详解汽车倒车雷达的电路设计—电路图天天读（291）

　　倒车雷达的工作原理

　　PDC系统的工作原理就是通常是在车的后保险杠或前后保险杠设置雷达侦测器， 用以侦测前后方的障碍物，帮助驾驶员“看到”前后方的障碍物，或停车时与它车的距离，此装置除了方便停车外更可以保护车身不受刮蹭。

　　PDC是以超音波感应器来侦测出离车最近的障碍物距离， 并发出警笛声来警告驾驶者。而警笛声音的控制通常分为两个阶段，当车辆的距离达到某一开始侦测的距离时，警笛声音开始以某一高频的警笛声鸣叫， 而当车行至更近的某一距离时，则警笛声改以连续的警笛声，来告知驾驶者。PDC的优点在于驾驶员可以用听觉获得有关障碍物的信息，或它车的距璃。PDC系统主要是协助停车的， 所以当达到或超过某一车速时系统功能将会关闭。

　　系统硬件电路设计

　　系统结构

　　系统框图如图1所示。该系统由单片机控制电路、超声波发射与接收电路、温度补偿电路、LCD显示电路以及语音报警电路等几部分组成。单片机AT89C51 是整个系统的核心部件，协调各部分电路的工作。单片机在超声波信号发射的同时开始计时，超声波信号在空气中传播遇到障碍物后发生反射，反射的回波信号经过处理后输入到单片机的INTO端产生中断，计数器停止计数。通过计数器测得的脉冲数可得到超声波信号往返所需要的时间，从而达到测距的目的。超声波探头选用TCF40-25TR1型收发一体式超声波传感器，谐振频率为40 kHz；超声发射与接收电路采用LM1812专业集成电路，不仅外围元件较少，电路简单，而且有更好的稳定性及可靠性；温度补偿电路采用一线制数字温度传感器DS18B20，利用声速和温度之间的关系对声速进行校正，从而消除温度对声速的影响；语音报警电路采用ISD4004，可实现汽车倒车过程中的语音报警。

　　单片机控制电路

　　系统控制部分的核心是ATMEL公司生产的AT89C51。AT89C51采用40引脚的双列直插式封装（DIP）形式，内部由CPU，4 KB的ROM，256 B的RAM，2个16位的定时／计数器T0和T1，4个8位的I／O端口和一个全双工串行通信口等部分组成。AT89C51单片机具有系统结构简单，成本低，可靠性高，低功耗等特点。特别是内部集成了4 KB的FLASH程序存储器，使单片机系统的结构更加简单，也使其得到了广泛的应用。同时，它还具有高级语言编程的特点，指令丰富，软件开发简单。 AT89C51单片机是整个系统的核心部件，其作用是控制超声波专用集成芯片LM1812的发射和接收，对计时器的计数结果进行数据处理后送入LCD显示以及控制语音报警电路工作。

　　超声波发射和接收电路

　　本系统采用超声波专用集成电路LM1812作为超声波发射和接收电路的主控芯片。LM1812是一种通用型超声波收发器，主要用在各种各样的测距、定向和通信中。芯片包括一个脉冲调制C类发射器，一个高增益接收器，一个脉冲调制检测器及噪音抑制电路。LM1812第1脚外接L1，C1决定了电路发送或接收的工作频率，其工作频率为：

　　改变电感L1，电容C1的值可以改变振荡频率（本系统中f0为40 kHz），最高可达325 kHz。

　　超声波发射和接收电路如图2所示。当LM1812的8脚为高电平时，LM1812处于发射模式；当8脚为低电平时，LM1812处于接收模式。值得注意的是，单片机到LM1812的连接要进行5～12 V的电平转换。当LM1812处于发射模式时，L1，C1振荡槽路被切换为振荡模式，振荡信号经驱动放大后，由13脚及6脚输出。6，13脚之间所接变压器线圈的匝数比是根据TCF40-25TR1型收发一体式超声波传感器的阻抗来确定的。实验证明，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。超声波接收器接收到的超声波信号经电容耦合由4脚输入，再经内部两级放大后同由1脚的谐振回路取出的信号一起送到检测器。当检测到超声波回波信号时，LM1812的14脚（与单片机的INT0端相连）变为低电平，使单片机的T0计数器停止计数。

　　温度补偿电路

　　温度补偿电路采用了美国DALLAS半导体公司的DS18B20单总线型数字温度传感器。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。DS18B20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。DS18B20和单片机接口电路如图3所示。

　　DS18B20采用单总线方式和AT89C51单片机相连，即DS18B20的1脚接地，3脚接地，2脚接至AT89C51的P11引脚，同时将P11引脚采用一只4．7 kΩ的电阻上拉至VCC。测得的温度值以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1，2字节，单片机通过单总线接口读到该数据后，即可通过计算得到实时环境温度值。

　　LCD显示电路

　　本系统显示电路采用金鹏电子的OCMJ12232C_3液晶显示模块，此液晶模块内含字库，能非常方便地显示汉字。OCMJ12232C_3液晶和单片机 AT89C51的接口电路如图3所示，其中OCMJ12232C_3液晶的15脚接地，即采用串口通信方式。显示内容包括倒车距离和车外温度两部分，分两行显示：第一行显示倒车距离，第二行显示车外温度。倒车距离以cm为单位，精确到0．1 cm；温度以℃为单位，精确到O．1℃。

　　语音报警电路

　　本系统的语音报警电路采用ISD4004语音芯片。ISD4004与单片机接口电路如图3所示。从图中可以看出，ISD4004和单片机AT89C51之间的连接较少。单片机的P00接ISD4004的片选引脚SS，控制ISD4004是否选通；P0l 接ISD4004的串行输入引脚MOSI，从该引脚读入放音的地址；P02接ISD4004的串行输出引脚MISO；P03接ISD4004的串行时钟引脚SLCK；P04接拨动开关，用于选择录音或者放音；P05接STOP按钮，用来对ISD4004进行复位；P06接AN按钮，按下时ISD4004开始工作；P33（INT1）接ISD4004的中断引脚INT。ISD4004芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUD OUT，该引脚通过一个滤波电容，经功率放大电路LM386后与扬声器连接；MIC接入ISD4004：的录音信号输入端（ANA IN-、ANA IN+）；AMCAP为自动静音端，使用时通过一电容接地。此外，由于ISD4004的工作电压为3 V，而单片机所需供电电压为5 V，因此需要采用LM317变压电路得到3 V电压供ISD4004使用。

　　当倒车距离大于3 m时，语音提示为“倒车安全”；当倒车距离在2～3 m之间时，语音提示为“倒车”；当倒车距离在1～2 m之间时，语音提示为“倒车小心”；当倒车距离在0．5～1 m之间时，语音提示为“倒车危险”；当倒车距离小于0．5 m时，语音提示为“非常危险，紧急停车”。

　　编辑点评：本文设计的倒车雷达系统采用AT89C51作为主控芯片，可以实现实时的超声波测距，并将所测距离在LCD上显示出来。能满足司机在倒车中的需要，可得到广泛的应用。
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