一文get汽車倒車?yán)走_(dá)電路設(shè)計(jì)新方案，高性能、低功耗

隨著人們對(duì)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(dá)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(dá)設(shè)計(jì)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MSP430F2274的倒車雷達(dá)可以彌補(bǔ)以往產(chǎn)品的不足。

TI 公司的16位單片機(jī)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(duì)片上閃存方便的編程，便于軟件的升級(jí)，非常適合作為倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的微控制器。倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

圖1 倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)框圖

電路設(shè)計(jì)

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(bào)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?yán)走_(dá)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1KbRAM，因此無須外擴(kuò)存儲(chǔ)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(tǒng)的車載時(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(gòu)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(jī)來控制。本設(shè)計(jì)采用軟件發(fā)生法，因?yàn)橥ㄟ^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(qiáng)、容易實(shí)現(xiàn)、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)利MSP430F2274單片機(jī)的定時(shí)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(gè)非門，圖3 中線路僅使用了3個(gè)，為了防止干擾或被靜電擊穿導(dǎo)致整個(gè)CD4049損壞，把沒有使用的那一側(cè)的3個(gè)非門串起來做接地處理。當(dāng)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?yán)走_(dá)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(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)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(zhuǎn)換為40kHz 毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，需要經(jīng)過放大、處理、才能用于觸發(fā)單片機(jī)中斷。一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲂盘?hào)微弱，由于反射條件不同，需要放大倍數(shù)的范圍大約是100～5000，另一方面?zhèn)鞲衅鬏敵鲎杩馆^大，需要高輸入阻抗的多級(jí)放大電路，而高輸入阻抗容易接收干擾信號(hào)。通常采用兩種方案：一是采用運(yùn)算放大器組成多級(jí)選頻放大電路；二是采用專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(dá)到很好靈敏度和抗干擾效果，電路的調(diào)試是較困難的。本系統(tǒng)采用專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(yuǎn)反射信號(hào)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(hào)強(qiáng)時(shí)放大器不會(huì)過載。調(diào)節(jié)芯片引腳5的外接電阻R3，將它的濾波器的中心頻率設(shè)置在40kHz，達(dá)到了很好的效果。當(dāng)接收到與濾波器中心頻率相符的信號(hào)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?yán)走_(dá)超聲波接收模塊

圖5 倒車?yán)走_(dá)聲光報(bào)警電路圖

報(bào)警模塊采用簡單的聲光報(bào)警電路，如圖5所示。先設(shè)定一個(gè)臨界值，當(dāng)車尾與障礙物的距離小于設(shè)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(jī)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?yán)走_(dá)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(gè)0.1μF 的電容器。該電路把單片機(jī)串口輸出信號(hào)隔離變換成RS-232信號(hào)發(fā)送到汽車總線上，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的通信。

圖7 倒車?yán)走_(dá)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(dú)立式按鍵，有3個(gè)按鍵，一個(gè)設(shè)置鍵、一個(gè)上翻鍵、一個(gè)下翻鍵?？梢赃M(jìn)行報(bào)警值、工作方式、時(shí)鐘等各個(gè)參數(shù)的設(shè)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(bào)警提示信息，方便直觀。

編者結(jié)語

該倒車?yán)走_(dá)采用了高性能的MSP430F2274單片機(jī)，并充分利用了其片上資源使得系統(tǒng)功能豐富，使用的外圍芯片減少，系統(tǒng)可靠性得到提高。該倒車?yán)走_(dá)應(yīng)用于汽車中，當(dāng)駕駛員倒車時(shí)，從液晶顯示屏上一目了然便知道障礙物離車的距離，克服了后視鏡小，視野窄的缺點(diǎn)，消除了倒車造成的事故隱患。