隨著人們對汽車輔助駕駛系統(tǒng)智能化要求的提高和汽車電子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，新型的倒車雷達" title="倒車雷達">倒車雷達應(yīng)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(shè)計使用的元器件較多，功能也較簡單。本文介紹的基于新型高性能超低功耗單片機MSP430F2274的倒車雷達可以彌補以往產(chǎn)品的不足。
 
系統(tǒng)總體設(shè)計
 
系統(tǒng)采用超聲波測距原理。超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理器三部分組成。工作時，超聲波發(fā)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，準確測量超聲波從發(fā)射到遇到障礙物反射返回的時間，根據(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)簡單、制作方便和成本低等優(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、使用方便的倒車雷達。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(shù)，可以對片上閃存方便的編程，便于軟件的升級，非常適合作為倒車雷達系統(tǒng)的微控制器。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(shè)計
 
系統(tǒng)以MSP430F2274微控制器為核心，外圍電路由超聲波發(fā)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1Kb RAM，因此無須外擴存儲器。外接的32.768kHz晶振作為CPU關(guān)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)生和發(fā)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)生法常采用如下方案：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發(fā)射出去，振蕩器的起振和停振由單片機來控制。本設(shè)計采用軟件發(fā)生法，因為通過軟件發(fā)生法既可以減少硬件的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)的成本，又具有靈活性強、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輸出到超聲波發(fā)射部分。在超聲波發(fā)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(dǎo)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。當控制端輸出一系列固定頻率脈沖時，在壓電陶瓷型超聲波發(fā)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理想。
 

 
圖3 倒車雷達超聲波發(fā)送模塊
 
超聲波發(fā)送模塊電如圖3所示，由超聲波發(fā)生和發(fā)射兩部門構(gòu)成。超聲波的發(fā)生方式有兩種：硬件發(fā)生法和軟件發(fā)生法。常用的硬件發(fā)生法常采用如下方案：超聲波由CD4011組成的振蕩器振蕩發(fā)生，經(jīng)升壓變換鞭策超聲波換能器而發(fā)射出去，振蕩器的起振和停振由單片機來節(jié)制。本設(shè)計采用軟件發(fā)生法，因為經(jīng)由過程軟件發(fā)生法既可以削減硬件的復(fù)雜水平，降低系統(tǒng)的成本，又具有矯捷性強、輕易實現(xiàn)、不變性好的長處。本系統(tǒng)操縱MSP430F2274單片機的按時器功能來發(fā)生不變的PWM（40Hz）脈沖波，并經(jīng)由過程I/O端口P2.3輸出到超聲波發(fā)射部門。在超聲波發(fā)射電中CD4049一共包羅了6個非門，圖3中線僅利用了3個，為了防止干擾或被靜電擊穿導(dǎo)致整個CD4049損壞，把沒有利用的那一側(cè)的3個非門串起來做接地處置。當節(jié)制端輸出一系列固定頻率脈沖時，在壓電陶瓷型超聲波發(fā)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，大學(xué)生創(chuàng)業(yè)優(yōu)惠政策所獲得的波形比其他體例結(jié)果更抱負。
 

 
圖4 倒車雷達超聲波接收模塊
 
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、整型電構(gòu)成。此中前置放大器具有主動增益節(jié)制功能，可以在超聲波傳感器領(lǐng)受較遠反射旌旗燈號輸出微弱電壓時放大器有較高的增益，在近距離輸入旌旗燈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，將它的濾波器的中間頻率設(shè)置在40kHz，達到了很好的結(jié)果。當領(lǐng)受到與濾波器中間頻率相符的旌旗燈號時，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)間斷。

 
圖5 倒車雷達聲光報警電路圖
 
報警模塊采用簡單的聲光報警電路，如圖5所示。先設(shè)定一個臨界值，當車尾與障礙物的距離小于設(shè)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，通過控制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。采用美信的MAX3232芯片，外圍電路非常簡單，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。其中鍵盤采用獨立式按鍵，有3個按鍵，一個設(shè)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(shè)置。液晶顯示電路采用ZJM12864BSBD這款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，方便直觀。
系統(tǒng)軟件設(shè)計
 
軟件采用模塊化設(shè)計，法式由主法式、測距子法式和鍵盤顯示子法式、時鐘顯示子法式等多個模塊構(gòu)成，調(diào)試過程中對此中每個功能模塊和子法式一一調(diào)試大學(xué)生創(chuàng)業(yè)政策，在每個子法式都完成指定的功能后大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基金寧波大學(xué)4支創(chuàng)業(yè)團隊獲甬商大學(xué)生創(chuàng)投基金投資，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
 
超聲波發(fā)射電發(fā)出超聲波的同時計數(shù)器起頭計數(shù)，當碰到障礙物反饋旌旗燈號到超聲波領(lǐng)受器領(lǐng)受，經(jīng)CX20106領(lǐng)受電處置后，發(fā)生一個低脈沖，該旌旗燈號傳送給單片機發(fā)生間斷，挪用測距子法式，計較出測量距離，挪用顯示子法式，按照分歧的測量數(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，繼續(xù)測量；當距離小于1m時，顯示“”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“注重”和測量距離。為加強抗干擾能力，系統(tǒng)持續(xù)發(fā)射超聲波測量三次，從中剔除最大最小值，取中心值計較出切確的距離。如許每秒可測約三個數(shù)據(jù)，仍然可以知足及時性要求。
 
結(jié)語
 
該倒車雷達采用了高機能的MSP430F2274單片機，并充實操縱了其片上資本使得系統(tǒng)功能豐碩，利用的外圍芯片削減，系統(tǒng)靠得住性獲得提高。該倒車雷達應(yīng)用于汽車中，當駕駛員倒車時，從液晶顯示屏上一目了然便知道障礙物離車的距離，降服了后視鏡小，視野窄的錯誤謬誤，消弭了倒車造成的變亂隱患。