第三章 硬件设计及调试
3.2 GM3101芯片[6] 3.2.1 概述
GM3101倒车雷达专用控制芯片，用纯硬件ASIC方式实现倒车雷达主机功能，将倒车雷达需要的主要元件(控制器、运放电路、滤波电路等)都集成在了单一芯片中，外围只需接上超声波传感器和功率器件就可以实现整个系统功能，提高了系统集成度，也不需要软件编程，是目前最简单的一种倒车雷达实现方案。该芯片提供4 路超声波探头的驱动，并根据超声波特性和倒车雷达的使用环境进行了一系列智能化处理，在保证超声波测距精确性的基础上，更加强了报警功能的准确性和实用性。测试结果编码后采用双线差分方式输出，提高了信号传输的抗干扰性。GM3101 可为倒车雷达系统提供最简单的单芯片控制方案，替代现有的单片机控制方案。该芯片的优势在于尽可能地为倒车雷达系统提高集成度，减少外围元件。同时该芯片的功能满足高端和通用性的要求，用户利用该组芯片既可以生产高性能的整机产品，还可以灵活设置其产品的报警方式。全硬件方式实现系统功能，既降低了用户的开发难度，更对系统性能有了显著的提高。
3.2.2 工作特征
（1）电源电压：5V；
（2）四路超声波探头接口，探头发送驱动信号为5V，2mA；
（3）报警信号编码输出，报警信号包括：各探头检测到的障碍物距离危险等级信号、最近障碍物方位信号、最近障碍物距离信号及附加消息，信号电平5V； （4）检测结果输出周期80ms；
（5）具备自动增益控制，实现分级放大；
（6）具有防声波衍射误报处理，提高报警信号的准确性； （7）具有智能识别功能，可以忽略小物体，防止误报警； （8）报警信号输出采用双线差分方式，提高抗干扰性； （9）具有防扒车报警功能；
（10）工作环境温度：-40℃~+85℃。
12
第三章 硬件设计及调试
3.2.3 封装及引脚功能说明
图3-2. GM3101的QFP44实物图及封装图
3.2.4 芯片具体功能及应用
GM3101 提供4 路超声波探头接口，芯片通过探头发送和接收超声波信号，根据发送和接收的时间差计算障碍物的距离，输出相应报警信号。报警信号编码后采用双线差分方式输出，输出信号的内容包括：各探头检测到的障碍物距离的危险等级、最近障碍物的方位、最近障碍物的距离值和附加消息。最大输出距离为3.15米，输出精度为0.05米。 （1）信号发送和接收
芯片接通电源后，探头驱动引脚向超声波探头发送驱动信号，驱动超声波探头发送超声波信号，驱动信号发送完毕后芯片等待信号返回；探头接收到超声波信号后，将信号送入芯片，进行信号放大处理，记录信号发送和接收的时间差，根据此时间差计算障碍物距离，控制报警信号输出。超声波探头驱动采用分时顺序的驱动方式，即依次对4个探头轮流进行驱动，一个探头的工作周期内要包括发送和接收两种操作。4个探头检测完成构成一个检测周期。若前一探头在本工作周期内没有接收到返回的超声波信号，则芯片也转入控制下一个探头的工作。发送与接收的时序图如图3-3所示：
13
第三章 硬件设计及调试
图3-3. 发送与接收的时序图
（2） 多种智能处理
一种是防声波衍射处理由于声波传输的特性，声波会出现未经实际物体反射就直接回到探头并被检测到的情况，使处理器误认为是实际反射接收到的信号，导致误报。根据声波衍射的特性，GM3101 可以对衍射声波进行识别，消除了声波衍射误报警情况。芯片一旦判定收到的超声波信号是声波衍射返回的信号，则自动忽略该结果，芯片继续等待在该探头工作周期内是否存在有效反射波，有则进行处理，没有则转入下一探头的驱动。
另一种是智能识别处理地面上的小物体，比如小砖块，小石块，小水
COUT F5 OUT4 有效回波信号 OUT3 OUT1 16个40KHz方波 OUT2 单探头周期20ms 四探头工作周期80ms 比较器输出信号 14
第三章 硬件设计及调试
果，都会造成超声波的反射，并让探头检测到，而这些物体并不影响车辆的倒车操作。GM3101 针对这种情况进行了处理，提高报警的准确性。与防声波衍射处理一样，芯片忽略掉无效反射波后会继续等待在本工作周期内是否存在有效反射波，有则进行处理，没有则转入下一探头的驱动小信号的忽略门限是通过检测小物体反射回来的超声波信号强度来判断。也可以称之为灵敏度分析，灵敏度与小信号忽略门限成反比，小信号的忽略门限低，说明所忽略的小物体反射回来的信号强度很弱，对于较大的物体则不忽略。这样灵敏度就高。反之，当忽略门限达到最高时，对于一些较大的物体也会忽略，灵敏度也变得最低。用户可根据实际需要及超声波探头的灵敏度来调节这两个信号。 （3） 报警信号输出
GM3101 接收到有效反射信号后，进行计算并输出相应的报警信号。报警信号的输出周期为80ms。如果整个检测周期内都没有检测到物体，则不输出任何报警信号。报警信号包含的内容有：各探头检测到的障碍物危险等级、最近障碍物的方位、最近障碍物的距离值及附加消息，其中附加消息是专门用于输出环境适应处理的结果。障碍物危险级别和障碍物距离的对应关系如表3-1所示：
表3-1. 障碍物距离与危险级别对应关系
分段 1 2 3 4 障碍物距离 1.2—3.15米 0.6—1.2米 0.3—0.6米 < 0.3米 障碍物危险级别 安全 警世 危险 停车
3.3 XY-CN BUS专用数字通讯芯片 3.3.1 CMT001芯片
CMT001芯片是XY-CN BUS设备端通讯专用集成电路，完成数字通讯的调制解调功能。总线信号直接输入芯片IN，芯片RXD、TXD信号可直接输入
15
第三章 硬件设计及调试
单片机或通过光耦与单片机连接，输出12～35V、100mA电源及5V±5％、10mA电源。CMT001是一种带供电功能的低成本仪表总线从机芯片,芯片特征如下所示：
（1）自身功耗低，最大功耗<200uA，总线电压<30V； （2）无极性双向电路接线方式，抗干扰能力强； （3）使用普通1.5mm双绞线，应用简单，布线方便 ； （4）通讯速率高达19200bps的半双工通讯； （5） 同时挂接256个设备，通讯距离可达1800m ； （6） 小体积SO-8封装；
（7） 可隔离设计又可非隔离设计，保证电磁兼容特性；
（8） 可以远程提供5V/10mA稳压电源及10～20V/100mA的直流电源 ； （9） 从机电源供给方式：
－通过+5V从XY-CN BUS 供电；
－通过+5V从XY-CN BUS或后备电池双供电； －通过电池供电，XY-CN BUS仅在通讯时工作； （10）工作温度：－40～＋85℃。
3.3.2 CMT001芯片应用参考电路（供电1mA）[7]
图3-4. CMT001芯片应用参考电路图
为增加主机抗干扰能力，控制器应将总线驱动与单片机系统隔离，TXD、
16