詳解汽車倒車?yán)走_(dá)的電路設(shè)計(jì)—電路圖天天讀（291）

　　倒車?yán)走_(dá)的工作原理

　　PDC系統(tǒng)的工作原理就是通常是在車的后保險(xiǎn)杠或前后保險(xiǎn)杠設(shè)置雷達(dá)偵測(cè)器， 用以偵測(cè)前后方的障礙物，幫助駕駛員“看到”前后方的障礙物，或停車時(shí)與它車的距離，此裝置除了方便停車外更可以保護(hù)車身不受刮蹭。

　　PDC是以超音波感應(yīng)器來(lái)偵測(cè)出離車最近的障礙物距離， 并發(fā)出警笛聲來(lái)警告駕駛者。而警笛聲音的控制通常分為兩個(gè)階段，當(dāng)車輛的距離達(dá)到某一開始偵測(cè)的距離時(shí)，警笛聲音開始以某一高頻的警笛聲鳴叫， 而當(dāng)車行至更近的某一距離時(shí)，則警笛聲改以連續(xù)的警笛聲，來(lái)告知駕駛者。PDC的優(yōu)點(diǎn)在于駕駛員可以用聽覺獲得有關(guān)障礙物的信息，或它車的距璃。PDC系統(tǒng)主要是協(xié)助停車的， 所以當(dāng)達(dá)到或超過某一車速時(shí)系統(tǒng)功能將會(huì)關(guān)閉。

　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路、超聲波發(fā)射與接收電路、溫度補(bǔ)償電路、LCD顯示電路以及語(yǔ)音報(bào)警電路等幾部分組成。單片機(jī)AT89C51 是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，協(xié)調(diào)各部分電路的工作。單片機(jī)在超聲波信號(hào)發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波信號(hào)在空氣中傳播遇到障礙物后發(fā)生反射，反射的回波信號(hào)經(jīng)過處理后輸入到單片機(jī)的INTO端產(chǎn)生中斷，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。通過計(jì)數(shù)器測(cè)得的脈沖數(shù)可得到超聲波信號(hào)往返所需要的時(shí)間，從而達(dá)到測(cè)距的目的。超聲波探頭選用TCF40-25TR1型收發(fā)一體式超聲波傳感器，諧振頻率為40 kHz；超聲發(fā)射與接收電路采用LM1812專業(yè)集成電路，不僅外圍元件較少，電路簡(jiǎn)單，而且有更好的穩(wěn)定性及可靠性；溫度補(bǔ)償電路采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20，利用聲速和溫度之間的關(guān)系對(duì)聲速進(jìn)行校正，從而消除溫度對(duì)聲速的影響；語(yǔ)音報(bào)警電路采用ISD4004，可實(shí)現(xiàn)汽車倒車過程中的語(yǔ)音報(bào)警。

　　單片機(jī)控制電路

　　系統(tǒng)控制部分的核心是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51。AT89C51采用40引腳的雙列直插式封裝（DIP）形式，內(nèi)部由CPU，4 KB的ROM，256 B的RAM，2個(gè)16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器T0和T1，4個(gè)8位的I／O端口和一個(gè)全雙工串行通信口等部分組成。AT89C51單片機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，低功耗等特點(diǎn)。特別是內(nèi)部集成了4 KB的FLASH程序存儲(chǔ)器，使單片機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，也使其得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，它還具有高級(jí)語(yǔ)言編程的特點(diǎn)，指令豐富，軟件開發(fā)簡(jiǎn)單。 AT89C51單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，其作用是控制超聲波專用集成芯片LM1812的發(fā)射和接收，對(duì)計(jì)時(shí)器的計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后送入LCD顯示以及控制語(yǔ)音報(bào)警電路工作。

　　超聲波發(fā)射和接收電路

　　本系統(tǒng)采用超聲波專用集成電路LM1812作為超聲波發(fā)射和接收電路的主控芯片。LM1812是一種通用型超聲波收發(fā)器，主要用在各種各樣的測(cè)距、定向和通信中。芯片包括一個(gè)脈沖調(diào)制C類發(fā)射器，一個(gè)高增益接收器，一個(gè)脈沖調(diào)制檢測(cè)器及噪音抑制電路。LM1812第1腳外接L1，C1決定了電路發(fā)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(tǒng)中f0為40 kHz），最高可達(dá)325 kHz。

　　超聲波發(fā)射和接收電路如圖2所示。當(dāng)LM1812的8腳為高電平時(shí)，LM1812處于發(fā)射模式；當(dāng)8腳為低電平時(shí)，LM1812處于接收模式。值得注意的是，單片機(jī)到LM1812的連接要進(jìn)行5～12 V的電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)LM1812處于發(fā)射模式時(shí)，L1，C1振蕩槽路被切換為振蕩模式，振蕩信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后，由13腳及6腳輸出。6，13腳之間所接變壓器線圈的匝數(shù)比是根據(jù)TCF40-25TR1型收發(fā)一體式超聲波傳感器的阻抗來(lái)確定的。實(shí)驗(yàn)證明，變壓器線圈的匝數(shù)比大約為4：1時(shí)可實(shí)現(xiàn)與超聲波發(fā)送器阻抗相匹配。超聲波接收器接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)電容耦合由4腳輸入，再經(jīng)內(nèi)部?jī)杉?jí)放大后同由1腳的諧振回路取出的信號(hào)一起送到檢測(cè)器。當(dāng)檢測(cè)到超聲波回波信號(hào)時(shí)，LM1812的14腳（與單片機(jī)的INT0端相連）變?yōu)榈碗娖?，使單片機(jī)的T0計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。

　　溫度補(bǔ)償電路

　　溫度補(bǔ)償電路采用了美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司的DS18B20單總線型數(shù)字溫度傳感器。單總線即只用一根信號(hào)線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，單總線具有“線與”功能，連接方便，便于擴(kuò)展。DS18B20集溫度測(cè)量、A／D轉(zhuǎn)換于一體，具有體積小、動(dòng)態(tài)范圍寬、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20和單片機(jī)接口電路如圖3所示。

　　DS18B20采用單總線方式和AT89C51單片機(jī)相連，即DS18B20的1腳接地，3腳接地，2腳接至AT89C51的P11引腳，同時(shí)將P11引腳采用一只4．7 kΩ的電阻上拉至VCC。測(cè)得的溫度值以16位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第1，2字節(jié)，單片機(jī)通過單總線接口讀到該數(shù)據(jù)后，即可通過計(jì)算得到實(shí)時(shí)環(huán)境溫度值。

　　LCD顯示電路

　　本系統(tǒng)顯示電路采用金鵬電子的OCMJ12232C_3液晶顯示模塊，此液晶模塊內(nèi)含字庫(kù)，能非常方便地顯示漢字。OCMJ12232C_3液晶和單片機(jī) AT89C51的接口電路如圖3所示，其中OCMJ12232C_3液晶的15腳接地，即采用串口通信方式。顯示內(nèi)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(yǔ)音報(bào)警電路

　　本系統(tǒng)的語(yǔ)音報(bào)警電路采用ISD4004語(yǔ)音芯片。ISD4004與單片機(jī)接口電路如圖3所示。從圖中可以看出，ISD4004和單片機(jī)AT89C51之間的連接較少。單片機(jī)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(shí)鐘引腳SLCK；P04接撥動(dòng)開關(guān)，用于選擇錄音或者放音；P05接STOP按鈕，用來(lái)對(duì)ISD4004進(jìn)行復(fù)位；P06接AN按鈕，按下時(shí)ISD4004開始工作；P33（INT1）接ISD4004的中斷引腳INT。ISD4004芯片所需要的連接還有音頻信號(hào)輸出引腳AUD OUT，該引腳通過一個(gè)濾波電容，經(jīng)功率放大電路LM386后與揚(yáng)聲器連接；MIC接入ISD4004：的錄音信號(hào)輸入端（ANA IN-、ANA IN+）；AMCAP為自動(dòng)靜音端，使用時(shí)通過一電容接地。此外，由于ISD4004的工作電壓為3 V，而單片機(jī)所需供電電壓為5 V，因此需要采用LM317變壓電路得到3 V電壓供ISD4004使用。

　　當(dāng)?shù)管嚲嚯x大于3 m時(shí)，語(yǔ)音提示為“倒車安全”；當(dāng)?shù)管嚲嚯x在2～3 m之間時(shí)，語(yǔ)音提示為“倒車”；當(dāng)?shù)管嚲嚯x在1～2 m之間時(shí)，語(yǔ)音提示為“倒車小心”；當(dāng)?shù)管嚲嚯x在0．5～1 m之間時(shí)，語(yǔ)音提示為“倒車危險(xiǎn)”；當(dāng)?shù)管嚲嚯x小于0．5 m時(shí)，語(yǔ)音提示為“非常危險(xiǎn)，緊急停車”。

　　編輯點(diǎn)評(píng)：本文設(shè)計(jì)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)采用AT89C51作為主控芯片，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的超聲波測(cè)距，并將所測(cè)距離在LCD上顯示出來(lái)。能滿足司機(jī)在倒車中的需要，可得到廣泛的應(yīng)用。
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