微控制器和超聲波技術(shù)在汽車(chē)倒車(chē)檢測系統中的應用(05-100)

　　設計方案包括:IC1主控器-為用Microchip的 PIC l8F8490微控制器作為汽車(chē)倒車(chē)障礙檢測系統的主控器;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驅動(dòng)器以及與LCD或LED顯示器等外圍電路組成。 用微控制器作為檢測系統的主控器

　　微控制器是倒車(chē)檢測系統的核心。而Microchip的PIC l8F8490微控制器它非常適合于汽車(chē)車(chē)身控制這類(lèi)應用。因它是一種有片上LCD驅動(dòng)控制模塊功能的閃存、電源管理的單片機,即運行速率為10MIPS-10百萬(wàn)指令每秒(MIPS),16KB閃存存儲器、768字節RAM,具有一個(gè)LCD控制器、兩個(gè)PWM、兩個(gè)比較器和四個(gè)定時(shí)器,見(jiàn)圖3中間IC1所示。因此它是倒車(chē)檢測超聲波傳感器應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(shí)現電源管理功能,可以顯著(zhù)提高功效和系統可靠性,可滿(mǎn)足包括在休眠模式下驅動(dòng)LCD顯示在內的低功耗設計要求。其系列產(chǎn)品可針對不同的嵌入式控制應用提供高達192段LCD的驅動(dòng),備有各種封裝尺寸和集成特性。

　　發(fā)送器部分的控制

　　; 發(fā)送器是以每秒4-5次比率,在1mS期間發(fā)送40KHz脈沖方波,為了產(chǎn)生發(fā)射脈沖鏈,可以采用一個(gè)驅動(dòng)器,以驅動(dòng)超聲換能器,其驅動(dòng)器是Microchip的TCl428 MOSFET驅動(dòng)器見(jiàn)圖3左側所示。因實(shí)際超聲波傳感器特性的標準頻率均為40KHz,這樣發(fā)送器發(fā)送的40KHz脈沖方波鏈盡管是一個(gè)通用發(fā)送頻率,但并非超聲頻率固定不變,可以根據盲區范圍及障礙物遠近作出選擇, 標準頻率(或稱(chēng)中心頻率)愈高測距越短,而分辯率越高,常見(jiàn)超波傳感器標準頻率有30KHz、4KHz、75KHz等.

　　當發(fā)送器發(fā)送第一個(gè)脈沖的上升沿時(shí)刻定時(shí)器1開(kāi)始計數.由于要求脈沖鏈的電壓振幅比系統電壓(+5V)高(這是由換能器所需信號源決定的),所以這個(gè)發(fā)送器部分應含有一個(gè)升壓電路。這兒采用一種簡(jiǎn)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(gè)電容、一個(gè)電感和兩個(gè)電阻就可以輕松選擇需要的輸出電壓。主控器IC1中PWM1(脈寬調制器)的作用是調節升壓電路的輸出電壓為一恒定值。

　　接收器部分的控制

　　接收器部分包括一個(gè)超聲波接收換能器、放大器、濾波器和一個(gè)比較器見(jiàn)圖3左側下所示。接收換能器的輸出是一個(gè)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(jìn)行放大,可采用Microchip的MCP6293運算放大器。這個(gè)運算放大器的特點(diǎn)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(chēng)振幅探測電路),該帶通濾波器的中心頻率(標準頻率)與接收器的標準頻率40KHz相同.這個(gè)振幅探測電路的作用是將接收到的脈沖轉換為一個(gè)平滑、完整的波形,其高頻噪聲被過(guò)濾掉,這樣一個(gè)被探測到的信號就形成了。然后這個(gè)信號被傳送到比較器與衰減電壓進(jìn)行比較.需要說(shuō)明的是,該比較器的參考電壓是一個(gè)衰減電壓(由RC阻容電路產(chǎn)生),這樣該衰減參考就會(huì )隨時(shí)間不斷衰減接收到的信號.直至小于一個(gè)預先設定的距離值時(shí),則定時(shí)器1仃止計數.

　　超聲波傳感器的選擇與參數

　　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.其主要參數為(以TC40-167R為例):標準頻率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.

　　關(guān)于對倒車(chē)障礙物的探測距離計算顯示

　　撿測系統在探測到障礙物時(shí)向駕駛員發(fā)出警告,而新型汽車(chē)倒車(chē)障礙檢測系統可以根據實(shí)際使用環(huán)境采用多套發(fā)送與接收超聲波傳感器來(lái)擴大探測范圍,從而提高對障礙物的正確度,即將距離最近的障礙物探測到并作出顯示,故該倒車(chē)障礙物撿測系統的LCD或LED顯示器顯示出的數字是最近障礙物的距離。