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

　　設計方案包括:IC1主控器-為用Microchip的 PIC l8F8490微控制器作為汽車倒車障礙檢測系統(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(tǒng)的主控器

　　微控制器是倒車檢測系統(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用。因它是一種有片上LCD驅(qū)動控制模塊功能的閃存、電源管理的單片機,即運行速率為10MIPS-10百萬指令每秒(MIPS),16KB閃存存儲器、768字節(jié)RAM,具有一個LCD控制器、兩個PWM、兩個比較器和四個定時器,見圖3中間IC1所示。因此它是倒車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LCD顯示在內(nèi)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(qū)動,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,可以采用一個驅(qū)動器,以驅(qū)動超聲換能器,其驅(qū)動器是Microchip的TCl428 MOSFET驅(qū)動器見圖3左側(cè)所示。因?qū)嶋H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)范圍及障礙物遠近作出選擇, 標準頻率(或稱中心頻率)愈高測距越短,而分辯率越高,常見超波傳感器標準頻率有30KHz、4KHz、75KHz等.

　　當發(fā)送器發(fā)送第一個脈沖的上升沿時刻定時器1開始計數(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源決定的),所以這個發(fā)送器部分應含有一個升壓電路。這兒采用一種簡單的有效升高電壓的方式,即使用Microchip的MCPl650升壓 DC/DC控制器,它只需要一個電容、一個電感和兩個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超聲波接收換能器、放大器、濾波器和一個比較器見圖3左側(cè)下所示。接收換能器的輸出是一個低振幅正弦波,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行放大,可采用Microchip的MCP6293運算放大器。這個運算放大器的特點是,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.這個振幅探測電路的作用是將接收到的脈沖轉(zhuǎn)換為一個平滑、完整的波形,其高頻噪聲被過濾掉,這樣一個被探測到的信號就形成了。然后這個信號被傳送到比較器與衰減電壓進行比較.需要說明的是,該比較器的參考電壓是一個衰減電壓(由RC阻容電路產(chǎn)生),這樣該衰減參考就會隨時間不斷衰減接收到的信號.直至小于一個預先設定的距離值時,則定時器1仃止計數(shù).

　　超聲波傳感器的選擇與參數(shù)

　　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(shù)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)于對倒車障礙物的探測距離計算顯示

　　撿測系統(tǒng)在探測到障礙物時向駕駛員發(fā)出警告,而新型汽車倒車障礙檢測系統(tǒng)可以根據(jù)實際使用環(huán)境采用多套發(fā)送與接收超聲波傳感器來擴大探測范圍,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,故該倒車障礙物撿測系統(tǒng)的LCD或LED顯示器顯示出的數(shù)字是最近障礙物的距離。