倒車雷達(dá)系統(tǒng)的中心議題：
倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的解決方案：
- 超聲波發(fā)射電路設(shè)計(jì)
- 超聲波接收電路設(shè)計(jì)
- 溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)
- 顯示報(bào)警電路設(shè)計(jì)
1 引言
近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,，我國(guó)的汽車數(shù)量正逐年增加,。同時(shí)汽車駕駛?cè)藛T中非職業(yè)汽車駕駛?cè)藛T的比例也逐年增加。在公路,、街道,、停車場(chǎng)、車庫等擁擠,、狹窄的地方倒車時(shí),，駕駛員既要前瞻,，又要后顧，稍微不小心就會(huì)發(fā)生追尾事故,。據(jù)相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì),，15％的汽車碰撞事故是因倒車時(shí)汽車的后視能力不良造成的。因此,。增加汽車的后視能力,，研制汽車后部探測(cè)障礙物的倒車?yán)走_(dá)便成為近些年來的研究熱點(diǎn)。安全避免障礙物的前提是快速,、準(zhǔn)確地測(cè)量障礙物與汽車之間的距離,。為此，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心,，利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)距的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng),。
2整體設(shè)計(jì)及原理
超聲波一般指頻率在20 kHz以上的機(jī)械波，具有穿透性強(qiáng),，衰減小,，反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。工作時(shí),，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射出一系列連續(xù)脈沖,，給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理,，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離,。超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單，成本低,，制作方便,，但其傳輸速度受天氣影響較大，不能精確測(cè)距,；另外,，超聲波能量與距離的平方成正比衰減，因此,，距離越遠(yuǎn),，靈敏度越低，從而使超聲波測(cè)距方式只適用于較短距離,。目前,，國(guó)內(nèi)外一般的超聲波測(cè)距儀，其理想的測(cè)量距離
為4～5 m,，因此大都用于汽車倒車?yán)走_(dá)等近距離測(cè)距中,。該倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，如圖1所示。利用超聲波實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)距,，并考慮測(cè)量環(huán)境溫度對(duì)超聲波波速的影響,，而且通過溫度補(bǔ)償法對(duì)速度進(jìn)行校正。使用由集成數(shù)字傳感器DS18B20構(gòu)成的溫度測(cè)量電路,，可直接讀取溫度值,，再根據(jù)溫度補(bǔ)償?shù)贸龀暡ㄔ谀骋粶囟认碌牟ㄋ伲蓡纹瑱C(jī)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)獲得傳播時(shí)間,，根據(jù)超聲波測(cè)距原理測(cè)得并顯示距離,，再根據(jù)顯示的距離控制蜂鳴器的發(fā)聲頻率。
2.1超聲波測(cè)距原理
目前,，利用超聲波測(cè)距的方法有相位檢測(cè)法,、聲波幅值檢測(cè)法、渡越時(shí)間檢測(cè)法三種,。相位檢測(cè)的精度高,，但檢測(cè)范圍有限；聲波幅值檢測(cè)易受反射波的影響,；渡越時(shí)間檢測(cè)工作方式簡(jiǎn)單,、直觀，在硬件控制和軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn),，其原理是檢測(cè)從發(fā)射傳感器發(fā)射超聲波到經(jīng)氣體介質(zhì)傳播后接收傳感器接收超聲波的時(shí)間差,，即渡越時(shí)間t。距離s=ct／2(c為聲速),，t可由單片機(jī)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn),。
2.2溫度與聲速的關(guān)系
由于超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度T有關(guān),。表1列出了幾種不同溫度下的聲速,。使用時(shí)，若溫度變化不大,，則可視聲速基本不變,；若測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償法予以校正,。
一般情況下,，利用v=331+0.60T進(jìn)行溫度補(bǔ)償,，以適應(yīng)不同溫度下的工作要求,。表2給出補(bǔ)償后聲速與溫度的關(guān)系?？梢钥闯?，0℃以下時(shí)聲速值完全吻合；0℃以上最大誤差不超過5％。
由上述分析可知,，溫度測(cè)量的精度不僅直接影響了速度的測(cè)量精度,，而且也間接影響距離的測(cè)量精度，所以溫度的測(cè)量很關(guān)鍵,。
3硬件電路設(shè)計(jì)
倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射電路,、超聲波接收電路、溫度測(cè)量電路及顯示報(bào)警電路構(gòu)成,。
3.1超聲波發(fā)射電路
在單片機(jī)控制下,，使脈沖發(fā)生器輸出超聲波。脈沖發(fā)生器由555構(gòu)成,，其連接如圖2所示,。7引腳和6、2引腳的上下為R和C,；中間R與RP并聯(lián),，RA=Rl+RA''''''''，RA=R2+RB'''''''',，且T1=0.693RAC,，T2=0.693RBC，通過調(diào)節(jié)RA和RB的阻值,，實(shí)現(xiàn)輸出波形的占空比的可調(diào),。但是，這里需要50％占空比的方波,，因此調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,，使T1=T2，頻率的計(jì)算公式為：
f=1.443／(RA+RB)C (1)
合理選擇R,，C可使超聲波獲得40 kHz的輸出脈沖,。因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斠幸欢尉嚯x，為了使信號(hào)便于傳輸,，通常要在發(fā)射電路的后面加上一個(gè)調(diào)制電路,。
3.2超聲波接收電路
因?yàn)槌暡y(cè)距只用于近距離，當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí),，衰減較為嚴(yán)重,，反射回來的信號(hào)相對(duì)也比較微弱，因此接收端應(yīng)先設(shè)置一個(gè)放大電路,，然后通過檢波電路對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行解調(diào),，最后對(duì)檢波輸出信號(hào)進(jìn)行比較整形。
超聲波接收電路的需要考慮以下幾個(gè)方面：
(1)環(huán)境噪聲,、干擾,、溫度等影響
圖 3給出放大電路圖。它選擇一個(gè)自舉組合電路，該電路通過減小向輸入回路索取的電流來提高輸入阻抗,，其值為Rin=R1R2／(R1-R2),，該值可根據(jù)前序電路確定R1和R2，使其與前序電路級(jí)間匹配,。電路中用到的是反相比例放大電路,，增益比較穩(wěn)定，通常K=-R3／R1不會(huì)引起自激,，可降低干擾對(duì)電路的影響,。因此，合理地選擇R3和R1,，可使輸出電壓達(dá)到V級(jí),。
(2)檢波精度
設(shè)計(jì)中采用了圖4所示的全波精密檢波電路。為了提高電路的信噪比,，衰減掉不需要的頻率信號(hào),，在輸人端加上諧振回路。二極管VD1和VD2選擇高頻性能比較好的IN60,。這種檢波方式可以使二極管的死區(qū)電壓和非線性得到很大的改善,。
(3)比較整形電路
圖 5示出比較整形電路。首先在靜態(tài)下測(cè)量距離等于5 m,，檢波器的輸出電壓值(該電壓同樣是經(jīng)過放大檢波電路得到的),，并以此電壓值作為比較器的參考電壓uR。比較器選用LM339,，具有失調(diào)電壓小,，電源電壓范圍寬，其單電源電壓為2～36 V,，雙電源電壓為±1～±18 V,，而且對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于LM339來說,，當(dāng)兩個(gè)輸入端電壓差大于10 mV時(shí),，就能確保其輸出從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。因此,，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的,。一般情況下，比較電路的輸出波形的上升沿和下降沿都有延時(shí),，可在其后面加一個(gè)與門,，以改善輸出特性。將比較整形電骼的輸出送到單片機(jī),，對(duì)脈沖計(jì)數(shù),，得到渡越時(shí)間。單片機(jī)選AT89C52,。
3.3溫度測(cè)量電路
目前,，大多數(shù)溫度測(cè)控系統(tǒng)在檢測(cè)溫度時(shí)，都采用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)化為電量,，經(jīng)信號(hào)放大電路放大到適當(dāng)?shù)姆秶?，再由A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量來完成。這種電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，調(diào)試繁雜,，精度易受元器件參數(shù)的影響。為此,，利用一線性數(shù)字溫度計(jì)即集成溫度傳感器DS18B20 和單片機(jī),，構(gòu)成一個(gè)高精度的數(shù)字溫度檢測(cè)系統(tǒng)。DS18B20數(shù)字式溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同,，能夠直接讀出被測(cè)溫度值,，并且可根據(jù)實(shí)際要求，通過簡(jiǎn)單的編程,，實(shí)現(xiàn)9～12位的 A／D轉(zhuǎn)換,。因而，使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,，同時(shí)可靠性更高,。溫度測(cè)量范圍從-55～+125℃，在-10～+85℃檢測(cè)誤差不超過 0.5℃,，而在整個(gè)溫度測(cè)量范圍內(nèi)具有±2℃的測(cè)量精度,，其電路連接如圖6所示。
3.4顯示及報(bào)警電路
顯示電路采用4位共陽LED數(shù)碼管,，碼段由74LS244驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng),；驅(qū)動(dòng)電路由PNP晶體管8550驅(qū)動(dòng)。圖7給出報(bào)警電路,。它采用晶體管驅(qū)動(dòng),。
4結(jié)語
該倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)利用超聲波實(shí)現(xiàn)了無接觸測(cè)距；采用高精度溫度傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的溫度測(cè)量和補(bǔ)償,，即根據(jù)v=331+0.60T,，對(duì)聲速進(jìn)行了補(bǔ)償，提高了測(cè)量精度,。具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,，價(jià)格便宜，測(cè)量精度比較高的優(yōu)點(diǎn),，目前已批量生產(chǎn),。