基于單片機技術(shù)的倒車障礙檢測系統(tǒng)設(shè)計方案
設(shè)計方案包括：IC1主控器-為用Microchip的PIC l8F8490微控制器作為汽車倒車障礙檢測系統(tǒng)的主控器、發(fā)送部份(即發(fā)送超聲波傳感器)與接收部份(即接收超聲波傳感器)、溫度傳感器(TC1047A)、通信接口RS-232驅(qū)動器以及與LCD或LED顯示器等外圍電路組成。
微控制器是倒車檢測系統(tǒng)的核心。而Microchip的PIC l8F8490單片機非常適合于汽車車身控制。因它是一種有LCD驅(qū)動控制模塊功能的閃存和電源管理的單片機，即運行速率為10MIPS-10百萬指令每秒(MIPS)，16KB閃存存儲器、768字節(jié)RAM，具有一個LCD控制器、兩個PWM、兩個比較器和四個定時器，見圖3中間IC1所示。它是倒車檢測超聲波傳感器應(yīng)用的高集成解決方案的主控部分。該微控制器采用納瓦技術(shù)，實現(xiàn)電源管理功能，可以顯著提高功效和系統(tǒng)可靠性，可滿足包括在休眠模式下驅(qū)動LCD顯示在內(nèi)的低功耗設(shè)計要求。其系列產(chǎn)品可針對不同的嵌入式控制應(yīng)用提供高達192段LCD的驅(qū)動，備有各種封裝尺寸和集成特性。
發(fā)送器可以在1mS期間發(fā)送40KHz的脈沖方波。為了產(chǎn)生發(fā)射脈沖鏈，可以采用一個驅(qū)動器，以驅(qū)動超聲換能器。其驅(qū)動器是Microchip的TCl428 MOSFET驅(qū)動器(圖3左側(cè)所示)。因為實際超聲波傳感器特性的標(biāo)準(zhǔn)頻率均為40KHz，這樣發(fā)送器發(fā)送的40KHz脈沖方波鏈盡管是一個通用發(fā)送頻率，但并非超聲頻率固定不變，而是可以根據(jù)盲區(qū)范圍及障礙物遠近做出選擇，標(biāo)準(zhǔn)頻率(或稱中心頻率)愈高測距越短，而分辨率越高，常見超波傳感器標(biāo)準(zhǔn)頻率有30KHz、4KHz、75KHz等。
當(dāng)發(fā)送器發(fā)送第一個脈沖定時器1開始計數(shù)。由于要求脈沖鏈的電壓振幅比系統(tǒng)電壓(+5V)高(這是由換能器所需信號源決定的)，所以這個發(fā)送器部分應(yīng)含有一個升壓電路。這兒采用一種簡單的有效升高電壓的方式，即使用Microchip的MCPl650升壓DC/DC控制器，它只需要一個電容、一個電感和兩個電阻就可以輕松選擇需要的輸出電壓。主控器IC1中PWM1(脈寬調(diào)制器)的作用是調(diào)節(jié)升壓電路的輸出電壓為一恒定值。
接收器部分包括一個超聲波接收換能器、放大器、濾波器和一個比較器。接收換能器的輸出是一個低振幅正弦波，其頻率與發(fā)射脈沖鏈頻率相同。為了對換能器輸出的信號進行放大，可采用Microchip的MCP6293運算放大器。這個運算放大器的特點是，雖然封裝較小，但卻擁有10MHz的帶寬和引腳可選的低功耗模式?？蓪⑤敵鲂盘杺魉蚅C帶通濾波器電路(又稱振幅探測電路)，該帶通濾波器的中心頻率(標(biāo)準(zhǔn)頻率)與接收器的標(biāo)準(zhǔn)頻率40KHz相同。這個振幅探測電路的作用是將接收到的脈沖轉(zhuǎn)換為一個平滑、完整的波形，其高頻噪聲被過濾掉，這樣一個被探測到的信號就形成了。然后這個信號被傳送到比較器與衰減電壓進行比較。需要說明的是，該比較器的參考電壓是一個衰減電壓(由RC阻容電路產(chǎn)生)，這樣該衰減參考就會隨時間不斷衰減接收到的信號。直至小于一個預(yù)先設(shè)定的距離值時，則定時器1停止計數(shù)。
可選用國產(chǎn)TC40-167R系列或MA40S2S(發(fā)送傳感器)、MA40S2R(接收傳感器)超聲波傳感器。其主要參數(shù)為(以TC40-167R為例):標(biāo)準(zhǔn)頻率40±0。1KHz;靈敏度(dB)≥-68;聲壓(dB)≥114;方向角(度)60;靜電容量/pf-2500;工作溫度(℃)-20℃——+70℃;有效距離≥15M，反射接收有效距離為4M-7M。
微控制器是倒車檢測系統(tǒng)的核心。而Microchip的PIC l8F8490單片機非常適合于汽車車身控制。因它是一種有LCD驅(qū)動控制模塊功能的閃存和電源管理的單片機，即運行速率為10MIPS-10百萬指令每秒(MIPS)，16KB閃存存儲器、768字節(jié)RAM，具有一個LCD控制器、兩個PWM、兩個比較器和四個定時器，見圖3中間IC1所示。它是倒車檢測超聲波傳感器應(yīng)用的高集成解決方案的主控部分。該微控制器采用納瓦技術(shù)，實現(xiàn)電源管理功能，可以顯著提高功效和系統(tǒng)可靠性，可滿足包括在休眠模式下驅(qū)動LCD顯示在內(nèi)的低功耗設(shè)計要求。其系列產(chǎn)品可針對不同的嵌入式控制應(yīng)用提供高達192段LCD的驅(qū)動，備有各種封裝尺寸和集成特性。
發(fā)送器可以在1mS期間發(fā)送40KHz的脈沖方波。為了產(chǎn)生發(fā)射脈沖鏈，可以采用一個驅(qū)動器，以驅(qū)動超聲換能器。其驅(qū)動器是Microchip的TCl428 MOSFET驅(qū)動器(圖3左側(cè)所示)。因為實際超聲波傳感器特性的標(biāo)準(zhǔn)頻率均為40KHz，這樣發(fā)送器發(fā)送的40KHz脈沖方波鏈盡管是一個通用發(fā)送頻率，但并非超聲頻率固定不變，而是可以根據(jù)盲區(qū)范圍及障礙物遠近做出選擇，標(biāo)準(zhǔn)頻率(或稱中心頻率)愈高測距越短，而分辨率越高，常見超波傳感器標(biāo)準(zhǔn)頻率有30KHz、4KHz、75KHz等。
當(dāng)發(fā)送器發(fā)送第一個脈沖定時器1開始計數(shù)。由于要求脈沖鏈的電壓振幅比系統(tǒng)電壓(+5V)高(這是由換能器所需信號源決定的)，所以這個發(fā)送器部分應(yīng)含有一個升壓電路。這兒采用一種簡單的有效升高電壓的方式，即使用Microchip的MCPl650升壓DC/DC控制器，它只需要一個電容、一個電感和兩個電阻就可以輕松選擇需要的輸出電壓。主控器IC1中PWM1(脈寬調(diào)制器)的作用是調(diào)節(jié)升壓電路的輸出電壓為一恒定值。
接收器部分包括一個超聲波接收換能器、放大器、濾波器和一個比較器。接收換能器的輸出是一個低振幅正弦波，其頻率與發(fā)射脈沖鏈頻率相同。為了對換能器輸出的信號進行放大，可采用Microchip的MCP6293運算放大器。這個運算放大器的特點是，雖然封裝較小，但卻擁有10MHz的帶寬和引腳可選的低功耗模式?？蓪⑤敵鲂盘杺魉蚅C帶通濾波器電路(又稱振幅探測電路)，該帶通濾波器的中心頻率(標(biāo)準(zhǔn)頻率)與接收器的標(biāo)準(zhǔn)頻率40KHz相同。這個振幅探測電路的作用是將接收到的脈沖轉(zhuǎn)換為一個平滑、完整的波形，其高頻噪聲被過濾掉，這樣一個被探測到的信號就形成了。然后這個信號被傳送到比較器與衰減電壓進行比較。需要說明的是，該比較器的參考電壓是一個衰減電壓(由RC阻容電路產(chǎn)生)，這樣該衰減參考就會隨時間不斷衰減接收到的信號。直至小于一個預(yù)先設(shè)定的距離值時，則定時器1停止計數(shù)。
可選用國產(chǎn)TC40-167R系列或MA40S2S(發(fā)送傳感器)、MA40S2R(接收傳感器)超聲波傳感器。其主要參數(shù)為(以TC40-167R為例):標(biāo)準(zhǔn)頻率40±0。1KHz;靈敏度(dB)≥-68;聲壓(dB)≥114;方向角(度)60;靜電容量/pf-2500;工作溫度(℃)-20℃——+70℃;有效距離≥15M，反射接收有效距離為4M-7M。
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