基于MSP430单片机的超声波倒车雷达监测报警系统设计

前言

据初步调查统计，75％的汽车交通事故是由汽车倒车“后视”小良造成的。因此，许多非职业汽车驾驶员很希望能有一种汽车倒车报警器，在倒车时不断测量汽车尾部与其后面障碍物的距离，并随时显示其距离，在不同的距离范围内发出不同的报警信号，以提高汽车倒车时的安伞性。增强汽车的后视能力，尤其是增强大型、重型车辆的后视能力，对于提高行车安全，减轻司机的劳动强度和心理压力，是十分重要的。

目前，国内外都在研究如何利用先进的技术，即汽车避撞技术，辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路环境进行实时监控，在危急情况下由系统主动干涉驾驶操纵、辅助驾驶者进行麻急处理、防I卜汽车碰撞事故的发生。随着人们对汽车驾驶辅助系统易用性要求的提高，以及单片机价格小断下降和汽车电子系统网络化发展的要求，新型的倒车雷达都是以单片机为核心的智能测距传感系统。本文介绍了一种基于MSP430单片机的超声波倒车雷达监测报警系统。

1 系统测距原理

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在窄气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，超声波在空气中传播的速度为340m／S，根据计时时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S，即

S=340×t／2 （1）

这就是时间差测距法。本系统就是利用单片机控制超声波发射器发射超卢波脉冲，同时利用单片机中的计数器开始计时。超声波达到后面的障碍物就会反射回来，接收装氍接收到回波信号后由外部比较电路产生高电平使单片机产生外部中断。单片机运行中断服务子程序（ISR）计算出距离，并传送给LCD显示给司机，同时程序内还有比较模块，若车距小于5 m，则显示所测量的距离的同时单片机输出一个高电平使蜂鸣器报警，若车距大于5m，则显示U。U，蜂鸣器不报警，这样以声光两种方式可靠地向司机给出报警信息，来保证倒车或行车的安全。

2 系统硬件设计

2．1 主控制器选择及硬件组成

与常用的5 1系列单片机相比，MSP430系列单片机强大、功耗低、集成度高，其主要缺点是价格略高。为得到合适的性价比，选择TI公司早期生产的MSP430F101，这种型号的单片机价格较低，功能虽然并不强大，但足110以满足本系统要求。F 1的不足之处主要在于没有液晶162驱动，选择价格合理的液晶最示驱动芯片HT 1便可解决这一问题。

系统硬件电路以MPS430F1101单片机为核心，所示，其主要由超声波发射电路、超声波接收电路、电源电路与报警电路等组成。

图1 系统硬件组成框图

2．2 超声波发射信号

超声波发射硬件电路框图如图2所示，单稳触发器接收来自押S430F1101的P1．3端口输出的40ms触发器的电压提升和脉宽控制输出频率不变、高电平宽度为160us的方波，方波周期为40m s。此脉冲信号作为555振荡器的置位脉冲。在置位期问，555定时产生40的振荡信号，由超声波发射头T40K 1将电信号转化成超声波发射出去。超声发射器便发射出脉冲数为7个的脉冲串（1／40kHz=O．25ms），超声波发射器的声波传物，再由反射物反射到接收器，传播距离为2倍测量距离，由式（1）可知。

图2 超声波发射硬件电路

2．3 超声波接收电路

超声波接收电路如图3所示，超声波接收UCM—R40接收到的回波信号转换成电压信号，经过两级放大及电压整形电路，整形后的直流电压并不平滑，需要再加一个电容C5滤波，滤波后的电压范围基本稳定，用这个电1压驱动光电耦合器件SFH65A-1的发光二极管，这时光敏三极管导通，经过一个反相器输出电平信号，再经过一个反相器使电平信号基本稳定。电平信号直接输入单片机的外部中断入口，该高电平作为MSP430的外部中断的中断信号使单片机产生中断，在中断服务程序中停止计数器的计时，并计算出有关数据。

图3 超声波接收电路

2．4 显示电路与报警提示设计

本系统要求两位被测距离显示和两种不同距离值的警报提示信息。而LED显示电路需要多个口线支持，所以选择既能节省口线，又价格适中的液晶显示驱动器HT1621，该芯片同时提供2kHz和4kHz的两种音频格出，符合系统技术要求。显示驱动电路如图4所示。

在外接32．768kHz的晶振频率下，只需要选接HT1621的片选CS信号线（低电平有效）、写允许WR信号线（低电有效）和串行数据输入线DATA三根引线即可完成片选。LCD显示器共有l0个电极，其中背电极2个、段电极8个，它们分别与HTl621的COM0～COMl及SEG0～SEG7相连。由于显示RAM中的每一位均与一个显示段相对应，仅需按照命令格式，依次向显示RAM中写入决定显示段的段码，即可实现LCD显示驱动。HT1621工作电压选择和单片机一致的2．5V经过汽车电瓶电压12V经过GM6639降压得到。

图4 HTl621与单片机接线图

1将 图4 HTl621与单片机接线图

由于HTl621芯片提供了两种音频输出BZ和BZ（有效），在两个音频输出并接在一个或门电路上由程序控制在不同的距离范围内选通不同的音频输出，这样可根据不同的距离发出不同的报警提示。

2．5 系统主程序设计

超卢波倒车雷达监测报警系统测距系统软件主要完成三个任务：

（1）Timer—A发送定时40ms的脉冲波，并在每一个脉冲发射的同时启动计数器，给比较单元CCRO赋初值；

（2）当有外部中断时，进入中断服务予程序，如果此中断到来之前计数器无溢出，则停止计算，进入数据处理单元。如果中断到来前计数器有溢出则进入出错管理，屏蔽一个中断源，累计测量次数自加一；

（3）用单片机控制液晶驱动HT162l，计算得到的距离值，通过串行传输方式送给显示芯片，并比较其大小，当距离在小于0．5m时选通BZ（4knz音频输出）离小于2m时选通BZ（2kHz音频输出）。

3 总结

系统利用超声波在空气中的可传播性，在将时间和速度相乘即得距离的原理，设计了一个基于MSP430的超声波倒车雷达监测报警系统，用于实时测得汽车尾部与障碍物的距离，通过LCD显示距离值，将距离值提供给司机，该系统最大测量距离是6．5m，精确度是I5cm，它具有成本低、非接触、速度快、精度高、可靠性强、适应性好、操作方便，有着广泛的应用前景。