汽车倒车雷达设计 - 图文(3)

四川师范大学成都学院专科毕业设计

件的理由，以及元器件性能的对比。

1．超声波发射模块元器件选择

本模块选用硬件驱动超声波发送器，通过LC震荡电路(其中L=6.8mH，C=2200pF)产生40KHz（计算值为41.17KHz）的共振信号驱动超声波发射探头发射超声波信号。通过单片机引脚控制TLP521光电耦合开关控制超声波的发射。由于用光电耦合开关反应速度快，有隔离效果，所以本模块中用TLP521光电耦合开关。TP521模块如如图7所示。

R2VCC1KQ121CON2R15K8550OPTOISO1U1J1 图7 TLP521模块

2．超声波接收模块器件选择

在超声波接收器件的选择上，选择了LM567的通用音调译码器。输入信号在通带内控制饱和晶体管的对地开关，其电路由I与Q检波器构成，其中电压控制振荡器确定译码器的中心频率。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。LM567主要用于振荡、调制、解调、和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。

其性能指标有如下特点：

★ 外接电阻为20：1的频率范围 ★ 逻辑兼容输出具有吸收100mA电流能力 ★ 拥有宽信号输出与噪声的高抑制的能力 ★ 对假信号抗干扰的能力 ★ 高稳定的中心频率

★ 中心频率调节从0.01Hz到500kHz ★ 电源电压5V--15V，推荐使用8V

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三、系统硬件设计

倒车雷达系统主要有主控制部分和探头两部分组成。主控制电路包括发射电路、接收电路、计数显示电路和声光报警电路四部分组成。单片机采用AT89C51芯片，使用 12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，从而减小测量误差。单片机用P1.0端口控制发射和停止输出超声波换能器所需的40KHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的3位共阴LED数码管，段码用ZLG7289芯片来驱动。而声光报警电路则直接由两个发光二极管和一个外置喇叭组成。 （一）超声波发射模块

超声波发送模块包括超声波产生电路和超声波发射控制电路两个部分，超声波探头（又称“超声波换能器”）选用压电式，可采用软件发生法和硬件发生法产生超声波。前者利用软件产生40KHz的超声波信号，通过输出引脚输入至驱动器，经驱动器驱动后推动探头产生超声波。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好，但需要设计一个驱动电流在100mA以上的驱动电路。第二种方法是利用超声波专用发生电路或通用发生电路产生超声波信号，并直接驱动换能器产生超声波。这种方法的优点是无须驱动电路，实现简单，但缺乏灵活性。本设计采用第二种方法产生超声波发射信号。40KHz的超声波是利用LC震荡电路振荡产生的。超声波发射模块电路如图8所示。

其振荡频率计算式如公式2所示，其中L=6.8mH，C=2200pF，计算结果约等于40KHz：

f?

U1R2OPTOISO11KQ121CON2R15K8550+9V12?LC (公式2)

VCCQ29013J1R310K+C1100uFR45.1KL16.8mHC22200PMK1Q49013SENDD11N4148Q39013 图8 超声波发射模块电路

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（二）超声波接收模块

超声波接收模块包括超声波接收探头、信号放大电路及波形变换电路三部分。超声波探头必须采用与发射探头对应的型号，关键是频率要一致，本设计采用发生端同型号的压电式超声波传感器，否则将因无法产生共振而影响接收效果，甚至无法接收。由于经探头变换后的正弦波电信号非常弱，因此必须经放大电路放大。由于是倒车雷达系统所测距离在两米左右所以采用两级放大，用LF353实现。第一级放大100倍，第二级放大50倍，总计放大5000倍，这样不仅放大的增益足够大，可以适合小信号的需求，而且信号增益也能够变化，适应信号变化范围大的需求。放大后的交流信号经LM567锁相环锁定后向CPU发中断申请。在中断服务程序中，读取时间计数器的计数值，并通过计算算出雷达与障碍物的距离。

接收探头将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器两极放大后加至LM567。LM567是带有锁相环的音频译码集成块，LM567内部的压控振荡器的中心频率

1，接收电路如图9所示。电容C7决定其锁定带宽。调节R10在发射的载频1.1RC上，则LM567输入信号大于25mV，输出端8脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信f0?号，送至单片机处理。

VCCR6100K+9V8R8100K+9VC52.2u120.130.1LM3534+8+R910KJ3Q5123vccLM56787658765R1010K0.0112CON2C7MK2R51KU2A213LM3534C3R71KU2B675C4C6RECIEVE0.1VCC4-9V-9V 图9 超声波接收模块电路图

选频放大电路的作用是仅允许一定频率的信号通过并放大，而其他频率的信号将被阻断或衰减。只要把选频放大电路工作的中心频率设定为40 KHz，就可以把其他频率的干扰信号清除或衰减，同时把40 KHz的回波信号进行放大。 （三）声光报警模块设计

在此设计中，声光报警模块虽然结构简单，但是却占有十分重要的比重。若在超声波接收装置能正常接收到超声波时，绿色发光二极管点亮，表示距离安全；若无法接收

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到超声波信号时，则中央控制芯片给与红色发光二极管一个低电平的电信号，使其点亮。其闪烁频率受距离控制，车辆与障碍物之间的距离越近，则闪烁越快。与此同时，外置喇叭也发出预设的BEEP警报声用以提示用户。如图10为光电报警电路简易原理图，图11为声音报警电路简易电路图。

图10 光电报警电路简易原理图

图11 声音报警电路简易电路图

（四）单片机最小系统

本设计主要运用带有ZLG7289的周立功最小系统来控制超声波的发送、接收，以及声光报警系统和距离提示。本最小系统中包括了声光报警和键盘控制等功能。如图12所示为单片机最小系统原理图。

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四川师范大学成都学院专科毕业设计 J2CON8J4CON1VCCU187654321J6CON81CON1P1.012345678/KEY13INT0121514VCCY212MC522P31191891716C6vcc10uF10KR5100KR6100KR7100KR8100KR16100KR17100KR18100KR19100KR4P10P11P12P13P14P15P16P17INT1/P33INT0/P32T1/P35T0/P34EA/VPX1X2RESETRD/P37WR/P36RXD/P30TXD/P31ALE/PPSEN1011302989C51P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P2739383736353433322122232425262728VCC10910112345678J17610109761010976GREENREDbeepggndfggndfggndfababegdndegdndegdndC2100nFVCC123456789/KEY1011121314J9RTCCVCCNCGNDNC/CSCLKDIO/KEYSGSFSESDSCZLG7289/RSTRC

最小系统中通过ZLG7289来驱动2个共阴极数码管显示所测的距离，通过单片机AT89C51的P0.4与P0.5来控制LED发光二极管的亮灭，控制P0.6脚的电平高低来控制蜂鸣器的鸣叫。键盘通过外部中断1来控制整个倒车雷达系统的工作。

四、系统软件设计

（一）软件设计模块化

本系统的设计要求是利用超声波测距原理设计一个车用的倒车雷达。要求通过设计能够测出并显示车与障碍物之间的距离，并能在距离小于一定的值的时候根据设定的值进行声光报警。若整个系统按照功能分类，可以分为：超声波控制模块、LED显示模块、声光报警模块、键盘控制模块、键盘扫描模块和中央控制运算模块这六大部分。在下面部分将简单介绍各个功能模块的作用。如图13所示为系统模块框图。

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