fā)送相應命令時，車子自動執(zhí)行上鎖、開鎖功能，而當用戶超出收發(fā)范圍時，主收發(fā)器能夠自動的發(fā)送警告信息，通過語音的方式告知用戶已超出安全范圍。數(shù)據(jù)的無線收發(fā)功能采用nRF401芯片以實現(xiàn)；系統(tǒng)的語音報警功能采用ISD4004系列芯片。

nRF401功能介紹

nRF401是挪威Nordic VLSI公司最新推出的單芯片RF收發(fā)機，專為在433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療) 頻段工作而設(shè)計。它是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK 調(diào)制、FSK解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點。nRF401 的外圍元件很少，僅10個左右。只包括一個4MHz基準晶振(可與MCU共享)、一個PLL環(huán)路濾波器和一個VCO電感，收發(fā)天線合一，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

nRF401采用20腳SSOIC封裝，內(nèi)部電路可分為發(fā)射電路、接收電路、模式和低功耗控制邏輯電路幾部分。要發(fā)射的數(shù)據(jù)通過DIN端(第9 腳)輸入。射頻功率放大器具有高達+10 dBm輸出功率。接收電路包含有：低噪聲放大器，混頻器，F(xiàn)SK解調(diào)器，濾波器等電路。接收電路中，低噪聲放大器放大輸入的射頻信號，接收靈敏度-105 dBm?；祛l器采用1級混頻結(jié)構(gòu)，混頻器的輸出信號經(jīng)中頻濾波器濾波后送入FSK解調(diào)器解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)字信號在DOUT端(第10腳)輸出。

ISD4004系列語音芯片功能介紹

ISD4004芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、平滑濾波器、自動靜噪、音頻放大器以及多電平閃速存儲器陣列，該芯片為非易失性器件 (nonvolatile)，無需電源可保存數(shù)據(jù)長達100年，記錄時間長，有8、10、12、16分鐘多種芯片，重復記錄可100000次。芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制，通過SPI總線和處理器相連，外圍電路簡單。

ISD4004語音芯片不但可以完成錄音過程也可以完成放音過程。本文所討論的語音報警器主要是指裝在用戶隨身攜帶的上位機的放音電路中，不包含錄音電路。而在實際應用中，錄音部分預先將收錄內(nèi)容存儲到語音芯片中，并分配一個特定的播音地址，當需要報警時只需要讀取該播音首地址，隨即報警信息就由語音芯片通過揚聲器自動播放出來，實現(xiàn)即時報警。

系統(tǒng)硬件總體設(shè)計

雙向RKE系統(tǒng)由上位機和下位機兩大部分組成。其中上位機是用戶隨身攜帶的，可以理解為一種帶報警功能的遙控鑰匙，而下位機是安裝在車門內(nèi)的，用于開啟車門。整個雙向RKE系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

系統(tǒng)主要分為兩部分：無線收發(fā)部分和放音部分。其中核心控制器采用ATMEL公司生產(chǎn)的MCU AT89C52，它通過異步串行口與射頻模塊建立聯(lián)系。 其中射頻收發(fā)芯片nRF401的12腳為通道選擇：CS ="0"為通道#1(433.9 MHz)，CS ="1"為通道#2(434.33MHz)；18腳為電源開關(guān)：
PWR UP =“1”為工作模式，PWR UP =“0”為待機模式；19腳為發(fā)射允許：TXEN =“ 1”為發(fā)射模式；TXEN =“0”為接收模式。它們可以分別與MCU的I/O口P1.2，P1.3和P1.4相連,用于這些控制位工作狀態(tài)的選擇，而數(shù)據(jù)輸入位DIN和數(shù)據(jù)輸出位則可以分別與單片機的異步串行口TXD和RXD相連，這樣MCU就可以控制射頻芯片的收發(fā)時序了。

放音部分由于采用的芯片為ISD4004，其供電電壓為3V，而單片機的所需供電電壓為5V，因此它們之間互連需要經(jīng)過一定的電平轉(zhuǎn)換電路。單片機的P1.6通過電平轉(zhuǎn)換電路接ISD4004的片選引腳/SS，控制ISD4004是否選通；P1.7通過電平轉(zhuǎn)換電路接ISD4004的串行輸入引腳MOSI，從該引腳讀入放音的地址；P3.2和P3.3分別通過電平轉(zhuǎn)換電路接ISD4004的串行時鐘引腳SCLK和中斷引腳/INT；AMCAP為自動靜音端，使用時通過一電容接地；ISD4004芯片所需要的連接還有音頻信號輸出引腳AUDOUT，該引腳通過一個濾波放大電路與揚聲器連接，放音電路原理如圖4所示，其中由于單片機的四個引腳要與語音芯片相連，故需要圖中所示的電平轉(zhuǎn)換電路為4個(這里頭只畫出一個)。