汽車倒車防撞報警器的設(shè)計

隋美麗，龍建，楊立平，張瑩

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，北京 100176）

前言

通過以SPCE061A芯片為核心的汽車倒車防撞報警器系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，硬件設(shè)計主要包括超聲波測距原理及其模組電路、61單片機(jī)其編程環(huán)境。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

汽車倒車防撞報警器系統(tǒng)使用61單片機(jī)，用于控制和處理超聲波模組發(fā)射和接受的信號，外接LED顯示模塊。

2 超聲波測距模組

超聲波測距模組采用的是脈沖測量法。為了保證測量的可靠，檢測回波信號時，采用SPCE061A的外部中斷對回波的上升沿進(jìn)行檢測，而且利用定時器B進(jìn)行計時。

2.1 超聲波測距模組電路

超聲波測距模組電路主要由超聲波諧振頻率調(diào)理電路、超聲波回波接收處理電路、電源接口電路、測距模式選擇跳線電路、模組接口電路五部分組成。超聲波測距模組可用于測量兩個不同量程的障礙物距離（精度為 0.01米）：短測量距離為0.2-1米；長測量距離為0.7-4米。

2.1.1 超聲波諧振頻率調(diào)理電路

超聲波諧振頻率調(diào)理電路如圖 1所示。單片機(jī)產(chǎn)生40KHz的方波，并通過模組接口（J4）送到模組的CD4049，-CD4049則對40KHz頻率信號進(jìn)行調(diào)理，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振[1][2][3]。

圖1 超聲波諧振頻率調(diào)理電路

2.1.2 超聲波回波接收處理電路

超聲波回波接收處理電路如圖2所示。超聲波接收處理部分電路前級采用NE5532構(gòu)成10000倍放大器，對接收信號進(jìn)行放大；后級采用LM311比較器對接收信號進(jìn)行調(diào)整，比較電壓為LM311的3管腳的輸入，可由J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測距模式。

圖2 超聲波回波接收處理電路

2.1.3 電源接口電路

電源接口電路如圖3所示。J3為外部電源接口，最高電壓不要超過12V，J2為電源選擇跳線，VCC_5即為由61單片機(jī)通過10PIN排線引入模組的電源；VCC即為模組的放大器、調(diào)理電路的供電電源。當(dāng)用戶使用61單片機(jī)為其供電時，要把VCC與VCC_5V短接；而使用外部電源時，要把VCC與VCC_IN短接。

圖3 電源接口電路

2.1.4 測距模式選擇跳線電路

測距模式選擇跳線電路。模組提供了測距模式選擇跳線J1，可以選擇短距測量模式、長距測量模式。跳線選擇LOW時為短距測量模式，選擇HIG時為長距測量模式[4]。

2.1.5 模組接口電路

模組接口電路用戶只需要把模組電源輸入跳線J2、測量模式選擇跳線J1設(shè)置好后，用排線把J5與61單片機(jī)的IOB口低八位相接，J4與IOB口高八位相接即可使用了。

3 單片機(jī)系統(tǒng)

3.1 61單片機(jī)系統(tǒng)簡介

61單片機(jī)由最小系統(tǒng)、電源模塊、放音模塊、下載模塊、復(fù)位模塊和端口模塊組成。最小系統(tǒng)包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊。SPCE061A芯片是整塊61板的大腦，所有控制信息都是從這里發(fā)出的，外圍基本模塊則協(xié)助SPCE061A芯片控制單片機(jī)正常工作；電源模塊為4.5V，電源模塊為整個系統(tǒng)提供電源；放音模塊里麥克風(fēng)用來進(jìn)行語音輸入的，還有一個喇叭接口用來進(jìn)行語音播放；下載模塊：程序通過下載模塊接口下載到61單片機(jī)；同時在線調(diào)試時能上傳一些硬件信息到開發(fā)環(huán)境中；使用鍵控模塊可以編寫內(nèi)含鍵盤判斷的程序；當(dāng)按下復(fù)位模塊按鍵后，單片機(jī)就重新開始工作；端口模塊對外掛硬件的控制或者獲取外部硬件的一些狀態(tài)便于單片機(jī)來進(jìn)行處理[5]。

61單片機(jī)最小系統(tǒng)電路包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊，外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環(huán)外圍電路（PLL）、復(fù)位電路（RESET）、指示燈（LED）等[6][7]。

電源模塊電路如圖4所示。61單片機(jī)的內(nèi)核供電為3.3V，而I/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在電源模塊（61板上）中有一個端口電平選擇跳線，如圖中的J5，但是為了本系統(tǒng)可以可靠的工作，需要給61板外接5V的電源，并將61板的端口電平選擇為5V，即J5用跳線帽將V5和VDDH短接。

圖4 電源模塊電路

放音模塊電路如圖5所示。放音模塊利用的是SPCE061A內(nèi)部的DAC，其中SPY0030僅需2.4V 即可工作，其輸出功率約為700mW。

圖5 放音模塊電路

3.2 61單片機(jī)編程環(huán)境和語言特點(diǎn)

61單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境叫做集成開發(fā)環(huán)境（也稱 IDE），它集程序的編輯、編譯、鏈接、調(diào)試和仿真等功能為一體。IDE具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使程序設(shè)計工作更加方便、高效。

4 防撞報警器測試

主要對超聲波測距模組與61單片機(jī)的連接與調(diào)試、LED顯示模塊與 61單片機(jī)的連接與調(diào)試和汽車倒車防撞報警器的連接與調(diào)試。

超聲波測距模組與 61單片機(jī)的連接包括超聲波測距模組、61單片機(jī)、喇叭和電池盒四個部分。

在連接超聲波測距模組和 61單片機(jī)時需把模組的電源輸入跳線設(shè)為61單片機(jī)輸入，再把61單片機(jī)電源輸入跳線設(shè)為5V端、下載線選擇跳線設(shè)為“1、2”、音頻跳線選為DAC端，然后用排線把J5與61單片機(jī)的IOB口低八位（J6）相接，J4與61單片機(jī)的IOB口高八位（J7）相接。

LED顯示模塊使用兩個LED數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。顯示精度為1厘米。當(dāng)所測距離小于100厘米時顯示后兩位數(shù)字；大于等于100厘米時，顯示前兩位數(shù)字。

將超聲波測距模組和LED數(shù)碼顯示模塊與61板相連，即組成汽車倒車防撞報警器，可用于分別測量地面與墻面兩種障礙物，測試結(jié)果結(jié)果表明，實(shí)際障礙物距離相同而障礙物不同，所測得的結(jié)果不同，誤差大小由障礙物反射率決定的，反射率越好，誤差越小；實(shí)際障礙物距離不同而障礙物相同，所測得的結(jié)果也不同，所測距離越大誤差越大。

5 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了汽車倒車防撞報警器的硬件系統(tǒng)設(shè)計、連接與調(diào)試過程。文中所設(shè)計的汽車倒車防撞報警器使用超聲波傳感器收發(fā)超聲波信號；使用61單片機(jī)產(chǎn)生40KHz脈沖波形并對回波信號進(jìn)行處理，具有如下功能：

1）可以探測到兩個不同量程范圍內(nèi)的障礙物：短探測距離為0.2-1米；長探測距離為0.7-4米。

2）具有語音報警功能，可以語音播報所測得的障礙物距離。

3）具有LED顯示功能，可以輔助顯示所測得的障礙物距離（當(dāng)所測距離小于100厘米時顯示后兩位數(shù)字；當(dāng)所測距離大于等于100厘米時，顯示前兩位數(shù)字）。