以往的倒车雷达设计使用的元器件较多，功能也较简单。本文介绍的基于新型高性能超低功耗单片机MSP430F2274的倒车雷达可以弥补以往产品的不足。

　　系统总体设计

　　系统采用超声波测距原理。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理器三部分组成。工作时，超声波发射器发出超声波脉冲，超声波接收器接收 遇到障碍物反射回来的反射波，准确测量超声波从发射到遇到障碍物反射返回的时间，根据超声波的传播速度，可以计算出障碍物距离。作为一种非接触式的检测方 式，超声波具有空气传播衰减小、反射能力和穿透性强的特点。超声波测距具有在近距离范围内有不受光线和雨雪雾的影响、结构简单、制作方便和成本低等优点。 高性能的单片机结合超声波测距，可以实现功能强大、使用方便的倒车雷达。TI公司的16位单片机MSP430F2274功耗极低，片上资源丰富，同时利用 JTAG接口技术，可以对片上闪存方便的编程，便于软件的升级，非常适合作为倒车雷达系统的微控制器。倒车雷达系统的框图如图1所示。

图1 倒车雷达系统框图

　　硬件系统设计

　　系统以MSP430F2274微控制器为核心，外围电路由超声波发射电路、超声波接收电路、声光报警电路、通信接口电路、键盘液晶显示电路五部分组成，下面逐一介绍。

图2 倒车雷达系统主控电路图

　　系统的主控电路图如图2所示。本系统中选用的MSP430F2274片内有32Kb闪存和1Kb RAM，因此无须外扩存储器。外接的32.768kHz晶振作为CPU关闭状态Basic-Timer的时钟源，同时也作为系统的车载时钟使用。

　　超声波发送模块电路如图3所示，由超声波产生和发射两部分组成。超声波的产生方法有两种：硬件发生法和软件发生法。常用的硬件发生法常采用如下 方案：超声波由CD4011构成的振荡器振荡产生，经升压变换推动超声波换能器而发射出去，振荡器的起振和停振由单片机来控制。本设计采用软件发生法，因 为通过软件发生法既可以减少硬件的复杂程度，降低系统的成本，又具有灵活性强、容易实现、稳定性好的优点。本系统利用MSP430F2274单片机的定时 器功能来产生稳定的PWM（40Hz）脉冲波，并通过I/O端口P2.3输出到超声波发射部分。在超声波发射电路中CD4049一共包括了6个非门，图3 中线路仅使用了3个，为了防止干扰或被静电击穿导致整个CD4049损坏，把没有使用的那一侧的3个非门串起来做接地处理。当控制端输出一系列固定频率脉 冲时，在压电陶瓷型超声波发射换能器UCM-40-T上就固定频率的加正电压和反电压，发出大功率的超声波，所得到的波形比其他方式效果更理想。

图3 倒车雷达超声波发送模块

　　超声波接收电路如图4所示。这是本系统设计和调试的一个难点。压电陶瓷型超声波接收器 UCM-40-R 接收反射的超声波转换为40kHz毫伏级的电压信号，需要经过放大、处理、才能用于触发单片机中断。一方面传感器输出信号微弱，由于反射条件不同，需要放 大倍数的范围大约是100～5000，另一方面传感器输出阻抗较大，需要高输入阻抗的多级放大电路，而高输入阻抗容易接收干扰信号。通常采用两种方案：一 是采用运算放大器组成多级选频放大电路；二是采用专用的集成前置放大器。{dy}种方案容易产生自激振荡，要使接收电路达到很好灵敏度和抗干扰效果，电路的调 试是较困难的。本系统采用专用的集成电路前置放大器 CX20106，它由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。其中前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器 接收较远反射信号输出微弱电压时放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载。调节芯片引脚5的外接电阻R3，将它的滤波器的中心频率设置在 40kHz，达到了很好的效果。当接收到与滤波器中心频率相符的信号时，其输出引脚7输出一个低电平，而输出引脚7直接接到MSP430F2274的 P2.2上，以触发中断。

图4 倒车雷达超声波接收模块

图5 倒车雷达声光报警电路图

　　报警模块采用简单的声光报警电路，如图5所示。先设定一个临界值，当车尾与障碍物的距离小于设定的最小距离时，红色指示灯闪亮，绿色指示灯熄灭。单片机向其端口发出PWM脉冲，随着距离的减小，通过控制PWM脉冲的占空比使闪光和蜂鸣的频率加剧，以此来提示驾驶员。

图6 倒车雷达通信接口电路图

　　通信接口电路如图6所示。采用美信的MAX3232芯片，外围电路非常简单，只需要5个0.1μF的电容器。该电路把单片机串口输出信号隔离变换成 RS-232信号发送到汽车总线上，同时还可以实现该系统与计算机的通信。

图7 倒车雷达键盘显示电路图

键盘和显示电路如图7所示，由键盘和液晶显示两部分组成。其中键盘采用独立式按键，有3个按键，一个设置键、一个上翻键、一个下翻键。 可以进行报警值、工作方式、时钟等各个参数的设置。液晶显示电路采用ZJM12864BSBD这款低功耗的点阵图形式LCD，显示格式为128点（列）× 64点（行），具有多功能指令，容易使用，可实时的显示时钟、距离和报警提示信息，方便直观。

　　系统软件设计

　　软件采用模块化设计，程序由主程序、测距子程序和键盘显示子程序、时钟显示子程序等多个模块组成，调试过程中对其中每个功能模块和子程序逐一调试，在每个子程序都完成指定的功能后，再进行综合调试。系统的软件流程如图8所示。

图8 系统软件流程图

　　超声波发射电路发出超声波的同时计数器开始计数，当遇到障碍物反馈信号到超声波接收器接收，经CX20106接收电路处理后，产生一个低脉冲， 该信号传送给单片机产生中断，调用测距子程序，计算出测量距离，调用显示子程序，根据不同的测量数值在液晶上显示距离和报警。当距离大于2m，显示“安 全”和测量距离，继续测量；当距离小于1m时，显示“危险”和测量距离，由P1.2位驱动蜂鸣器报警；当距离小于2m且大于1m时，显示“注意”和测量距 离。为增强抗干扰能力，系统连续发射超声波测量三次，从中剔除{zd0}最小值，取中间值计算出xx的距离。这样每秒可测约三个数据，仍然可以满足实时性要求。

　　结语

　　该倒车雷达采用了高性能的MSP430F2274单片机，并充分利用了其片上资源使得系统功能丰富，使用的外围芯片减少，系统可靠性得到提高。 该倒车雷达应用于汽车中，当驾驶员倒车时，从液晶显示屏上一目了然便知道障碍物离车的距离，克服了后视镜小，视野窄的缺点，xx了倒车造成的事故隐患。