前言
據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計，75％的汽車交通事故是由汽車倒車“后視”小良造成的。因此，許多非職業(yè)汽車駕駛員很希望能有一種汽車倒車報警器，在倒車時不斷測量汽車尾部與其后面障礙物的距離，并隨時顯示其距離，在不同
的距離范圍內(nèi)發(fā)出不同的報警信號，以提高汽車倒車時的安傘性。增強(qiáng)汽車的后視能力，尤其是增強(qiáng)大型、重型車輛的后視能力，對于提高行車安全，減輕司機(jī)的勞動強(qiáng)度和心理壓力，是十分重要的。
目前，國內(nèi)外都在研究如何利用先進(jìn)的技術(shù)，即汽車避撞技術(shù)，輔助汽車駕駛者對影響公路交通安全的人、車、路環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)控，在危急情況下由系統(tǒng)主動干涉駕駛操縱、輔助駕駛者進(jìn)行麻急處理、防I卜汽車
碰撞事故的發(fā)生。隨著人們對汽車駕駛輔助系統(tǒng)易用性要求的提高，以及單片機(jī)價格小斷下降和汽車電子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的要求，新型的倒車?yán)走_(dá)都是以單片機(jī)為核心的智能測距傳感系統(tǒng)。本文介紹了一種基于MSP430單片機(jī)的超聲波倒車?yán)走_(dá)監(jiān)測報警系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)測距原理
超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在窄氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時，超聲波在空氣中傳播的速度為340m／S，根據(jù)計時時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S，即
S=340×t／2 (1)
這就是時間差測距法。本系統(tǒng)就是利用單片機(jī)控制超聲波發(fā)射器發(fā)射超盧波脈沖，同時利用單片機(jī)中的計數(shù)器開始計時。超聲波達(dá)到后面的障礙物就會反射回來，接收裝氍接收到回波信號后由外部比較電路產(chǎn)生高電平使單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷。單片機(jī)運行中斷服務(wù)子程序(ISR)計算出距離，并傳送給LCD顯示給司機(jī)，同時程序內(nèi)還有比較模塊，若車距小于5 m，則顯示所測量的距離的同時單片機(jī)輸出一個高電平使蜂鳴器報警，若車距大于5m，則顯示U。U，蜂鳴器不報警，這樣以聲光兩種方式可靠地向司機(jī)給出報警信息，來保證倒車或行車的安全。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1主控制器選擇及硬件組成
與常用的5 1系列單片機(jī)相比，MSP430系列單片機(jī)強(qiáng)大、功耗低、集成度高，其主要缺點是價格略高。為得到合適的性價比，選擇TI公司早期生產(chǎn)的MSP430F101，這種型號的單片機(jī)價格較低，功能雖然并不強(qiáng)大，但足110以滿足本系統(tǒng)要求。F 1的不足之處主要在于沒有液晶162驅(qū)動，選擇價格合理的液晶最示驅(qū)動芯片HT 1便可解決這一問題。
系統(tǒng)硬件電路以MPS430F1101單片機(jī)為核心，所示，其主要由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、電源電路與報警電路等組成。
圖1系統(tǒng)硬件組成框圖
2．2超聲波發(fā)射信號
超聲波發(fā)射硬件電路框圖如圖2所示，單穩(wěn)觸發(fā)器接收來自押S430F1101的P1．3端口輸出的40ms觸發(fā)器的電壓提升和脈寬控制輸出頻率不變、高電平寬度為160us的方波，方波周期為40m s。此脈沖信號作為555振蕩器的置位脈沖。在置位期問，555定時產(chǎn)生40的振蕩信號，由超聲波發(fā)射頭T40K 1將電信號轉(zhuǎn)化成超聲波發(fā)射出去。超聲發(fā)射器便發(fā)射出脈沖數(shù)為7個的脈沖串(1／40kHz=O．25ms)，超聲波發(fā)射器的聲波傳物，再由反射物反射到接收器，傳播距離為2倍測量距離，由式(1)可知。
圖2超聲波發(fā)射硬件電路
2．3超聲波接收電路
超聲波接收電路如圖3所示，超聲波接收UCM—R40接收到的回波信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過兩級放大及電壓整形電路，整形后的直流電壓并不平滑，需要再加一個電容C5濾波，濾波后的電壓范圍基本穩(wěn)定，用這個電1壓驅(qū)動光電耦合器件SFH65A-1的發(fā)光二極管，這時光敏三極管導(dǎo)通，經(jīng)過一個反相器輸出電平信號，再經(jīng)過一個反相器使電平信號基本穩(wěn)定。電平信號直接輸入單片機(jī)的外部中斷入口，該高電平作為MSP430的外部中斷的中斷信號使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中停止計數(shù)器的計時，并計算出有關(guān)數(shù)據(jù)。
圖3超聲波接收電路
2．4顯示電路與報警提示設(shè)計
本系統(tǒng)要求兩位被測距離顯示和兩種不同距離值的警報提示信息。而LED顯示電路需要多個口線支持，所以選擇既能節(jié)省口線，又價格適中的液晶顯示驅(qū)動器HT1621，該芯片同時提供2kHz和4kHz的兩種音頻格出，符合系統(tǒng)技術(shù)要求。顯示驅(qū)動電路如圖4所示。
在外接32．768kHz的晶振頻率下，只需要選接HT1621的片選CS信號線(低電平有效)、寫允許WR信號線(低電有效)和串行數(shù)據(jù)輸入線DATA三根引線即可完成片選。LCD顯示器共有l(wèi)0個電極，其中背電極2個、段電極8個，它們分別與HTl621的COM0～COMl及SEG0～SEG7相連。由于顯示RAM中的每一位均與一個顯示段相對應(yīng)，僅需按照命令格式，依次向顯示RAM中寫入決定顯示段的段碼，即可實現(xiàn)LCD顯示驅(qū)動。HT1621工作電壓選擇和單片機(jī)一致的2．5V經(jīng)過汽車電瓶電壓12V經(jīng)過GM6639降壓得到。
圖4 HTl621與單片機(jī)接線圖
1將 圖4 HTl621與單片機(jī)接線圖
由于HTl621芯片提供了兩種音頻輸出BZ和BZ(有效)，在兩個音頻輸出并接在一個或門電路上由程序控制在不同的距離范圍內(nèi)選通不同的音頻輸出，這樣可根據(jù)不同的距離發(fā)出不同的報警提示。
2．5系統(tǒng)主程序設(shè)計
超盧波倒車?yán)走_(dá)監(jiān)測報警系統(tǒng)測距系統(tǒng)軟件主要完成三個任務(wù)：
(1)Timer—A發(fā)送定時40ms的脈沖波，并在每一個脈沖發(fā)射的同時啟動計數(shù)器，給比較單元CCRO賦初值；
(2)當(dāng)有外部中斷時，進(jìn)入中斷服務(wù)予程序，如果此中斷到來之前計數(shù)器無溢出，則停止計算，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理單元。如果中斷到來前計數(shù)器有溢出則進(jìn)入出錯管理，屏蔽一個中斷源，累計測量次數(shù)自加一；
(3)用單片機(jī)控制液晶驅(qū)動HT162l，計算得到的距離值，通過串行傳輸方式送給顯示芯片，并比較其大小，當(dāng)距離在小于0．5m時選通BZ(4knz音頻輸出)離小于2m時選通BZ(2kHz音頻輸出)。
3總結(jié)
系統(tǒng)利用超聲波在空氣中的可傳播性，在將時間和速度相乘即得距離的原理，設(shè)計了一個基于MSP430的超聲波倒車?yán)走_(dá)監(jiān)測報警系統(tǒng)，用于實時測得汽車尾部與障礙物的距離，通過LCD顯示距離值，將距離值提供給司機(jī)，該系統(tǒng)最大測量距離是6．5m，精確度是I5cm，它具有成本低、非接觸、速度快、精度高、可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性好、操作方便，有著廣泛的應(yīng)用前景。