基于TI 16位MCU的新型倒車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)

　　隨著人們對汽車輔助駕駛系統(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?yán)走_(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?yán)走_(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機(jī)MSP430F2274的倒車?yán)走_(dá)可以彌補(bǔ)以往產(chǎn)品的不足。

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)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的反射波，準(zhǔn)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(jù)超聲波的傳播速度，可以計(jì)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(qiáng)的特點(diǎn)。超聲波測距具有在近距離范圍內(nèi)有不受光線和雨雪霧的影響、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便和成本低等優(yōu)點(diǎn)。高性能的單片機(jī)結(jié)合超聲波測距，可以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大、使用方便的倒車?yán)走_(dá)。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)，可以對片上閃存方便的編程，便于軟件的升級，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。

　　硬件系統(tǒng)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1Kb RAM，因此無須外擴(kuò)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(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)利用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毫伏級的電壓信號，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)鞲衅鬏敵鲂盘栁⑷酰捎诜瓷錀l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(yùn)算放大器組成多級選頻放大電路；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(qiáng)時(shí)放大器不會過載。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。