汽車倒車防撞報警器的設計

隋美麗，龍建，楊立平，張瑩

（北京電子科技職業學院汽車工程學院，北京 100176）

前言

通過以SPCE061A芯片為核心的汽車倒車防撞報警器系統設計與實現，硬件設計主要包括超聲波測距原理及其模組電路、61單片機其編程環境。

1 硬件系統設計

汽車倒車防撞報警器系統使用61單片機，用于控制和處理超聲波模組發射和接受的信號，外接LED顯示模塊。

2 超聲波測距模組

超聲波測距模組采用的是脈沖測量法。為了保證測量的可靠，檢測回波信號時，采用SPCE061A的外部中斷對回波的上升沿進行檢測，而且利用定時器B進行計時。

2.1 超聲波測距模組電路

超聲波測距模組電路主要由超聲波諧振頻率調理電路、超聲波回波接收處理電路、電源接口電路、測距模式選擇跳線電路、模組接口電路五部分組成。超聲波測距模組可用于測量兩個不同量程的障礙物距離（精度為 0.01米）：短測量距離為0.2-1米；長測量距離為0.7-4米。

2.1.1 超聲波諧振頻率調理電路

超聲波諧振頻率調理電路如圖 1所示。單片機產生40KHz的方波，并通過模組接口（J4）送到模組的CD4049，-CD4049則對40KHz頻率信號進行調理，以使超聲波傳感器產生諧振[1][2][3]。

圖1 超聲波諧振頻率調理電路

2.1.2 超聲波回波接收處理電路

超聲波回波接收處理電路如圖2所示。超聲波接收處理部分電路前級采用NE5532構成10000倍放大器，對接收信號進行放大；后級采用LM311比較器對接收信號進行調整，比較電壓為LM311的3管腳的輸入，可由J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測距模式。

圖2 超聲波回波接收處理電路

2.1.3 電源接口電路

電源接口電路如圖3所示。J3為外部電源接口，最高電壓不要超過12V，J2為電源選擇跳線，VCC_5即為由61單片機通過10PIN排線引入模組的電源；VCC即為模組的放大器、調理電路的供電電源。當用戶使用61單片機為其供電時，要把VCC與VCC_5V短接；而使用外部電源時，要把VCC與VCC_IN短接。

圖3 電源接口電路

2.1.4 測距模式選擇跳線電路

測距模式選擇跳線電路。模組提供了測距模式選擇跳線J1，可以選擇短距測量模式、長距測量模式。跳線選擇LOW時為短距測量模式，選擇HIG時為長距測量模式[4]。

2.1.5 模組接口電路

模組接口電路用戶只需要把模組電源輸入跳線J2、測量模式選擇跳線J1設置好后，用排線把J5與61單片機的IOB口低八位相接，J4與IOB口高八位相接即可使用了。

3 單片機系統

3.1 61單片機系統簡介

61單片機由最小系統、電源模塊、放音模塊、下載模塊、復位模塊和端口模塊組成。最小系統包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊。SPCE061A芯片是整塊61板的大腦，所有控制信息都是從這里發出的，外圍基本模塊則協助SPCE061A芯片控制單片機正常工作；電源模塊為4.5V，電源模塊為整個系統提供電源；放音模塊里麥克風用來進行語音輸入的，還有一個喇叭接口用來進行語音播放；下載模塊：程序通過下載模塊接口下載到61單片機；同時在線調試時能上傳一些硬件信息到開發環境中；使用鍵控模塊可以編寫內含鍵盤判斷的程序；當按下復位模塊按鍵后，單片機就重新開始工作；端口模塊對外掛硬件的控制或者獲取外部硬件的一些狀態便于單片機來進行處理[5]。

61單片機最小系統電路包括SPCE061A芯片及其外圍基本模塊，外圍基本模塊有：晶振輸入模塊（OSC）、鎖相環外圍電路（PLL）、復位電路（RESET）、指示燈（LED）等[6][7]。

電源模塊電路如圖4所示。61單片機的內核供電為3.3V，而I/O端口可接3.3V也可以接5V，所以在電源模塊（61板上）中有一個端口電平選擇跳線，如圖中的J5，但是為了本系統可以可靠的工作，需要給61板外接5V的電源，并將61板的端口電平選擇為5V，即J5用跳線帽將V5和VDDH短接。

圖4 電源模塊電路

放音模塊電路如圖5所示。放音模塊利用的是SPCE061A內部的DAC，其中SPY0030僅需2.4V 即可工作，其輸出功率約為700mW。

圖5 放音模塊電路

3.2 61單片機編程環境和語言特點

61單片機的開發環境叫做集成開發環境（也稱 IDE），它集程序的編輯、編譯、鏈接、調試和仿真等功能為一體。IDE具有友好的交互界面、下拉菜單、快捷鍵和快速訪問命令列表等，使程序設計工作更加方便、高效。

4 防撞報警器測試

主要對超聲波測距模組與61單片機的連接與調試、LED顯示模塊與 61單片機的連接與調試和汽車倒車防撞報警器的連接與調試。

超聲波測距模組與 61單片機的連接包括超聲波測距模組、61單片機、喇叭和電池盒四個部分。

在連接超聲波測距模組和 61單片機時需把模組的電源輸入跳線設為61單片機輸入，再把61單片機電源輸入跳線設為5V端、下載線選擇跳線設為“1、2”、音頻跳線選為DAC端，然后用排線把J5與61單片機的IOB口低八位（J6）相接，J4與61單片機的IOB口高八位（J7）相接。

LED顯示模塊使用兩個LED數碼管顯示測量結果。顯示精度為1厘米。當所測距離小于100厘米時顯示后兩位數字；大于等于100厘米時，顯示前兩位數字。

將超聲波測距模組和LED數碼顯示模塊與61板相連，即組成汽車倒車防撞報警器，可用于分別測量地面與墻面兩種障礙物，測試結果結果表明，實際障礙物距離相同而障礙物不同，所測得的結果不同，誤差大小由障礙物反射率決定的，反射率越好，誤差越小；實際障礙物距離不同而障礙物相同，所測得的結果也不同，所測距離越大誤差越大。

5 結論

本文詳細介紹了汽車倒車防撞報警器的硬件系統設計、連接與調試過程。文中所設計的汽車倒車防撞報警器使用超聲波傳感器收發超聲波信號；使用61單片機產生40KHz脈沖波形并對回波信號進行處理，具有如下功能：

1）可以探測到兩個不同量程范圍內的障礙物：短探測距離為0.2-1米；長探測距離為0.7-4米。

2）具有語音報警功能，可以語音播報所測得的障礙物距離。

3）具有LED顯示功能，可以輔助顯示所測得的障礙物距離（當所測距離小于100厘米時顯示后兩位數字；當所測距離大于等于100厘米時，顯示前兩位數字）。