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[文章]小凌派-RK2206开发板：智慧车载案例

老渔翁
2022-07-30 10:10:30
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凌智电子RK2206
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小凌派-RK2206开发板：智慧车载案例
一、简介

智慧车载模块是一款集超声波测距以及报警电路的模块。模块可提供2cm-300cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达2cm，能将测量距离转化为具有一定宽度的脉冲输出；声光报警电路由外部控制，当外部处理器判断距离达到预警设定值时，控制报警电路工作。
智慧车载模块目前只是一个简单的车距测试模块，随着它的功能逐步完善，其发展的方向将更加宽广。比如：智慧车载模块可完善成为智能车载资通讯电子系统，车辆自动/辅助驾驶系统、驾驶人瞌睡警示、防撞预警、车载自我诊断系统（On Board Diagnostics,OBD）、胎压检测装置（TPMS）、车道偏离警示系统（LWDS）、前方碰撞预警系统（FCWS）及后方碰撞预警系统等智慧车（Smart Car）相关应用。
本文基于瑞芯微RK2206芯片 + LiteOS操作系统，通过gpio控制智慧车载E53模块，实现智慧车载模块和开发板的互相通信功能。
二、硬件电路设计

1.整体硬件电路设计智慧车载模块硬件电路如图1所示，电路中包含了E53接口连接器，EEPROM存储器、超声波处理电路和声光报警电路。
图片1.png



图1 硬件电路图

超声波测距芯片，选用CS-100A，其是一款工业级超声波测距芯片，内部集成超声波发射电路，超声波接收电路，数字处理电路等，单片即可完成超声波测距，测距结果通过脉宽的方式进行输出。
CS100A配合使用40KHz的开放式超声波探头，在超声波发射端并联一个电阻R2到地和8MHz的晶振，即可实现高性能的测距功能，电阻R2的大小决定了超声波测量的距离。
三极管Q1为NPN管，基极为高电平时，三极管才能够导通，蜂鸣器需PWM波驱动，人耳可识别的频率范围为20Hz-20KHz，故PWM频率需在该范围内，我们默认使用3KHz的PWM波驱动。
小凌派-RK2206开发板与智慧车载模块均带有防呆设计，故很容易区分安装方向，直接将模块插入到开发板的E53母座接口上即可，安装如图2所示。
图片2.png

图2 硬件连接图

2.智慧车载电路设计硬件资源图如下所示：
图片3.png

引脚名称开发者可在硬件资源图中查看，也可在智慧车载模块背面查看。
引脚名称
功能描述
ECHO
测距脉宽输出，高电平的宽度表示超声波往返时间差
TRIG
测距出发，输入10us的高电平脉冲，E53模块开始测距
BUZZER
蜂鸣器控制
LED_Warning
LED控制线，低电平有效
I2C_SCL
I2C时钟信号线
I2C_SDA
I2C数据信号线
GND
电源接地引脚
3V3
3.3V电源输入引脚
GND
电源接地引脚

三、程序设计
本实验使用智慧车载模块模拟智慧车载测距应用。超声波模块发送并接收信号，通过发射和接收信号的时间差来计算实际测量的距离；当测量的距离小于预先设置的阈值时，驱动蜂鸣器报警，点亮告警LED灯。
1. 主程序设计如图6.3.3所示，为智慧车载主程序流程图，开机LiteOS系统初始化后，进入主程序先初始化智慧车载模块。程序进入主循环，采用轮询的方式，2秒测量一次距离，当测量到的距离小于等于20厘米时，控制蜂鸣器响，告警灯亮起；当测量到的距离大于20厘米时，蜂鸣器不响应，告警灯熄灭。

图片4.png

图6.3.3 主程序流程图

  1. {
  2.     unsigned int ret = 0;
  3.     /* 每个周期为200usec，占空比为100usec */
  4.     unsigned int duty_ns = 500000;
  5.     unsigned int cycle_ns = 1000000;
  6.     float distance_cm = 0.0;
  7.     /*智慧车载模块初始化*/
  8.     e53_iv01_init();
  9.    
  10.     while (1)
  11.     {
  12.          /*获取智慧车载模块测量的距离*/
  13.         ret = e53_iv01_get_distance(&distance_cm);
  14.         if (ret == 1)
  15.         {
  16.             printf("distance cm: %fn", distance_cm);
  17.              /*距离小于等于20cm，开启蜂鸣器告警，点亮LED告警灯；
  18. 否则，关闭蜂鸣器，熄灭LED告警灯*/
  19.             if (distance_cm <= 20.0)
  20.             {
  21.                 e53_iv01_buzzer_set(1, duty_ns, cycle_ns);
  22.                 e53_iv01_led_warning_set(1);
  23.             }
  24.             else
  25.             {
  26.                 e53_iv01_buzzer_set(0, duty_ns, cycle_ns);
  27.                 e53_iv01_led_warning_set(0);
  28.             }
  29.         }
  30.         LOS_Msleep(2000);
  31.     }
  32. }
复制代码


2. 初始化程序设计智慧车载初始化程序主要分为IO初始化和PWM设备初始化两部分。
IO初始化程序主要设置GPIO0_PC4为输出模式，作为超声波测距Trig控制管脚；设置GPIO0_PA5为输出模式，作为LED_WARNING告警灯控制管脚；设置GPIO_PA2为输入模式，作为超声波测距Echo控制管脚。
  1. {
  2.     /* Trig引脚设置为GPIO输出模式 */
  3.     PinctrlSet(E53_IV01_TRIG_GPIO, MUX_FUNC0, PULL_KEEP, DRIVE_KEEP);
  4.     LzGpioInit(E53_IV01_TRIG_GPIO);
  5.     LzGpioSetDir(E53_IV01_TRIG_GPIO, LZGPIO_DIR_OUT);
  6.     E53_IV01_TRIG_Clr();
  7.    
  8.     /* LED告警灯引脚设置为GPIO输出模式 */
  9.     PinctrlSet(E53_IV01_LED_WARNING_GPIO, MUX_FUNC0, PULL_KEEP, DRIVE_KEEP);
  10.     LzGpioInit(E53_IV01_LED_WARNING_GPIO);
  11.     LzGpioSetDir(E53_IV01_LED_WARNING_GPIO, LZGPIO_DIR_OUT);
  12. e53_iv01_led_warning_set(0);

  14.     /* Echo引脚设置为GPIO输入模式 */
  15.     PinctrlSet(E53_IV01_ECHO0_GPIO, MUX_FUNC0, PULL_KEEP, DRIVE_KEEP);
  16.     LzGpioInit(E53_IV01_ECHO0_GPIO);
  17.     LzGpioSetDir(E53_IV01_ECHO0_GPIO, LZGPIO_DIR_IN);

  19. }
复制代码


初始化PWM7设备，使用PWM7作为蜂鸣器的控制源。
  1. {
  2.     /* 初始化pwm */
  3.     PinctrlSet(E53_IV01_BUZZER_GPIO, MUX_FUNC2, PULL_DOWN, DRIVE_KEEP);
  4.     PwmIoInit(m_buzzer_config);
  5.     LzPwmInit(E53_IV01_PWM_IO);
  6.    
  7.     return 0;
  8. }
复制代码


3. 距离测量程序设计发送至少10us的高电平给智慧车载，触发其开始工作；等待200ms，整个测距最长为66ms，获取Echo管脚的电平，当高电平时获取一个时间戳，当低电平时再获取一个时间戳，两个时间戳的差值即为超声波测距所产生的时间。
  1. {
  2.     uint8_t value = 0;
  3.    
  4.     m_echo_info.flag = EECHO_FLAG_CAPTURE_RISE;

  6.     while (1)
  7.     {
  8.         LzGpioGetVal(E53_IV01_ECHO0_GPIO, &value);
  9.         if (value == LZGPIO_LEVEL_HIGH)
  10.         {
  11.             m_echo_info.time_rise = *m_ptimer5_current_value_low;
  12.             m_echo_info.flag = EECHO_FLAG_CAPTURE_FALL;
  13.             break;
  14.         }
  15.     }

  17.     while (1)
  18.     {
  19.         LzGpioGetVal(E53_IV01_ECHO0_GPIO, &value);
  20.         if (value == LZGPIO_LEVEL_LOW)
  21.         {
  22.             m_echo_info.time_fall = *m_ptimer5_current_value_low;
  23.             m_echo_info.flag = EECHO_FLAG_CAPTURE_SUCCESS;
  24.             break;
  25.         }
  26.     }

  28.     /* 释放信号量 */
  29.     LOS_SemPost(m_task_sem);
  30. }
复制代码


获得超声波测距的时间后，通过公式计算距离，计算公式：距离 = 时间差 * 340米/秒 / 2 * 100厘米/米
  1. {
  2.     float f_time = (float)time;
  3.     float f_freq = (float)freq;
  4.    
  5.     /* 距离 = 时间差 * 340米/秒 / 2(超时波来回2次) * 100厘米/米 */
  6.     *cmeter = f_time / f_freq * 170.0 * 100.0;
  7. }
复制代码




四、编译过程
1、搭建和下载源代码
我已将OpenHarmony源代码上传到Gitee社区中，大家可以根据以下网址下载。
https://gitee.com/Lockzhiner-Electronics/lockzhiner-rk2206-openharmony3.0lts
注意：编译环境可根据以下网址来操作：https://gitee.com/Lockzhiner-Electronics/lockzhiner-rk2206-openharmony3.0lts/blob/master/vendor/lockzhiner/rk2206/README_zh.md
2、打开sdk下面路径的文件
/vendor/lockzhiner/rk2206/samples/c4_e53_intelligent_vehicle_01 /e53_intelligent_vehicle_01_example.c
3、修改编译脚本
修改 vendor/lockzhiner/rk2206/sample 路径下 BUILD.gn 文件，指定 e53_iv01_example 参与编译。
"./c4_e53_intelligent_vehicle_01:e53_iv01_example",
修改 device/lockzhiner/rk2206/sdk_liteos 路径下 Makefile 文件，添加 -le53_iv01_example 参与编译。
hardware_LIBS = -lhal_iothardware -lhardware -le53_iv01_example
3、编译固件
  1. hb set -root .
  2. hb set
  3. hb build -f
复制代码


4、烧写固件
请参考Gitee网址的说明手册（“烧录打印”章节）：https://gitee.com/Lockzhiner-Electronics/lockzhiner-rk2206-openharmony3.0lts/blob/master/device/rockchip/README_zh.md
五、实验结果
程序编译烧写到开发板后，按下开发板的RESET按键，通过串口软件查看日志如下；智慧车载模块超声波探头正对着墙壁进行测距，移动模块到不同的距离，当测量的距离小于等于20厘米时，蜂鸣器响起，告警灯亮起；当测量的距离大于20厘米时，蜂鸣器不响应，告警灯熄灭。
  1. ========== E53 IV Example ==========
  2. distance cm: 23.89
  3. ========== E53 IV Example ==========
  4. distance cm: 23.90
复制代码


好了，今天的课程就到这里，我们下次再见！



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