詳解汽車倒車雷達的電路設計—電路圖天天讀(291)

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詳解汽車倒車雷達的電路設計—電路圖天天讀（291）

Ida 發表於 2015-11-27 11:48:38

　　倒車雷達的工作原理

　　PDC系統的工作原理就是通常是在車的後保險槓或前後保險槓設置雷達偵測器， 用以偵測前後方的障礙物，幫助駕駛員「看到」前後方的障礙物，或停車時與它車的距離，此裝置除了方便停車外更可以保護車身不受刮蹭。

　　PDC是以超音波感應器來偵測出離車最近的障礙物距離， 並發出警笛聲來警告駕駛者。而警笛聲音的控制通常分為兩個階段，當車輛的距離達到某一開始偵測的距離時，警笛聲音開始以某一高頻的警笛聲鳴叫， 而當車行至更近的某一距離時，則警笛聲改以連續的警笛聲，來告知駕駛者。PDC的優點在於駕駛員可以用聽覺獲得有關障礙物的信息，或它車的距璃。PDC系統主要是協助停車的， 所以當達到或超過某一車速時系統功能將會關閉。

　　系統硬體電路設計

　　系統結構

　　系統框圖如圖1所示。該系統由單片機控制電路、超聲波發射與接收電路、溫度補償電路、LCD顯示電路以及語音報警電路等幾部分組成。單片機AT89C51 是整個系統的核心部件，協調各部分電路的工作。單片機在超聲波信號發射的同時開始計時，超聲波信號在空氣中傳播遇到障礙物後發生反射，反射的回波信號經過處理後輸入到單片機的INTO端產生中斷，計數器停止計數。通過計數器測得的脈衝數可得到超聲波信號往返所需要的時間，從而達到測距的目的。超聲波探頭選用TCF40-25TR1型收發一體式超聲波傳感器，諧振頻率為40 kHz；超聲發射與接收電路採用LM1812專業集成電路，不僅外圍元件較少，電路簡單，而且有更好的穩定性及可靠性；溫度補償電路採用一線制數字溫度傳感器DS18B20，利用聲速和溫度之間的關係對聲速進行校正，從而消除溫度對聲速的影響；語音報警電路採用ISD4004，可實現汽車倒車過程中的語音報警。

　　

　　單片機控制電路

　　系統控制部分的核心是ATMEL公司生產的AT89C51。AT89C51採用40引腳的雙列直插式封裝（DIP）形式，內部由CPU，4 KB的ROM，256 B的RAM，2個16位的定時／計數器T0和T1，4個8位的I／O埠和一個全雙工串行通信口等部分組成。AT89C51單片機具有系統結構簡單，成本低，可靠性高，低功耗等特點。特別是內部集成了4 KB的FLASH程序存儲器，使單片機系統的結構更加簡單，也使其得到了廣泛的應用。同時，它還具有高級語言編程的特點，指令豐富，軟體開發簡單。 AT89C51單片機是整個系統的核心部件，其作用是控制超聲波專用集成晶片LM1812的發射和接收，對計時器的計數結果進行數據處理後送入LCD顯示以及控制語音報警電路工作。

　　超聲波發射和接收電路

　　本系統採用超聲波專用集成電路LM1812作為超聲波發射和接收電路的主控晶片。LM1812是一種通用型超聲波收發器，主要用在各種各樣的測距、定向和通信中。晶片包括一個脈衝調製C類發射器，一個高增益接收器，一個脈衝調製檢測器及噪音抑制電路。LM1812第1腳外接L1，C1決定了電路發送或接收的工作頻率，其工作頻率為：

　　

　　改變電感L1，電容C1的值可以改變振蕩頻率（本系統中f0為40 kHz），最高可達325 kHz。

　　超聲波發射和接收電路如圖2所示。當LM1812的8腳為高電平時，LM1812處於發射模式；當8腳為低電平時，LM1812處於接收模式。值得注意的是，單片機到LM1812的連接要進行5～12 V的電平轉換。當LM1812處於發射模式時，L1，C1振蕩槽路被切換為振蕩模式，振蕩信號經驅動放大後，由13腳及6腳輸出。6，13腳之間所接變壓器線圈的匝數比是根據TCF40-25TR1型收發一體式超聲波傳感器的阻抗來確定的。實驗證明，變壓器線圈的匝數比大約為4：1時可實現與超聲波發送器阻抗相匹配。超聲波接收器接收到的超聲波信號經電容耦合由4腳輸入，再經內部兩級放大後同由1腳的諧振迴路取出的信號一起送到檢測器。當檢測到超聲波回波信號時，LM1812的14腳（與單片機的INT0端相連）變為低電平，使單片機的T0計數器停止計數。

　　

　　溫度補償電路

　　溫度補償電路採用了美國DALLAS半導體公司的DS18B20單總線型數字溫度傳感器。單總線即只用一根信號線來傳輸數據，而且數據傳輸是雙向的，單總線具有「線與」功能，連接方便，便於擴展。DS18B20集溫度測量、A／D轉換於一體，具有體積小、動態範圍寬、測量精度高等優點。DS18B20和單片機接口電路如圖3所示。

　　

　　DS18B20採用單總線方式和AT89C51單片機相連，即DS18B20的1腳接地，3腳接地，2腳接至AT89C51的P11引腳，同時將P11引腳採用一隻4．7 kΩ的電阻上拉至VCC。測得的溫度值以16位帶符號擴展的二進位補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1，2位元組，單片機通過單總線接口讀到該數據後，即可通過計算得到實時環境溫度值。

　　LCD顯示電路

　　本系統顯示電路採用金鵬電子的OCMJ12232C_3液晶顯示模塊，此液晶模塊內含字庫，能非常方便地顯示漢字。OCMJ12232C_3液晶和單片機 AT89C51的接口電路如圖3所示，其中OCMJ12232C_3液晶的15腳接地，即採用串口通信方式。顯示內容包括倒車距離和車外溫度兩部分，分兩行顯示：第一行顯示倒車距離，第二行顯示車外溫度。倒車距離以cm為單位，精確到0．1 cm；溫度以℃為單位，精確到O．1℃。

　　語音報警電路

　　本系統的語音報警電路採用ISD4004語音晶片。ISD4004與單片機接口電路如圖3所示。從圖中可以看出，ISD4004和單片機AT89C51之間的連接較少。單片機的P00接ISD4004的片選引腳SS，控制ISD4004是否選通；P0l 接ISD4004的串行輸入引腳MOSI，從該引腳讀入放音的地址；P02接ISD4004的串行輸出引腳MISO；P03接ISD4004的串行時鐘引腳SLCK；P04接撥動開關，用於選擇錄音或者放音；P05接STOP按鈕，用來對ISD4004進行復位；P06接AN按鈕，按下時ISD4004開始工作；P33（INT1）接ISD4004的中斷引腳INT。ISD4004晶片所需要的連接還有音頻信號輸出引腳AUD OUT，該引腳通過一個濾波電容，經功率放大電路LM386後與揚聲器連接；MIC接入ISD4004：的錄音信號輸入端（ANA IN-、ANA IN+）；AMCAP為自動靜音端，使用時通過一電容接地。此外，由於ISD4004的工作電壓為3 V，而單片機所需供電電壓為5 V，因此需要採用LM317變壓電路得到3 V電壓供ISD4004使用。

　　當倒車距離大於3 m時，語音提示為「倒車安全」；當倒車距離在2～3 m之間時，語音提示為「倒車」；當倒車距離在1～2 m之間時，語音提示為「倒車小心」；當倒車距離在0．5～1 m之間時，語音提示為「倒車危險」；當倒車距離小於0．5 m時，語音提示為「非常危險，緊急停車」。

　　編輯點評：本文設計的倒車雷達系統採用AT89C51作為主控晶片，可以實現實時的超聲波測距，並將所測距離在LCD上顯示出來。能滿足司機在倒車中的需要，可得到廣泛的應用。
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