超聲波汽車倒泊防撞報警器的設(shè)計

　　超聲波汽車倒泊防撞報警器是超聲波測距的一個重要應(yīng)用。在汽車倒泊時，利用超聲波的反射可以探測汽車尾部與障礙物之間的距離，提供多級聲光報警。本文介紹一種以MC68HC705J1A單片機為核心的低成本超聲波汽車倒泊防撞報警器的設(shè)計方法，該報警器的感應(yīng)時間小于0.5s，測距精度可達0.1m。

　　1 超聲波測距原理

　　超聲波測距原理是根據(jù)超聲波遇到障礙物后可反射回來的特性，記錄發(fā)射信號到收到第一個反射信號的時間t，利用公式s=c·t/2，計算出距離s。其中c是聲速，標準狀態(tài)下聲速c=331.4m/s。超聲波測距原理如圖1所示。

　　2 超聲波汽車倒泊防撞報警器的組成

　　超聲波汽車倒泊防撞報警器的組成如圖2所示。

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

　　3 超聲波汽車倒泊防撞報警器的硬件電路設(shè)計

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

　　MC68HC705J1A單片機是Motorola公司J系列單片機中性能價格比最高的單片機之一，廣泛應(yīng)用于各種中小型檢測控制系統(tǒng)中。MC68HC705J1A是一個具有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個雙向輸入/輸出端口、多功能計數(shù)器、外部中斷等，同時具有看門狗和非法地址檢測、無最小時鐘頻率選擇等特點。在超聲波汽車倒泊防撞報警器中，充分利用其雙向并行口的輸入和輸出功能，進行信號的發(fā)送、接收及聲光報警等控制。

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

　　發(fā)射信號遇到障礙物后反射回來，由同一超聲波探測頭接收并送到接收電路。接收電路對反射信號進行多級放大和檢波，最后通過開關(guān)電路到達單片機的接收管腳PA0或PA1。當(dāng)接收電路有信號時，開關(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PA0或PA1的管腳狀態(tài)，就可以得到超聲波探測頭接收到第一個反射信號的時刻，從而計算出從發(fā)送信號到接收到第一個反射信號的時間，再進一步計算出障礙物與汽車的距離。發(fā)射信號波形、接收電路信號波形和單片機接收管腳信號波形如圖4所示。