基于LPC2210控制的超声波发射接收实现

基于ＬＰＣ２２１０控制的超声波发射接收实现

柳智鑫１，申玉宏２，王欢３

（１．内蒙古工业大学信息工程学院，内蒙古呼和浩特０１００５１；２．呼伦贝尔学院物理系，内蒙古海拉尔０２１００８；３．北京丰控

恒业科技有限公司，北京１０００７０）

摘要：介绍了以ＡＲＭ７系列ＬＰＣ２２１０为核心芯片的超声波发射接收电路的硬件连接和软件控制程序，并给出了仿真图形。用５５５定时接收部分的硬件电路由放大整形滤波组成。控制部分采用了定时控制和中断处理。软件和硬器构成的多谐振荡电路设计４０ｋＨｚ频率，

件结果采用示波器观测。采用ＡＲＭ系列芯片处理速度快，使系统实时有所提高。关键词：超声波；发射／接收电路；定时；外部中断中图分类号：ＴＢ５５９

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２００８）０３－０１１２－０３

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。超声波探头

超声波发电路

信号处理

图１系统框图

器和外围的电阻和电容组成的多谐振荡器。其基本原理：接通其电压由０按指数电源后，电源经过电阻Ｒ０对电容Ｃ１充电，规律上升。当ＵＣ≥２Ｖｃｃ时，电压比较器Ｃ１和Ｃ２的输出分别

３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ＵＣ≤１Ｖｃｃ时，

３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：

Ｔ＝０．７（Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒ２）Ｃ

ＬＰＣ２２１０微控制器

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

图２超声波发射电路

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２５!ｓ。

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。

收稿日期：２００７－１２－２１

作者简介：柳智鑫（１９８２—），女，内蒙古赤峰人，内蒙古工业大学硕士研究生，研究方向：汽车车载安全系统；申玉宏（１９８１—），男，内蒙古赤峰人，

呼伦贝尔学院物理系，助教，研究方向：通信；王欢（１９８０—），女，内蒙古通辽人，北京丰控恒业科技有限公司，工程技术部硬件工程师。

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《装备制造技术》２００８年第３期

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。

启动定时器图４定时器操作流程图

设置定时器中断设置匹配值及工作模式计算定时器计算的频率

Ｔ０ＭＲ０＝１１０５９２／４０００；Ｔ０ＴＣＲ＝０ｘ０３；Ｔ０ＴＣＲ＝０ｘ０１；｝

／／比较值（２５０定时值）／／启动并复位Ｔ０ＴＣ

设置２５ｍｓ的定时值，即设置为Ｔ０ＭＲ０＝１１０５９２／４０。

３．２接收部分的控制为系统外部中断

在本系统中当有超声波接收探头接收到信号，经过超声波接收电路的信号处理以后可以得到频率为４０ｋＨｚ的方波，把信号输入到控制部件相应Ｉ／Ｏ，在相应的Ｉ／Ｏ口设置外部中断的形式，在本系统中设置Ｐ０．１６管脚为外中断触发，中断方式为下降沿中断。

ＥＩＮＴ０下降沿中断的初始化程序：ＰＩＮＳＥＬ１＝（ＰＩＮＳＥＬ１＆０ｘＦＦＦＦＦＦＦＣ）｜０ｘ０１；ＥＸＴＭＯＤＥ＝ＥＸＴＭＯＤＥ＆０ｘ０１；

图３超声波接收处理电路

ＥＸＴＰＯＬＡＲ＝ＥＸＴＰＯＬＡＲ＆０ｘ０Ｅ；外中断源程序为：

ＰＩＮＳＥＬ１＝（ＰＩＮＳＥＬ１＆０ｘＦＦＦＦＦＦＦＣ）｜０ｘ０１；／／设置管脚连Ｐ０．１６设置为ＥＩＮＴ０接，

ＥＸＴＭＯＤＥ＝ＥＸＴＭＯＤＥ＆０ｘ０１；中断为边沿触发模式

ＥＸＴＰＯＬＡＲ＝ＥＸＴＰＯＬＡＲ＆０ｘ０Ｅ；中断为下降沿有效

／＊打开ＥＩＮＴ１中断（使用非向量ＩＲＱ）＊／ＶＩＣＩｎｔＳｅｌｅｃｔ＝０ｘ００００００００；断分配为ＩＲＱ中断

ＶＩＣＤｅｆＶｅｃｔＡｄｄｒ＝（ｉｎｔ）ＩＲＱ＿Ｅｉｎｔ０；务程序地址

ＥＸＴＩＮＴ＝０ｘ０１；中断标志

ＶＩＣＩｎｔＥｎａｂｌｅ＝０ｘ００００４０００；

／／使能ＥＩＮＴ０中断

如果有中断产生就可以获得时间间隔，由时间间隔测得距离障碍物的距离，发射和接收部分的硬件和软件为本系统的核心部分，此部分的实验结果直接关系到本系统的成败。

／／清除ＥＩＮＴ０／／设置中断服／／设置所有中／／设置ＥＩＮＮＴ０／／设置ＥＩＮＴ０

３ＬＰＣ２２１０控制超声波的发射与接收

超声波的发射和接收电路是系统的外围电路，系统的核心控制芯片采用了ＡＲＭ７系列单片机ＬＰＣ２２１０芯片。此套实验数据都是基于ＥａｓｙＡＲＭＬＰＣ２２００开发板得出。

系统的控制部分采用软件控制，即软件可以控制超声波发射和接收，从而获得发射和接收的时间间隔。３．１软件控制超声波的发射

在系统程序中，超声波的发射控制和接收回波的时间测量即定时都需要定时器测量时间。而ＬＰＣ２２１０中有两个定时器，器０和定时器１。除了外设的基地址不相同以外，其他都相同。

在本试验中采用的是定时器０，操作流程如图４所示。定时器时钟源频率为１１．０５９２ＭＨｚ，定时器设置的时钟时间为２５０和２５ｍｓ两个时间匹配值。在定时器达到设置匹配计数值时，则产生中断。其定时器的子程序为：

ＶｏｉｄＴｉｍｅ０Ｉｎｉｔ１（ｖｏｉｄ）

｛／＊Ｆｃｃｌｋ＝Ｆｏｓｃ＊４＝１１．０５９２ＭＨｚ＊４＝４４．２３６８ＭＨｚＦｐｃｌｋ＝Ｆｃｃｌｋ／４＝４４．２３６８ＭＨｚ／４＝１１．０５９２ＭＨｚ＊／Ｔ０ＰＲ＝９９；分频，得１１０５９２Ｈｚ

Ｔ０ＭＣＲ＝０ｘ０３；位Ｔ０ＴＣ

／／匹配通道０匹配中断并复／／设置定时器０分频为１００

４实验仿真

在本系统设计中，前面超声波的工作状态直接影响下一步的工作，本试验中，发射和接收部分结果验证采用了示波器看波形的方法。

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ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．３，２００８

发射部分采用的５５５定时器组成的多谐振荡电路频率为４０ｋＨｚ，用示波器可以看到波形的形状和频率，其图形如图５所示。

软件控制的波形如图７所示。

图７由软件产生的控制波形

由以上的示波器的图形可以看出，实验的硬件和软件所示

波形完全符合要求。

图５超声波发射波形

遇到障碍物时，有超声波的接收探头测得回波，波形经过超声波处理以后的波形如图６所示。

５结束语

障碍物的距离测量采用了超声波的测距原理，从电路设置

中可以得出，其电路简单，系统稳定，能达到系统设置的要求。

参考文献：

［１］吴妍，等．超声波倒车雷达系统设计［Ｊ］．可编程控制器与工厂自动

２００６，（６）：８８－９０．化，

［２］鲍吉龙，等．基于ＤＳＰ技术的汽车防撞雷达［Ｊ］．微计算机信息，

２００６（０４Ｚ）：１８８－１９０．

［３］周立功．ＡＲＭ嵌入式系统基础教程［Ｍ］．北京：北京航空航天大学

图６超声波接收处理后波形２００５．出版社，

ＴｈｅＣｏｎｔｒｏｌａｂｏｕｔＥｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＲｅｃｅｉｖｅｒｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＢａｓｅｄｏｎＬＰＣ２２１０

ＬＩＵＺｈｉ－ｘｉｎ１，ＳＨＥＮＹｕ－ｈｏｎｇ２，ＷＡＮＧＨｕａｎ３

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｏｈｈｏｔＮｅｉＭｏｎｇｏｌ０１００５１，Ｃｈｉｎａ；２．ＰｈｙｓｉｃｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ

ｏｆＨｕｌｕｎｂｅｉｅｒＣｏｌｌｅｇｅ，ＨａｉｌａｅｒＮｅｉＭｏｎｇｏｌ０２１００８，Ｃｈｉｎａ；３．ＦｅｎｇＫｏｎｇＨｅｎｇＹｅＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｒｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｃｉｒｃｕｉｔｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅ－ｄｕｒｅｓｉｎＬＰＣ２２１０ｔｈｅＡＲＭ７ｆａｍｉｌｙｃｏｒｅｃｈｉｐ，ａｓｗｅｌｌａｓｐａｒｔｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｒａｐｈｉｃｓ．ＴｈｅｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｐａｒｔｃｏｎ－ｎｅｃｔｉｏｎｉｓｉｎｔｈｅ５５５ｒｅｇｕｌａｒｍｕｌｔｉ－ｈａｒｍｏｎｉｃｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｓ，ａｎｄｒｅｃｅｉｖｉｎｇｐａｒｔｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｂｉｇｐｌａｓｔｉｃｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ．Ｃｏｎｔｒｏｌｉｓｐａｒｔｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｉｍｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｉｎｔｅｒｒｕｐｔｓｈａｎｄｌｉｎｇ．Ｓｏｆｔａｎｄｈａｒｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓａｒｅｇｏｔｂｙｕｓｉｎｇｏｓｃｉｌｌｏ－ｓｃｏｐｅｗａｖｅｆｏｒｍ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆＡＲＭＭＣＵｓｅｒｉｅｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｙｓｔｅｍｂｅｔｔｅｒ．

ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｅｍｉｓｓｉｏｎ／ｒｅｃｅｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔ；ｔｉｍｉｎｇ；ｅｘｔｅｒｎａｌｃｉｒｃｕｉｔｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎＫｅｙｗｏｒｄｓ：

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