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)" title="倒車?yán)走_(dá)">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(hào)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(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
 
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(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
 
超聲波發(fā)送模塊電如圖3所示，由超聲波發(fā)生和發(fā)射兩部門構(gòu)成。超聲波的發(fā)生方式有兩種：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組成的振蕩器振蕩發(fā)生，經(jīng)升壓變換鞭策超聲波換能器而發(fā)射出去，振蕩器的起振和停振由單片機(jī)來節(jié)制。本設(shè)計(jì)采用軟件發(fā)生法，因?yàn)榻?jīng)由過程軟件發(fā)生法既可以削減硬件的復(fù)雜水平，降低系統(tǒng)的成本，又具有矯捷性強(qiáng)、輕易實(shí)現(xiàn)、不變性好的長處。本系統(tǒng)操縱MSP430F2274單片機(jī)的按時(shí)器功能來發(fā)生不變的PWM（40Hz）脈沖波，并經(jīng)由過程I/O端口P2.3輸出到超聲波發(fā)射部門。在超聲波發(fā)射電中CD4049一共包羅了6個(gè)非門，圖3中線僅利用了3個(gè)，為了防止干擾或被靜電擊穿導(dǎo)致整個(gè)CD4049損壞，把沒有利用的那一側(cè)的3個(gè)非門串起來做接地處置。當(dāng)節(jié)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，大學(xué)生創(chuàng)業(yè)優(yōu)惠政策所獲得的波形比其他體例結(jié)果更抱負(fù)。
 

 
圖4 倒車?yán)走_(dá)超聲波接收模塊
 
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、整型電構(gòu)成。此中前置放大器具有主動(dòng)增益節(jié)制功能，可以在超聲波傳感器領(lǐng)受較遠(yuǎn)反射旌旗燈號(hào)輸出微弱電壓時(shí)放大器有較高的增益，在近距離輸入旌旗燈號(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，將它的濾波器的中間頻率設(shè)置在40kHz，達(dá)到了很好的結(jié)果。當(dāng)領(lǐng)受到與濾波器中間頻率相符的旌旗燈號(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)間斷。

 
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。可以進(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）×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。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
 
軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，法式由主法式、測距子法式和鍵盤顯示子法式、時(shí)鐘顯示子法式等多個(gè)模塊構(gòu)成，調(diào)試過程中對此中每個(gè)功能模塊和子法式一一調(diào)試大學(xué)生創(chuàng)業(yè)政策，在每個(gè)子法式都完成指定的功能后大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基金寧波大學(xué)4支創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)獲甬商大學(xué)生創(chuàng)投基金投資，再進(jìn)行綜合調(diào)試。系統(tǒng)的軟件流程如圖8所示。
 

圖8 系統(tǒng)軟件流程圖
 
超聲波發(fā)射電發(fā)出超聲波的同時(shí)計(jì)數(shù)器起頭計(jì)數(shù)，當(dāng)碰到障礙物反饋旌旗燈號(hào)到超聲波領(lǐng)受器領(lǐng)受，經(jīng)CX20106領(lǐng)受電處置后，發(fā)生一個(gè)低脈沖，該旌旗燈號(hào)傳送給單片機(jī)發(fā)生間斷，挪用測距子法式，計(jì)較出測量距離，挪用顯示子法式，按照分歧的測量數(shù)值在液晶上顯示距離和報(bào)警。當(dāng)距離大于2m，顯示“平安”和測量距離，繼續(xù)測量；當(dāng)距離小于1m時(shí)，顯示“”和測量距離，由P1.2位驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)距離小于2m且大于1m時(shí)，顯示“注重”和測量距離。為加強(qiáng)抗干擾能力，系統(tǒng)持續(xù)發(fā)射超聲波測量三次，從中剔除最大最小值，取中心值計(jì)較出切確的距離。如許每秒可測約三個(gè)數(shù)據(jù)，仍然可以知足及時(shí)性要求。
 
結(jié)語
 
該倒車?yán)走_(dá)采用了高機(jī)能的MSP430F2274單片機(jī)，并充實(shí)操縱了其片上資本使得系統(tǒng)功能豐碩，利用的外圍芯片削減，系統(tǒng)靠得住性獲得提高。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，降服了后視鏡小，視野窄的錯(cuò)誤謬誤，消弭了倒車造成的變亂隱患。