小凌派-RK2206开发板：智慧车载案例 原创 精华

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。
::: hljs-center

:::

::: hljs-center

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。
::: hljs-center

:::

::: hljs-center

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：
::: hljs-center

:::

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。
::: hljs-center

:::

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。
   ::: hljs-center

:::

::: hljs-center

图6.3.3 主程序流程图

:::

{
    unsigned int ret = 0;
    /* 每个周期为200usec，占空比为100usec */
    unsigned int duty_ns = 500000;
    unsigned int cycle_ns = 1000000;
    float distance_cm = 0.0;
    /*智慧车载模块初始化*/
    e53_iv01_init();
    
    while (1)
    {
         /*获取智慧车载模块测量的距离*/
        ret = e53_iv01_get_distance(&distance_cm);
        if (ret == 1)
        {
            printf("distance cm: %f\n", distance_cm);
             /*距离小于等于20cm，开启蜂鸣器告警，点亮LED告警灯；
否则，关闭蜂鸣器，熄灭LED告警灯*/
            if (distance_cm <= 20.0)
            {
                e53_iv01_buzzer_set(1, duty_ns, cycle_ns);
                e53_iv01_led_warning_set(1);
            }
            else
            {
                e53_iv01_buzzer_set(0, duty_ns, cycle_ns);
                e53_iv01_led_warning_set(0);
            }
        }
        LOS_Msleep(2000);
    }
}

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。

{
    /* Trig引脚设置为GPIO输出模式 */
    PinctrlSet(E53_IV01_TRIG_GPIO, MUX_FUNC0, PULL_KEEP, DRIVE_KEEP);
    LzGpioInit(E53_IV01_TRIG_GPIO);
    LzGpioSetDir(E53_IV01_TRIG_GPIO, LZGPIO_DIR_OUT);
    E53_IV01_TRIG_Clr();
    
    /* LED告警灯引脚设置为GPIO输出模式 */
    PinctrlSet(E53_IV01_LED_WARNING_GPIO, MUX_FUNC0, PULL_KEEP, DRIVE_KEEP);
    LzGpioInit(E53_IV01_LED_WARNING_GPIO);
    LzGpioSetDir(E53_IV01_LED_WARNING_GPIO, LZGPIO_DIR_OUT);
e53_iv01_led_warning_set(0);

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

}

初始化PWM7设备，使用PWM7作为蜂鸣器的控制源。

{
    /* 初始化pwm */
    PinctrlSet(E53_IV01_BUZZER_GPIO, MUX_FUNC2, PULL_DOWN, DRIVE_KEEP);
    PwmIoInit(m_buzzer_config);
    LzPwmInit(E53_IV01_PWM_IO);
    
    return 0;
}

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。

{
    uint8_t value = 0;
    
    m_echo_info.flag = EECHO_FLAG_CAPTURE_RISE;

    while (1)
    {
        LzGpioGetVal(E53_IV01_ECHO0_GPIO, &value);
        if (value == LZGPIO_LEVEL_HIGH)
        {
            m_echo_info.time_rise = *m_ptimer5_current_value_low;
            m_echo_info.flag = EECHO_FLAG_CAPTURE_FALL;
            break;
        }
    }

    while (1)
    {
        LzGpioGetVal(E53_IV01_ECHO0_GPIO, &value);
        if (value == LZGPIO_LEVEL_LOW)
        {
            m_echo_info.time_fall = *m_ptimer5_current_value_low;
            m_echo_info.flag = EECHO_FLAG_CAPTURE_SUCCESS;
            break;
        }
    }

    /* 释放信号量 */
    LOS_SemPost(m_task_sem);
}

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

{
    float f_time = (float)time;
    float f_freq = (float)freq;
    
    /* 距离 = 时间差 * 340米/秒 / 2(超时波来回2次) * 100厘米/米 */
    *cmeter = f_time / f_freq * 170.0 * 100.0;
}

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

hb set -root .
hb set
hb build -f

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。

========== E53 IV Example ==========
distance cm: 23.89
========== E53 IV Example ==========
distance cm: 23.90

好了，今天的课程就到这里，我们下次再见！