汽车倒车雷达系统的研究 - 图文(10)

图４．２．３超声波发射电路 ＬＭｌ ８ １ ２芯片上的一个１“Ｓ的单脉冲发生器在振荡器的每个周期都被触发， 并且依次驱动Ｑｌ～Ｑ３组成的功率放大器。这种单脉冲发生器的复位时间是２１．ｔＳ， 这样就把最大工作频率限制在３２５ｋＨｚ左右。 变压器把超声波传感器耦合到输出级，输出变压器可以借助图４．２．４的帮助 来设计。

图４．２．４变压器的匝数比～负载电阻 对给定的负载阻抗，变压器的匝数比就可以确定。但实际中负载阻抗一般不 能确定，这种情况下可以采取实验的方式来设计变压器的匝数比。本系统是通过 实验方法来设计变压器的。注意变压器的次级必须和Ｃ６调谐在工作频率ｆｏ。 当８脚为高电平时，芯片处于发射模式；当８脚为低电平时，芯片处于接收 模式。改变８脚输入脉冲的占空比，可以方便的改变一次发射周期内发射的脉冲 串个数。１４脚在每个发送周期触发一次，产生负脉冲，以此来确定发射时刻。６ 脚为超声波发射端，经过脉冲变压器升压后在超声波传感器两端产生高压，激励 超声波传感器发射超声波脉冲串。ＬＭｌ８１２的８脚波形和经脉冲变压器升压后的 超声波发射波波形如图４．２．５所示。通过示波器可以看出经过脉冲变压器升压后 的发射波的峰峰值为ｌ ５７．６Ｖ，能够保证足够的超声波发射功率。

图４．２．５发射波波形 ４．２．４超声波接收电路设计

超声波接收电路的功能是对接收到的超声波信号进行处理和接收，主要包括 接收器、脉冲检测器和噪声抑制电路等。超声波传感器直接接收到的信号很微弱，

一般为ｍＶ级别。图４．２．６为直接接收到的超声波接收波波形。 图４．２．６接收波波形 当检测到超声波回波信号时，ＬＭｌ ８１２的１ ４脚（与单片机的某个外部中断 口相连）变为低电平，使单片机的Ｔ０／Ｔ１计数器停止计数。这样就测出了超声波 往返所需要的时间，从而可以求出待测距离。用示波器观察到的发射波和１ ４脚 的波形图如４．２．７所示。从图中可以看出，１４脚信号在发射超声波的同时来一个 负脉冲，以此作为开始计时时刻，等接收到回波信号时，１４脚会再来一个负脉 冲信号。通过图４．２．７可以直观的看到这两个负脉冲间的时间差，这就是我们测 得的超声波往返所需要的时间。

１２的１４脚和发射波波形图 为了保证测距的可靠性，本系统采用四路超声波发射和接收电路同时工作。 ２９图４．２．７ Ｌ。 …ｒ………一…???…。?。…一??

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Ｕ ＬＭｌ ８

控制四路超声波信号的发射端（ＬＭ ｌ ８ １ ２的８脚）连接在一起，接单片机的某个Ｉ／Ｏ口，四路ＬＭｌ ８ ｌ ２的ｌ ４脚分别与ＳＳＴ８９Ｅ５８ＲＤ２的四个外部中断口相连。当 电平，从对应的中断子程序可以求得这一路超声波的往返时间，从而可以求得这 一路超声波传感器和障碍物之间的距离。对四路超声波电路的测距值进行比较， 取最小值在ＬＣＤ上进行显示，同时可以通过判断是哪一路超声波传感器测得的 距离最短，来确定障碍物的大致方位，并通过ＬＣＤ实时显示出来。 某一路超声波传感器接收到超声波回波信号后，对应的ＬＭｌ ８ １ ２的１ ４脚变为低

４．２．５升压脉冲变压器的设计 ＬＭｌ ８１ ２的６、１ ３脚之间一般需要接脉冲变压器，脉冲变压器的主要作用是 升高脉冲电压和使振荡器的输出阻抗与负载阻抗匹配，通过匹配变压器向超声波 传感器输出额定的电功率，把超声波传感器的阻抗变换成最佳负载。脉冲变压器 实质上也是一种小型变压器，其结构是一个较小的铁心，相互绝缘的两组或较多 组的线圈组成。脉冲变压器是电子变压器的一种特殊类型，它所变换的不是Ｊ下弦 电压，也不是交流方波，而是接近矩形的单极性脉冲。根据不同需要，大多数的 脉冲变压器铁磁材料采用普通硅钢片即能满足要求；只有当脉冲宽度小，要求脉 冲电压前沿较陡时，可采用铁氧体磁芯【４１１。 因为环形磁芯具有通频带宽，分布参数小等优点【４２１，所以本系统中的脉冲 变压器采用环形磁芯。磁芯的材料有软磁铁氧体、铁粉体、铁硅铝和高磁导坡莫 合金等，本系统中的脉冲变压器采用软磁铁氧体磁芯来绕制。６、１３脚之间所接 变压器线圈的匝数比是根据ＴＣＦ４０．２５ＴＲｌ型收发一体式超声波传感器的阻抗来确定的。若已知负载阻抗，则可根据图４．２．４中的变压器匝数比和负载阻抗的关 系来确定升压脉冲变压器的匝数比。表４．２．２为部分匝数比的变压器对应的发射 电压值。当发射电压值最大时，可认为已达到阻抗匹配。 表４．２．２部分匝数比的变压器对应的发射电压值 匝数ＬＢ（Ｎｓ／ＮＰ） “Ｗ ３ ０ 发射电压值（Ｖ） １２３．２

３ ０ ３ Ｏ

１２５．５ １３４．８ １５７．６ １３３．２ ３ ０ ３ Ｏ ２ ８ ３ ２ ３ ６ ４ Ｏ

１２０．０ ｌｌＯ．７ ８９．０ ６７．５ ４１．０

实验表明，变压器线圈的匝数比大约为４：１时可实现与超声波发送器阻抗 相匹配，这时得到的发射功率最大。 ４．３温度补偿电路 温度补偿电路采用了美国ＤＡＬＬＡＳ半导体公司的ＤＳ １ ８８２０单总线型数字温 度传感器【４３１。单总线即只用一根信号线来传输数据，而且数据传输是双向的， 单总线具有“线与”功能，连接方便，便于扩展。ＤＳｌ ８８２０集温度测量、Ａ／Ｄ转换 于一体，具有体积小、动态范围宽、测量精度高等优点。

４．３．１ ＤＳ １ ８ Ｂ２ ０简介 ＤＳｌ８８２０是美国ＤＡＬＬＡＳ半导体公司继ＤＳｌ ８２０之后推出的一种改进型智 能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可以分别 在９３．７５ｍｓ和７５０ｍｓ内完成９位和１ ２位的数字量。从ＤＳ １ ８８２０读出信息或向 ＤＳｌ ８８２０写入信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数 据总线，总线本身也可以向所挂接的ＤＳｌ ８８２０供电，而无需额外电源。因而， 使用ＤＳ ｌ ８８２０可使系统结构更趋简单，可靠性更高。ＤＳ ｌ ８８２０的性能特点【４４】 可以归纳如下： （１）独特的单线接１５１，仅需要一个端口引脚进行通信； （２）多个ＤＳｌ ８８２０可以并联在唯一的３线上，实现多点组网功能； （３）可通过数据线供电，电压范围为３．０～５．５Ｖ； （４）零待机功耗； （５）测温范围为．５５一１２５℃，分辨率最大可达０．０６２５℃； （６）温度以９～ｌ ２位数字量读出； （７）用户可定义的非易失性温度报警设置； （８）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件； （９）负电压特性，电源极性接反时，不会因发热而烧毁，只是不能正常工作。 ４．３．２ＤＳ １ ８８２

０的外形及引脚定义 ＤＳ１８８２０采用３脚ＰＲ３５封装或８脚ＳＯＩＣ封装，如图４．３．１所示。图中：１

脚为ＧＮＤ（接地端）；２脚位ＤＱ（数据信号端）；３脚为ＶＣＣ（电源端）。３ｌ

圜９。一

ＧＮＤ∞ⅧＤ

ｃ＿Ａｍ ＿１ ：ＨｆⅫ＊Ｋ＃ｈ ！ＨⅫ№Ｍ

㈣８＿ｓｏｌｃＨ＃

幽４ 幽４

３１ ＤＳｌ

８８２０的引脚定义

３ ２ ＤＳｌ ８８２０内部结构凹

４．３．３ＤＳｌ ８８２０的内部结构 数字温度传感器ＤＳｌ ８８２０内部结构如图４ ３．２所示，它主要由四部分组成：６４位光刻ＲＯＭ、温度灵敏组件、非易失性温度报警触发器ＴＨ和ＴＬ、配置寄存 器ｌ”Ｉ。 ＲＯＭ中的６４位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ＤＳＩ ８８２０的 地址序列码，每个ＤＳｌ８８２０的６４位序列号均不相同。６４位ＲＯＭ从高位到低位 依次由８位ＣＲＣ、４８位列号和８位家族代码（２８Ｈ）组成。这也是多个ＤＳｌ 可以采用连接到一个口线上进行多点测温的原因。 ＤＳｌ８８２０温度传感器的内部存储器包括个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性 的可电擦除的Ｅ２ＰＲＯＭ。高速暂存ＲＡＭ包含８字节存储器．其３ ３ 结构如图４ 所示。前两个字节包含测得的温度信息。第３和第４字节是ＴＨ和ＴＬ的拷贝， 是易失的，每次上电复位时被刷新。第５字节为配置寄存器，它的内容用于确定 温度值的数字转换分辨率。 温度ＬＳＢ 温度ＭＳＢ Ｉ字节 ２字节 ３字节 ４字节 ５字节 ６字节 ７字节 ８字竹 ＣＲＣ ８８２０ ＴＨ用户字节Ｉ ＴＬ月；｜户字节２ 配置寄存器 保留 保留 保留

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