超聲波汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)

　　超聲波汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器是超聲波測(cè)距的一個(gè)重要應(yīng)用。在汽車(chē)倒泊時(shí)，利用超聲波的反射可以探測(cè)汽車(chē)尾部與障礙物之間的距離，提供多級(jí)聲光報(bào)警。本文介紹一種以MC68HC705J1A單片機(jī)為核心的低成本超聲波汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)方法，該報(bào)警器的感應(yīng)時(shí)間小于0.5s，測(cè)距精度可達(dá)0.1m。

　　1 超聲波測(cè)距原理

　　超聲波測(cè)距原理是根據(jù)超聲波遇到障礙物后可反射回來(lái)的特性，記錄發(fā)射信號(hào)到收到第一個(gè)反射信號(hào)的時(shí)間t，利用公式s=c·t/2，計(jì)算出距離s。其中c是聲速，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下聲速c=331.4m/s。超聲波測(cè)距原理如圖1所示。

　　2 超聲波汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器的組成

　　超聲波汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器的組成如圖2所示。

　　報(bào)警器只在汽車(chē)倒泊時(shí)才使用，采用倒車(chē)燈的電源+12V供電。倒車(chē)時(shí)障礙物可能在車(chē)的后面，也可能在車(chē)的側(cè)面。為了保證各種情況下探測(cè)障礙物的準(zhǔn)確性，采用雙路探測(cè)結(jié)構(gòu)，取兩路中距離較短的一路作為有效探測(cè)距離。超聲波探測(cè)頭具有電聲轉(zhuǎn)換和聲電轉(zhuǎn)換兩種功能，分時(shí)用于發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)。聲光報(bào)警電路由單片機(jī)直接控制，利用不同的蜂鳴器鳴叫聲音和不同顏色的LED閃動(dòng)實(shí)現(xiàn)多段報(bào)警。

　　3 超聲波汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器的硬件電路設(shè)計(jì)

　　超聲波汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器的硬件電路原理如圖3所示(圖中只給出了一路檢測(cè)電路，另一路與此相同)。

　　MC68HC705J1A單片機(jī)是Motorola公司J系列單片機(jī)中性能價(jià)格比最高的單片機(jī)之一，廣泛應(yīng)用于各種中小型檢測(cè)控制系統(tǒng)中。MC68HC705J1A是一個(gè)具有1240字節(jié)EPROM/OTPROM的8位微控制器，主要硬件資源有:1240字節(jié)EPROM、64字節(jié)RAM、14個(gè)雙向輸入/輸出端口、多功能計(jì)數(shù)器、外部中斷等，同時(shí)具有看門(mén)狗和非法地址檢測(cè)、無(wú)最小時(shí)鐘頻率選擇等特點(diǎn)。在超聲波汽車(chē)倒泊防撞報(bào)警器中，充分利用其雙向并行口的輸入和輸出功能，進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送、接收及聲光報(bào)警等控制。

　　超聲波探測(cè)頭選頻頻率為40kHz方波，由軟件在單片機(jī)的發(fā)送管腳PA6和PA7上直接產(chǎn)生20個(gè)方波脈沖，再通過(guò)變壓器升壓變換，經(jīng)超聲波探測(cè)頭發(fā)射出去。由于傳感器本身的恢復(fù)過(guò)程，發(fā)射結(jié)束后仍有不大于500μs的阻尼震蕩。發(fā)射信號(hào)同時(shí)回送到接收電路。

　　發(fā)射信號(hào)遇到障礙物后反射回來(lái)，由同一超聲波探測(cè)頭接收并送到接收電路。接收電路對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行多級(jí)放大和檢波，最后通過(guò)開(kāi)關(guān)電路到達(dá)單片機(jī)的接收管腳PA0或PA1。當(dāng)接收電路有信號(hào)時(shí)，開(kāi)關(guān)三極管Q1導(dǎo)通，PA0或PA1為低電平;否則，三極管截止，PA0或PA1為高電平。檢測(cè)PA0或PA1的管腳狀態(tài)，就可以得到超聲波探測(cè)頭接收到第一個(gè)反射信號(hào)的時(shí)刻，從而計(jì)算出從發(fā)送信號(hào)到接收到第一個(gè)反射信號(hào)的時(shí)間，再進(jìn)一步計(jì)算出障礙物與汽車(chē)的距離。發(fā)射信號(hào)波形、接收電路信號(hào)波形和單片機(jī)接收管腳信號(hào)波形如圖4所示。