微控制器和超聲波技術(shù)在汽車倒車檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用(05-100)

　　設(shè)計(jì)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(cè)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(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(cè)系統(tǒng)的主控器

　　微控制器是倒車檢測(cè)系統(tǒng)的核心。而Microchip的PIC l8F8490微控制器它非常適合于汽車車身控制這類應(yīng)用。因它是一種有片上LCD驅(qū)動(dòng)控制模塊功能的閃存、電源管理的單片機(jī),即運(yùn)行速率為10MIPS-10百萬(wàn)指令每秒(MIPS),16KB閃存存儲(chǔ)器、768字節(jié)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。因此它是倒車檢測(cè)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(shí)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(dòng)LCD顯示在內(nèi)的低功耗設(shè)計(jì)要求。其系列產(chǎn)品可針對(duì)不同的嵌入式控制應(yīng)用提供高達(dá)192段LCD的驅(qū)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(qū)動(dòng)器,以驅(qū)動(dòng)超聲換能器,其驅(qū)動(dòng)器是Microchip的TCl428 MOSFET驅(qū)動(dòng)器見(jiàn)圖3左側(cè)所示。因?qū)嶋H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(gè)通用發(fā)送頻率,但并非超聲頻率固定不變,可以根據(jù)盲區(qū)范圍及障礙物遠(yuǎn)近作出選擇, 標(biāo)準(zhǔn)頻率(或稱中心頻率)愈高測(cè)距越短,而分辯率越高,常見(jiàn)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(gè)脈沖的上升沿時(shí)刻定時(shí)器1開(kāi)始計(jì)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(hào)源決定的),所以這個(gè)發(fā)送器部分應(yīng)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(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(cè)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(duì)換能器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大,可采用Microchip的MCP6293運(yùn)算放大器。這個(gè)運(yùn)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。可將輸出信號(hào)傳送LC帶通濾波器電路(又稱振幅探測(cè)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(gè)振幅探測(cè)電路的作用是將接收到的脈沖轉(zhuǎn)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(cè)到的信號(hào)就形成了。然后這個(gè)信號(hào)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(hào).直至小于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的距離值時(shí),則定時(shí)器1仃止計(jì)數(shù).

　　超聲波傳感器的選擇與參數(shù)

　　可選用國(guó)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.

　　關(guān)于對(duì)倒車障礙物的探測(cè)距離計(jì)算顯示

　　撿測(cè)系統(tǒng)在探測(cè)到障礙物時(shí)向駕駛員發(fā)出警告,而新型汽車倒車障礙檢測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)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(kuò)大探測(cè)范圍,從而提高對(duì)障礙物的正確度,即將距離最近的障礙物探測(cè)到并作出顯示,故該倒車障礙物撿測(cè)系統(tǒng)的LCD或LED顯示器顯示出的數(shù)字是最近障礙物的距離。