微控制器和超声波技术在汽车倒车检测系统中的应用(05-100)

　　设计方案包括:IC1主控器-为用Microchip的 PIC l8F8490微控制器作为汽车倒车障碍检测系统的主控器;发送部份(即发送超声波传感器)与接收部份(即接收超声波传感器);温度传感器(TC1047A)、通信接口RS-232驱动器以及与LCD或LED显示器等外围电路组成。 用微控制器作为检测系统的主控器

　　微控制器是倒车检测系统的核心。而Microchip的PIC l8F8490微控制器它非常适合于汽车车身控制这类应用。因它是一种有片上LCD驱动控制模块功能的闪存、电源管理的单片机,即运行速率为10MIPS-10百万指令每秒(MIPS),16KB闪存存储器、768字节RAM,具有一个LCD控制器、两个PWM、两个比较器和四个定时器,见图3中间IC1所示。因此它是倒车检测超声波传感器应用的高集成解决方案的主控部分。该微控制器采用纳瓦技术,实现电源管理功能,可以显著提高功效和系统可靠性,可满足包括在休眠模式下驱动LCD显示在内的低功耗设计要求。其系列产品可针对不同的嵌入式控制应用提供高达192段LCD的驱动,备有各种封装尺寸和集成特性。

　　发送器部分的控制

　　; 发送器是以每秒4-5次比率,在1mS期间发送40KHz脉冲方波,为了产生发射脉冲链,可以采用一个驱动器,以驱动超声换能器,其驱动器是Microchip的TCl428 MOSFET驱动器见图3左侧所示。因实际超声波传感器特性的标准频率均为40KHz,这样发送器发送的40KHz脉冲方波链尽管是一个通用发送频率,但并非超声频率固定不变,可以根据盲区范围及障碍物远近作出选择, 标准频率(或称中心频率)愈高测距越短,而分辩率越高,常见超波传感器标准频率有30KHz、4KHz、75KHz等.

　　当发送器发送第一个脉冲的上升沿时刻定时器1开始计数.由于要求脉冲链的电压振幅比系统电压(+5V)高(这是由换能器所需信号源决定的),所以这个发送器部分应含有一个升压电路。这儿采用一种简单的有效升高电压的方式,即使用Microchip的MCPl650升压 DC/DC控制器,它只需要一个电容、一个电感和两个电阻就可以轻松选择需要的输出电压。主控器IC1中PWM1(脉宽调制器)的作用是调节升压电路的输出电压为一恒定值。

　　接收器部分的控制

　　接收器部分包括一个超声波接收换能器、放大器、滤波器和一个比较器见图3左侧下所示。接收换能器的输出是一个低振幅正弦波,其频率与发射脉冲链频率相同。为了对换能器输出的信号进行放大,可采用Microchip的MCP6293运算放大器。这个运算放大器的特点是,虽然封装较小,但却拥有10MHz的带宽和引脚可选的低功耗模式。可将输出信号传送LC带通滤波器电路(又称振幅探测电路),该带通滤波器的中心频率(标准频率)与接收器的标准频率40KHz相同.这个振幅探测电路的作用是将接收到的脉冲转换为一个平滑、完整的波形,其高频噪声被过滤掉,这样一个被探测到的信号就形成了。然后这个信号被传送到比较器与衰减电压进行比较.需要说明的是,该比较器的参考电压是一个衰减电压(由RC阻容电路产生),这样该衰减参考就会随时间不断衰减接收到的信号.直至小于一个预先设定的距离值时,则定时器1仃止计数.

　　超声波传感器的选择与参数

　　可选用国产TC40-167R系列或MA40S2S(发送传感器)、MA40S2R(接收传感器)超声波传感器.其主要参数为(以TC40-167R为例):标准频率40±0.1KHz;灵敏度(dB)≥-68;声压(dB)≥114;方向角(度)60;静电容量/pf-2500;工作温度(℃)-20℃--+70℃;有效距离≥15M,反射接收有效距离为4M-7M.

　　关于对倒车障碍物的探测距离计算显示

　　捡测系统在探测到障碍物时向驾驶员发出警告,而新型汽车倒车障碍检测系统可以根据实际使用环境采用多套发送与接收超声波传感器来扩大探测范围,从而提高对障碍物的正确度,即将距离最近的障碍物探测到并作出显示,故该倒车障碍物捡测系统的LCD或LED显示器显示出的数字是最近障碍物的距离。