【文章內(nèi)容簡介】 成由發(fā)送傳感器 ( 或稱波發(fā)送器 ) 、接收傳感器 ( 或稱波接收器 ) 、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機械振 超聲波傳感器動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超進行檢測 . 而實際使用中，用發(fā)送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計數(shù)及探測距離等進行控制。超聲波傳感器電源 ( 或稱信號源 ) 可用 DC12V 177。 10 % 或 24V 177。 10 % 。 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=340t／2 (1)這就是時間差測距法。本系統(tǒng)就是利用單片機控制超聲波發(fā)射器發(fā)射超盧波脈沖，同時利用單片機中的計數(shù)器開始計時。超聲波達到后面的障礙物就會反射回來，接收裝置接收到回波信號后由外部比較電路產(chǎn)生高電平使單片機產(chǎn)生外部中斷。單片機運行中斷服務(wù)子程序(ISR)計算出距離，并傳送給LCD顯示給司機，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給出報警信息，來保證倒車或行車的安全。 超聲波測距簡圖L=340mX2X1(s)2 超聲波測距公式超聲波測距的算法設(shè)計: 超聲波在空氣中傳播速度為每秒鐘340米（15℃時）。X2是聲波返回的時刻，X1是聲波發(fā)聲的時刻，X2X1得出的是一個時間差的絕對值，假定X2X1=，則有（340）/2=。3. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件結(jié)構(gòu)本倒車雷達主要用來顯示汽車后面的情景已經(jīng)測量和障礙物之間的距離。整個設(shè)計主要由MSP430單片機、超聲波發(fā)生模塊、超聲波接受模塊、視頻采集模塊、LCD顯示模塊以及語音報警模塊組成。單片機外圍擴展一系列功能模塊如LCD、USB接口等，USB主機接口，連接攝像頭模塊采集視頻圖像信息系統(tǒng)，結(jié)合ARM處理器實現(xiàn)視頻/圖像的采集、壓縮，并將采集后的數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端（視頻處理中心)，并通過LCD顯示出來。超聲波發(fā)射電路超聲波接受電路MSP430單片機電源電路顯示與報警電路 硬件框圖 MSP430單片機 單片機是整個邏輯系統(tǒng)的核心。[4]主要負責(zé)控制整個測距流程，使各個模塊協(xié)調(diào)工作，并進行數(shù)據(jù)處理得出距離值，最后在液晶顯示屏上顯示出距離值，MSP430系列是一個16為的、具有精簡指令集的、超低功耗的混合星單片機，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機系列中一顆耀眼的新星，特別適合應(yīng)用在電池供電便攜式設(shè)備及手持設(shè)備中。[5]根據(jù)系統(tǒng)指標要求，本課題采用美國TI公司的MSP430F437單片機。[6]其主要特點如下：1. 低供電電壓范圍：~；2. 超低功耗： —活動模式：1MHz，； —等待模式：； —關(guān)閉模式（RAM保持）：：3. 五種省電模式：4. 6us內(nèi)從等待狀態(tài)喚醒；5. 16位精簡指令結(jié)構(gòu)，125ns指令時間周期；6. 具有內(nèi)部參考電平、采樣保持和自動草廟特性的12位A/D轉(zhuǎn)換器；7. 帶有3個捕獲/比較七寸器的16位定時器：定時器A和定時器B；8. 片內(nèi)集成比較器；9. 串行通信接口（USART)，軟件選擇異步UART或者同步SPI接口；10. 具有可編程電平檢測的供電電壓管理器/監(jiān)視器；11. 串行在線編程，無需外部編程電壓，可編程的安全絡(luò)絲代碼保護；12. 集成多大160段得LCD驅(qū)動器。 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 核心板是一個單片機系統(tǒng)正常運行所需要的核心電路及其外圍線路，它主要包括主控制器、復(fù)位電路、時鐘電路、電源電路、Flash等。 主控制器選擇及硬件組成超聲波發(fā)射電路超聲波接受電路MSP430單片機電源電路顯示與報警電路與常用的5 1系列單片機相比，MSP430系列單片機功能強大、功耗低、集成度高，其主要缺點是價格略高。[7]為得到合適的性價比，選擇TI公司早期生產(chǎn)的MSP430F1101，這種型號的單片機價格較低，功能雖然并不強大，但足以滿足本系統(tǒng)要求。F1101的不足之處主要在于沒有液晶驅(qū)動，選擇價格合理的液晶顯示驅(qū)動芯片HT 1 62 1便可解決這一問題。系統(tǒng)硬件電路以MPS430F1101單片機為核心，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。 系統(tǒng)框圖 電源電路在該系統(tǒng)中硬件平臺上需要使用3種電壓，存儲器和外部I/。本系統(tǒng)采用寬電平輸入，通過DCDC轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)多個電平輸出。再次選用LM317集成穩(wěn)壓電路，它是常用的可調(diào)集成穩(wěn)壓器，~37V。[8]。為保證穩(wěn)壓器的輸出性能，R1應(yīng)小于240歐姆。改變R2阻值即可調(diào)整穩(wěn)壓電壓值。DD2用于保護，U。=（1+R2/R1)*。 電源電路 復(fù)位電路復(fù)位對于一個系統(tǒng)相當(dāng)重要，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位電路可以由簡單的RC復(fù)位電路，經(jīng)使用證明，其復(fù)位邏輯是可靠的。[9] 復(fù)位電路該復(fù)位電路的工作原理如下：在系統(tǒng)上電時，通過電阻R1向電容C1充電，當(dāng)C1兩端的電壓未達到高電平的門限電壓時，nRESET端輸出為高電平，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)用戶按下按鍵S1時，C1兩端的電荷被釋放掉，nRESET端輸出為低電平，系統(tǒng)進入復(fù)位狀態(tài)，再重復(fù)以上的充電過程，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。為保證系統(tǒng)有效復(fù)位，必須合理選擇R1和C1的參數(shù)，以調(diào)整復(fù)位狀態(tài)的時間。對于S3C2410X來說，在系統(tǒng)上電后nRESET端必須保持低電平至少4個MCLK周期。兩級非門電路用于按鈕去抖動和波形整形；nRESET端的輸出狀態(tài)與Reset端相反，以用于高電平復(fù)位的期間；經(jīng)使用證明，基于途中所選參數(shù)的復(fù)位電路其復(fù)位邏輯是可靠的。[10] 時鐘電路時鐘電路用于向CPU及其他電路提供工作始終。需要兩路始終輸入：一路是CPU工作始終輸入，；另一路提供給實時始終RTC電路。根據(jù)最高工作頻率以及PLL電路的工作方式，經(jīng)內(nèi)部PLL倍頻到180MHz，同時片內(nèi)兼有信號放大和提純的功能。因此，系統(tǒng)可以以較低的外部時鐘信號獲得較高的工作頻率，以降低因高速開關(guān)時鐘所造成的高頻噪音。 實時始終輸入電路原理圖 存儲器電路設(shè)計內(nèi)核提供了32位的地址總線，可以訪問4G（2）的線性地址空間，而S3C2410的內(nèi)部地址總線是30bit（HADDR[29:0]),能夠訪問的最大外部地址空間是2的30次方，即1G的地址空間0*00000000~0*3FFFFFFFF,可見S3C2410僅利用了系統(tǒng)的32位地址總線的低30位，并且是一一對應(yīng)相連的。S3C2410將1G的外部地址空間分成了8個存儲器組，每個組的大小為128M，其中6個用于ROM、SRAM等存儲器，2個用于ROM、SRAM、SDRAM等存儲器。基于芯片體積及成本的考慮，當(dāng)S3C2410對外尋址時，采用了部分譯碼的方式，即低位地址線用于外圍存儲器的片內(nèi)尋址，而高位地址線用于外圍存儲器的片外尋址。由于每個存儲器組的起始地址及空間大小固定，對于系統(tǒng)要訪問的任意外部地址，S3C2410可以方便地利用內(nèi)部地址總線的高3位HADDR[29:27]來選擇該地址屬于哪一個存儲器組（Bank），從而激活相應(yīng)的Bank選擇信號，并且使用外部地址總線A[26:0]來實現(xiàn)相應(yīng)Bank的內(nèi)部尋址，尋址范圍為128M，從而使得其外圍地址訪問空間為1GB。S3C2410正是通過這種機制來完成外部地址空間的尋址全過程。 超聲波換能器電路設(shè)計 倒車雷達總體結(jié)構(gòu)倒車雷達的設(shè)計由五部分組成：超聲波發(fā)生模塊、超聲波接受模塊、攝像頭視頻采集系統(tǒng)、LCD顯示模塊、語音報警系統(tǒng)；。[11]超聲波發(fā)送模塊超聲波接受模塊攝像頭采集驅(qū)動電路放大整形顯示模塊語音報警MSP430單片機各模塊完成的具體任務(wù)如下：（1） 測距系統(tǒng)：由超聲波發(fā)生模塊、超聲波接受模塊、單片機控制系統(tǒng)組成，用來測量汽車與障礙物之間的距離。（2） 顯示報警系統(tǒng)：主要由USB攝像頭、控制系統(tǒng)、顯示模塊和語音報警組成，用來顯示車后和車側(cè)面的詳細情景并通過彩色液晶顯示，同時通過語音提示報警。（3） 控制系統(tǒng)：是本系統(tǒng)的核心，采用MSP430單片機，控制整個系統(tǒng)的運行，對各種接口電路進行控制。MSP430單片機通過串口輸出脈沖控制555振蕩器工作，發(fā)生超聲波。[12]同時計時，當(dāng)發(fā)生的超聲波碰到障礙物發(fā)射回來，此時超聲波接受模塊接收信號，通過放大處理后，傳送給系統(tǒng)，從而計算出障礙物與汽車直接的距離，并根據(jù)計算出的距離由軟件系統(tǒng)進行判斷，對駕駛員進行語音提示。同時，主控芯片進行攝像頭的視頻采集并通過LCD顯示出來。 超聲波發(fā)射信號，單穩(wěn)觸發(fā)器接收來自押S430F1101的P1．3端口輸出的40ms脈沖波，經(jīng)過觸發(fā)器的電壓提升和脈寬控制輸出頻率不變、高電平寬度為160 u s的方波，方波周期為40m s。[13]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40kHz的振蕩信號，由超聲波發(fā)射頭T40K 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)射器的聲波傳播到反射物，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。[14]單片機發(fā)出的脈沖信號單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器由555構(gòu)成的多諧振蕩器超聲波UCMT40K 超聲波發(fā)射硬件電路 超聲波發(fā)射電路框圖 超聲波接收電路　　，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，用這個電壓驅(qū)動光電耦合器件SFH65A1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。[15]電平信號直接輸入單片機的