基于LPC2210控制的超声波发射接收实现

　　高速公路上汽车碰撞事故是世界各国最频繁、最危险、损失最大的事故。安全带、安全气囊等属于事故发生后才提供应急保护的被动式防护装置，功能有限，撞车事故仍然造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失。相关数据表明：如果司机能够提早1~2s意识到事故的发生并采取相应的措施，则可避免很多交通事故。因此，研究开发汽车防撞等主动式安全驾驶辅助装置减少司机的负担和判断错误，对于提高交通安全性、降低恶性交通事故发生率及减少生命财产损失等方面将起到重要的作用。

　　本文介绍一种以ARM7系列芯片作为控制核心，关于汽车防撞系统测量距离的硬件和软件设计。测距部分传感器采用了超声波探头，频率为40kHz。

　　LPC2210控制超声波发射和接收电路框图如图1所示。

　　1 超声波发射电路

　　超声波发射电路为超声波传感器提供能量，使压电晶体产生共振发射超声波。常用的发射电路可分为三类：即单脉冲发射电路、方波调制脉冲发射电路和连续波发射电路。本系统中采用发射连续波的方法，即发射20个左右频率为40kHz的连续超声波。

　　LPC2210控制芯片的P0.5与LM555N的4管脚连接在一起，当P0.5为高电平时即555定时器的REST置位，555定时器工作，而当P0.5为低电平时，555定时器停止工作。由P0.5控制555定时器的工作，以控制超声波发射。

　　超声波发射电路如图2所示，主要包括LM555N集成定时器和外围的电阻和电容组成的多谐振荡器。其基本原理：接通电源后，电源经过电阻R0对电容C1充电，其电压由0按指数规律上升。当时，电压比较器C1和C2的输出分别为UC1=0、UC2=1，基本RS触发器被置位0，Q=0，输出U0跳到UOL低电压。与此同时，放电管V导通，电容C1经电阻R2、R3和放电管V放电。随电容放电，UC电压下降到时，电压比较器C1和C2的输出分别为UC1=1、UC2=0，基本RS触发器被置位1，Q=1，输出U0由低电平UOL跳变为高电平，同时放电管V截止，电路又回到电容经过R0的充电过程。如此周而复始，便产生了振荡。其振荡周期为：

　　本系统发射的方波频率为40KHz，即T=25，应用振荡周期公式R0=1.8KΩ，R1=160Ω，R2=510Ω，C0=10nF，代入公式可以得到振荡周期大约为25μs。

　　由于超声波发射器的驱动电压比较高，而超声波传播距离与振幅成正比，为使测距足够远，因此在发射端接CD4049反相器，各反向器并联连接目的是增强传感器的驱动能力。

　　2 超声波接收电路

　　由超声波传感器的工作原理可知，当发射的超声波遇到障碍物时，超声波发生反射，再由超声波接收传感器接收到发射信号，信号的频率为40kHz，由于接收到信号的幅度一般是mv级，所以放大倍数应该在1000以上。放大芯片采用了NE5532P。放大芯片采用高增益放大器NE5532，其单位增益带宽GBW高达10MHz，转换速率SR为9V/us。信号放大电路采用两级放大。在放大滤波电路后加上了电压比较电路，信号调理电路出来的信号最终要送入控制芯片中断，因此必须是一个逻辑信号，把滤波后的电压信号送入电压比较器，通过与门限电平比较，来确定回波的到来与否，信号才能正确采样。超声波接收处理电路如图3所示。