基于TI 16位MCU的新型倒車(chē)雷達設計

　　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機MSP430F2274的倒車(chē)雷達可以彌補以往產(chǎn)品的不足。

　　系統總體設計

　　系統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(shí)，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(lái)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(shí)間，根據超聲波的傳播速度，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(diǎn)。超聲波測距具有在近距離范圍內有不受光線(xiàn)和雨雪霧的影響、結構簡(jiǎn)單、制作方便和成本低等優(yōu)點(diǎn)。高性能的單片機結合超聲波測距，可以實(shí)現功能強大、使用方便的倒車(chē)雷達。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。

　　硬件系統設計

　　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1Kb RAM，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)。本系統利用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。