一種基于MSP的倒車雷達設計方案

一種基于MＳＰ4３０的倒車雷達設計隨著人們對汽車幫助駕駛系統(tǒng)智能化要求的提高和汽車電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡化進展，新型的倒車雷達應能夠連續(xù)測距并顯示障礙物距離，并具有通信功能,能夠把數(shù)據(jù)發(fā)送到汽車總線上去。

以往的倒車雷達設計使用的元器件較多，功能也較簡潔.本文介紹的基于新型高性能超ＨYＰERLＩＮK"http：／/ｗwｗ．eeｗ。ｃn/＂\t＂＿blanｋ＂低功耗單片機MSP4３0Ｆ2274的倒車雷達可以彌補以往產(chǎn)品的不足。系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)采納超聲波測距原理。超聲波測距儀器一般由放射器、接收器和信號處理器三部分組成.工作時，超聲波放射器發(fā)出超聲波脈沖，超聲波接收器接收遇到障礙物反射回來的反射波，精準測量超聲波從放射到遇到障礙物反射返回的時間,依據(jù)超聲波的傳播速度,可以計算出障礙物距離。作為一種非接觸式的檢測方式，超聲波具有空氣傳播衰減小、反射能力和穿透性強的特點。超聲波測距具有在近距離范圍內(nèi)有不受光線和雨雪霧的影響、結(jié)構(gòu)簡潔、制作便利和成本低等優(yōu)點.高性能的單片機結(jié)合超聲波測距,可以實現(xiàn)功能強大、使用便利的倒車雷達。ＨＹPＥRＬＩNＫ”hｔtp：／/www．eewoｒｌd。ｃ/＂＼t"_ｂlanｋ＂TI公司的1６位單片機MSP430Ｆ2274功耗極低，片上資源豐富,同時利用JＴAG接口技術，可以對片上閃存便利的編程，便于軟件的升級，格外適合作為倒車雷達系統(tǒng)的微掌握器.倒車雷達系統(tǒng)的框圖如圖1所示.

圖1倒車雷達系統(tǒng)框圖

硬件系統(tǒng)設計系統(tǒng)以ＭSP43０F227４微掌握器為核心，外圍電路由超聲波放射電路、超聲波接收電路、聲光報警電路、通信接口電路、鍵盤液晶顯示電路五部分組成，下面逐一介紹。

?圖２倒車雷達系統(tǒng)主控電路圖系統(tǒng)的主控電路圖如圖2所示。本系統(tǒng)中選用的MＳＰ430F2274片內(nèi)有32Kb閃存和1KbＲＡＭ，因此無須外擴存儲器。外接的３2.７6８ｋHｚ晶振作為CPU關閉狀態(tài)Basic－Tｉmeｒ的時鐘源,同時也作為系統(tǒng)的車載時鐘使用。超聲波發(fā)送模塊電路如圖3所示,由超聲波產(chǎn)生和放射兩部分組成。超聲波的產(chǎn)生方法有兩種:硬件發(fā)生法和軟件發(fā)生法。常用的硬件發(fā)生法常采納如下方案:超聲波由ＣD４0１1構(gòu)成的振蕩器振蕩產(chǎn)生，經(jīng)升壓變換推動超聲波換能器而放射出去，振蕩器的起振和停振由單片機來掌握。本設計采納軟件發(fā)生法,由于通過軟件發(fā)生法既可以削減硬件的簡潔程度,降低系統(tǒng)的成本,又具有靈敏性強、容易實現(xiàn)、穩(wěn)定性好的優(yōu)點.本系統(tǒng)利用MSP43０F2274單片機的定時器功能來產(chǎn)生穩(wěn)定的ＰWＭ（４0Hz）脈沖波，并通過I/Ｏ端口P2．３輸出到超聲波放射部分。在超聲波放射電路中CD4０49一共包括了6個非門,圖3中線路僅使用了3個，為了防止干擾或被靜電擊穿導致整個CD４０49損壞，把沒有使用的那一側(cè)的3個非門串起來做接地處理。當掌握端輸出一系列固定頻率脈沖時,在壓電陶瓷型超聲波放射換能器UCM－40-Ｔ上就固定頻率的加正電壓和反電壓，發(fā)出大功率的超聲波，所得到的波形比其他方式效果更抱負。

?圖3倒車雷達超聲波發(fā)送模塊超聲波接收電路如圖4所示。這是本系統(tǒng)設計和調(diào)試的一個難點.壓電陶瓷型超聲波接收器UＣM—40-R接收反射的超聲波轉(zhuǎn)換為40ｋＨｚ毫伏級的電壓信號，需要經(jīng)過放大、處理、才能用于觸發(fā)單片機中斷.一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲂盘栁⑷?，由于反射條件不同，需要放大倍數(shù)的范圍大約是100~５000，另一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲎杩馆^大，需要高輸入阻抗的多級放大電路，而高輸入阻抗容易接收干擾信號.通常采納兩種方案:一是采納運算放大器組成多級選頻放大電路；二是采納專用的集成前置放大器。第一種方案容易產(chǎn)生自激振蕩，要使接收電路達到很好靈敏度和抗干擾效果,電路的調(diào)試是較困難的.本系統(tǒng)采納專用的集成電路前置放大器CX2０1０6，它由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整型電路組成。其中前置放大器具有自動增益掌握功能,可以保證在超聲波傳感器接收較遠反射信號輸出微弱電壓時放大器有較高的增益,在近距離輸入信號強時放大器不會過載。調(diào)節(jié)芯片引腳５的外接電阻R3，將它的濾波器的中心頻率設置在4０ｋＨｚ,達到了很好的效果。當接收到與濾波器中心頻率相符的信號時，其輸出引腳７輸出一個低電平，而輸出引腳７直接接到MＳＰ43０F227４的P2。２上，以觸發(fā)中斷。

?圖４倒車雷達超聲波接收模塊

圖5倒車雷達聲光報警電路圖報警模塊采納簡潔的聲光報警電路,如圖5所示。先設定一個臨界值,當車尾與障礙物的距離小于設定的最小距離時，紅色指示燈閃亮,綠色指示燈熄滅。單片機向其端口發(fā)出ＰWＭ脈沖，隨著距離的減小,通過掌握PWM脈沖的占空比使閃光和蜂鳴的頻率加劇,以此來提示駕駛員.

?圖６倒車雷達通信接口電路圖通信接口電路如圖6所示。采納美信的ＭAＸ3２32芯片,外圍電路格外簡潔,只需要５個0．1μF的電容器。該電路把單片機串口輸出信號隔離變換成RS—２32信號發(fā)送到汽車總線上，同時還可以實現(xiàn)該系統(tǒng)與計算機的通信.

?圖７倒車雷達鍵盤顯示電路圖?鍵盤和顯示電路如圖7所示，由鍵盤和液晶顯示兩部分組成.其中鍵盤采納獨立式按鍵,有3個按鍵，一個設置鍵、一個上翻鍵、一個下翻鍵.可以進行報警值、工作方式、時鐘等各個參數(shù)的設置。液晶顯示電路采納ZＪＭ１2864BSBD這款ＨYPEＲLIＮK”ｈttp:／/ｗww．ｅewｏrｌd．cｏｍ.cｎ/”\t"＿blanｋ"低功耗的點陣圖形式LＣD,顯示格式為1２8點（列）×64點（行),具有多功能指令，容易使用，可實時的顯示時鐘、距離和報警提示信息,便利直觀.系統(tǒng)軟件設計軟件采納模塊化設計，程序由主程序、測距子程序和鍵盤顯示子程序、時鐘顯示子程序等多個模塊組成，調(diào)試過程中對其中每個功能模塊和子程序逐一調(diào)試，在每個子程序都完成指定的功能后，再進行綜合調(diào)試.系統(tǒng)的軟件流程如圖8所示。

圖8系統(tǒng)軟件流程圖超聲波放射電路發(fā)出超聲波的同時計數(shù)器開頭計數(shù)，當遇到障礙物反饋信號到超聲波接收器接收，經(jīng)ＣX20106接收電路處理后，產(chǎn)生一個低脈沖，該信號傳送給單片機產(chǎn)生中斷,調(diào)用測距子程序,計算出測量距離，調(diào)用顯示子程序，依據(jù)不同的測量數(shù)值在液晶上顯示距離和報警。當距離大于2m,顯示“平安"和測量距離，連續(xù)測量；當距離小于1m時,顯示“危險”和測量距離,由P1。２位驅(qū)動蜂鳴器報警;當距離小于2ｍ且大于１m時,顯示“注意”和測量距離。為增強抗干擾能力，系統(tǒng)連續(xù)放射超聲波測量三次，從中剔除最大最小值,取中間值計算出精確的距離。這樣每秒可測約三個數(shù)據(jù),仍然可以滿意實時性要