基于C8051F060的超声波导盲系统设计

基于C8051F060的超声波导盲系统设计

该设计中TGC部分主要是由运算放大器与数字电位器相互配合共同实现的。运算放大器采用的是CADEKA Microcircuits的单路，低失调，轨到轨输入／输出放大器CLC1003。数字电位器选用美国ADI公司生产的AD8403A10，是一种具有数字接口的有源器件，可方便地与单片机相连接，用来精确调整其阻值。他可以代替电路中的机械电位器，从而实现操作上的智能化。采用固定数字电位器来控制放大电路的增益，可以用简单的线路，实现量程多极变化，并且具有很高的增益分辨率。AD8403A10是四通道的数字电位器，每通道的电阻的标称值为10 kΩ，有256个分支点，最小的电阻调整精度可达39 Ω，采用两通道并联可将精度降至20 Ω以内，每通道的不同分支点的处的电阻值都有相应的串行数据与之对应。将AD8403的两通道串联用来调节增益，另两通道串联用来调节偏执电压，当回波信号接收后，单片机通过向AD8403不断送入串行数据来调节不同时刻的增益，最终使得到的回波信号幅度在一定的范围之内。本单元的硬件原理图如图3所示。

　　信号经自动增益部分的处理后幅度增大至单片机可识别的范围，因为此时的信号还夹杂一定的高频噪声信号，因此需要一级截止频率为200 kHz的低通滤波器。该设计的低通滤波器采用的是选用美国Lineartechnology公司的8阶线性相位滤波器LTC1069-7。LTC1069-7是一个单片、时钟调谐、线性相位、8次低通滤波器。截止频率通过一个外时钟设置和等时钟频率除以25得到，因此要得到200 kHz的截止频率输入时钟频率为5 MHz。内部取样频率对截止频率比是50：1，LTC1069-7能工作在单电源5 V直至双±5 V电源。此部分的应用电路如图4所示。

　　从低通滤波器输出的信号送入MCU，单片机将此模拟信号经A／D转换后进行分析处理，如有障碍物的回波信息则发送报警信号。

3 软件设计

　　该系统的软件设计主要包括超声波信号的产生并选通发送、信号选通接收、TGC单元的控制、低通滤波器的时钟输入等四部分。根据C8051F060的资源及特点，方波信号的产生通过设置PCA中的特殊功能寄存器PCA0CN，PCA0MD，PCA0CPMn，PCA0L，PCA0H实现，其中PCA0MD寄存器可控制PCA的时钟源选择；PCA0CPMn寄存器可配置PCA捕捉／比较模块的工作方式；而PCA01，PCA0H寄存器则用于控制信号产生与停止的时间周期。TGC单元的控制需要串行数据信号、片选和时钟信号，此部分通过设置SPI0中的寄存器SPI0CN，SPI0DAT，SPI0CFG，SPI0CKR实现。其中SPI0DAT用于发送和接收SPI0数据；SPI0CFG寄存器决定SPI0的工作方式；SPI0CKR决定时钟信号的频率。低通滤波器需要5 MHz的时钟信号，也由设置PCA中的特殊功能寄存器来实现。信号的选通接收部分则由通用的I／O口配合多路对模拟开关的控制实现。图5是该系统设计的软件结构流程图。

4 结  语

　　这里主要介绍一种基于C8051F060的超声波导盲系统设计，并详细介绍了设计的硬件部分，该系统经过实验测试表明满足设计要求。对于不同的障碍物类别，所得到的回波信号也有所不同，通过对采集的回波信号的分析能够得到更详细的障碍物信息，因此可开发成为能够对不同的障碍物进行识别的路障识别系统。