一文get汽車(chē)倒車(chē)雷達電路設計新方案，高性能、低功耗

隨著(zhù)人們對汽車(chē)輔助駕駛系統智能化要求的提高和汽車(chē)電子系統的網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展，新型的倒車(chē)雷達應能夠連續測距并顯示障礙物距離，并具有通信功能，能夠把數據發(fā)送到汽車(chē)總線(xiàn)上去。

以往的倒車(chē)雷達設計使用的元器件較多，功能也較簡(jiǎn)單。本文介紹的基于新型高性能超低功耗單片MSP430F2274的倒車(chē)雷達可以彌補以往產(chǎn)品的不足。

TI 公司的16位單片機MSP430F2274功耗極低，片上資源豐富，同時(shí)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(chē)雷達系統的微控制器。倒車(chē)雷達系統的框圖如圖1所示。

圖1 倒車(chē)雷達系統框圖

電路設計

系統以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(pán)液晶顯示電路五部分組成，下面逐一介紹。

圖2 倒車(chē)雷達系統主控電路圖

系統的主控電路圖如圖2所示。本系統中選用的MSP430F2274片內有32Kb 閃存和1KbRAM，因此無(wú)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(shí)鐘源，同時(shí)也作為系統的車(chē)載時(shí)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構成的振蕩器振蕩產(chǎn)生，經(jīng)升壓變換推動(dòng)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(lái)控制。本設計采用軟件發(fā)生法，因為通過(guò)軟件發(fā)生法既可以減少硬件的復雜程度，降低系統的成本，又具有靈活性強、容易實(shí)現、穩定性好的優(yōu)點(diǎn)。本系統利MSP430F2274單片機的定時(shí)器功能來(lái)產(chǎn)生穩定的PWM（40Hz）脈沖波，并通過(guò)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(gè)非門(mén)，圖3 中線(xiàn)路僅使用了3個(gè)，為了防止干擾或被靜電擊穿導致整個(gè)CD4049損壞，把沒(méi)有使用的那一側的3個(gè)非門(mén)串起來(lái)做接地處理。當控制端輸出一系列固定頻率脈沖時(shí)，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(chē)雷達超聲波發(fā)送模塊

超聲波接收電路如圖4所示。這是本系統設計和調試的一個(gè)難點(diǎn)。壓電陶瓷型超聲波接收器UCM-40-R 接收反射的超聲波轉換為40kHz 毫伏級的電壓信號，需要經(jīng)過(guò)放大、處理、才能用于觸發(fā)單片機中斷。一方面傳感器輸出信號微弱，由于反射條件不同，需要放大倍數的范圍大約是100～5000，另一方面傳感器輸出阻抗較大，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。通常采用兩種方案：一是采用運算放大器組成多級選頻放大電路；二是采用專(zhuān)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，電路的調試是較困難的。本系統采用專(zhuān)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(dòng)增益控制功能，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(shí)放大器有較高的增益，在近距離輸入信號強時(shí)放大器不會(huì )過(guò)載。調節芯片引腳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(shí)，其輸出引腳7輸出一個(gè)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(chē)雷達超聲波接收模塊

圖5 倒車(chē)雷達聲光報警電路圖

報警模塊采用簡(jiǎn)單的聲光報警電路，如圖5所示。先設定一個(gè)臨界值，當車(chē)尾與障礙物的距離小于設定的最小距離時(shí)，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(zhù)距離的減小，通過(guò)控制PWM 脈沖的占空比使閃光和蜂鳴的頻率加劇，以此來(lái)提示駕駛員。

圖6 倒車(chē)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(jiǎn)單，只需要5個(gè)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(chē)總線(xiàn)上，同時(shí)還可以實(shí)現該系統與計算機的通信。

圖7 倒車(chē)雷達鍵盤(pán)顯示電路圖

鍵盤(pán)和顯示電路如圖7所示，由鍵盤(pán)和液晶顯示兩部分組成。其中鍵盤(pán)采用獨立式按鍵，有3個(gè)按鍵，一個(gè)設置鍵、一個(gè)上翻鍵、一個(gè)下翻鍵?？梢赃M(jìn)行報警值、工作方式、時(shí)鐘等各個(gè)參數的設置。液晶顯示電路采用ZJM12864BSBD 這款低功耗的點(diǎn)陣圖形式LCD，顯示格式為128點(diǎn)（列）TImes;64點(diǎn)（行），具有多功能指令，容易使用，可實(shí)時(shí)的顯示時(shí)鐘、距離和報警提示信息，方便直觀(guān)。

編者結語(yǔ)

該倒車(chē)雷達采用了高性能的MSP430F2274單片機，并充分利用了其片上資源使得系統功能豐富，使用的外圍芯片減少，系統可靠性得到提高。該倒車(chē)雷達應用于汽車(chē)中，當駕駛員倒車(chē)時(shí)，從液晶顯示屏上一目了然便知道障礙物離車(chē)的距離，克服了后視鏡小，視野窄的缺點(diǎn)，消除了倒車(chē)造成的事故隱患。