倒車雷達係統的中心議題：

• 超聲波測距原理
• 硬件電路設計

倒車雷達係統的解決方案：

• 超聲波發射電路設計
• 超聲波接收電路設計
• 溫度測量電路設計
• 顯示報警電路設計

 1 引言

jinnianlai
，suizheqichechanyedexunsufazhanherenmenshenghuoshuipingdebuduantigao
，woguodeqicheshuliangzhengzhunianzengjia。tongshiqichejiashirenyuanzhongfeizhiyeqichejiashirenyuandebiliyezhunianzengjia。zaigonglu、街道、停車場
、車庫等擁擠、狹窄的地方倒車時，駕駛員既要前瞻，又要後顧，稍微不小心就會發生追尾事故。據相關調查統計
，15％的de汽qi車che碰peng撞zhuang事shi故gu是shi因yin倒dao車che時shi汽qi車che的de後hou視shi能neng力li不bu良liang造zao成cheng的de。因yin此ci。增zeng加jia汽qi車che的de後hou視shi能neng力li，研yan製zhi汽qi車che後hou部bu探tan測ce障zhang礙ai物wu的de倒dao車che雷lei達da便bian成cheng為wei近jin些xie年nian來lai的de研yan究jiu熱re點dian。安an全quan避bi免mian障zhang礙ai物wu的de前qian提ti是shi快kuai速su、準確地測量障礙物與汽車之間的距離。為此，設計了以單片機為核心
，利用超聲波實現無接觸測距的倒車雷達係統。

2整體設計及原理

超聲波一般指頻率在20 kHz以yi上shang的de機ji械xie波bo，具ju有you穿chuan透tou性xing強qiang，衰shuai減jian小xiao，反fan射she能neng力li強qiang等deng特te點dian。工gong作zuo時shi，超chao聲sheng波bo發fa射she器qi不bu斷duan發fa射she出chu一yi係xi列lie連lian續xu脈mai衝chong
，給gei測ce量liang邏luo輯ji電dian路lu提ti供gong一yi個ge短duan脈mai衝chong。最zui後hou由you信xin號hao處chu理li裝zhuang置zhi對dui接jie收shou的de信xin號hao依yi據ju時shi間jian差cha進jin行xing處chu理li，自zi動dong計ji算suan出chu車che與yu障zhang礙ai物wu之zhi間jian的de距ju離li。超chao聲sheng波bo測ce距ju原yuan理li簡jian單dan，成cheng本ben低di，製zhi作zuo方fang便bian，但dan其qi傳chuan輸shu速su度du受shou天tian氣qi影ying響xiang較jiao大da，不bu能neng精jing確que測ce距ju；另ling外wai，超chao聲sheng波bo能neng量liang與yu距ju離li的de平ping方fang成cheng正zheng比bi衰shuai減jian，因yin此ci

，距ju離li越yue遠yuan，靈ling敏min度du越yue低di，從cong而er使shi超chao聲sheng波bo測ce距ju方fang式shi隻zhi適shi用yong於yu較jiao短duan距ju離li。目mu前qian
，國guo內nei外wai一yi般ban的de超chao聲sheng波bo測ce距ju儀yi，其qi理li想xiang的de測ce量liang距ju離li
為4～5 m，因此大都用於汽車倒車雷達等近距離測距中。該倒車雷達係統采用單片機控製，如圖1所示。利用超聲波實現無接觸測距，並考慮測量環境溫度對超聲波波速的影響，而且通過溫度補償法對速度進行校正。使用由集成數字傳感器DS18B20gouchengdewenduceliangdianlu，kezhijieduquwenduzhi
，zaigenjuwendubuchangdechuchaoshengbozaimouyiwenduxiadebosu
，youdanpianjijishumaichonggeshuhuodechuanboshijian，genjuchaoshengbocejuyuanlicedebingxianshijuli，zaigenjuxianshidejulikongzhifengmingqidefashengpinlv。


2.1超聲波測距原理
目前
，利用超聲波測距的方法有相位檢測法、聲波幅值檢測法、渡越時間檢測法三種。相位檢測的精度高，但檢測範圍有限；聲波幅值檢測易受反射波的影響；渡越時間檢測工作方式簡單、直(zhi)觀(guan)
，在(zai)硬(ying)件(jian)控(kong)製(zhi)和(he)軟(ruan)件(jian)設(she)計(ji)容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)
，其(qi)原(yuan)理(li)是(shi)檢(jian)測(ce)從(cong)發(fa)射(she)傳(chuan)感(gan)器(qi)發(fa)射(she)超(chao)聲(sheng)波(bo)到(dao)經(jing)氣(qi)體(ti)介(jie)質(zhi)傳(chuan)播(bo)後(hou)接(jie)收(shou)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)收(shou)超(chao)聲(sheng)波(bo)的(de)時(shi)間(jian)差(cha)，即(ji)渡(du)越(yue)時(shi)間(jian)t。距離s=ct／2(c為聲速)，t可由單片機計脈衝個數的方法實現。

2.2溫度與聲速的關係
由於超聲波也是一種聲波

，其聲速v與溫度T有關。表1列出了幾種不同溫度下的聲速。使用時，若溫度變化不大，則可視聲速基本不變；若測距精度要求很高，則應通過溫度補償法予以校正。


一般情況下
，利用v=331+0.60T進行溫度補償，以適應不同溫度下的工作要求。表2給出補償後聲速與溫度的關係。可以看出，0℃以下時聲速值完全吻合；0℃以上最大誤差不超過5％。


由上述分析可知
，溫度測量的精度不僅直接影響了速度的測量精度，而且也間接影響距離的測量精度
，所以溫度的測量很關鍵。

3硬件電路設計

倒車雷達係統主要由超聲波發射電路
、超聲波接收電路、溫度測量電路及顯示報警電路構成。

3.1超聲波發射電路


在單片機控製下，使脈衝發生器輸出超聲波。脈衝發生器由555構成，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並聯
，RA=Rl+RA''''''''
，RA=R2+RB''''''''，且T1=0.693RAC
，T2=0.693RBC，通過調節RA和RB的阻值，實現輸出波形的占空比的可調。但是，這裏需要50％占空比的方波，因此調節滑動變阻器
，使T1=T2
，頻率的計算公式為：

f=1.443／(RA+RB)C (1)

合理選擇R，C可使超聲波獲得40 kHz的輸出脈衝。因為超聲波的傳輸要有一段距離
，為了使信號便於傳輸，通常要在發射電路的後麵加上一個調製電路。[page]

3.2超聲波接收電路
yinweichaoshengbocejuzhiyongyujinjuli，dangjulijiaoyuanshi，shuaijianjiaoweiyanzhong
，fanshehuilaidexinhaoxiangduiyebijiaoweiruo，yincijieshouduanyingxianshezhiyigefangdadianlu
，ranhoutongguojianbodianluduiqishuchuxinhaojinxingjietiao，zuihouduijianboshuchuxinhaojinxingbijiaozhengxing。

超聲波接收電路的需要考慮以下幾個方麵：

(1)環境噪聲

、幹擾、溫度等影響
圖 3給出放大電路圖。它選擇一個自舉組合電路

，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)，該值可根據前序電路確定R1和R2


，使其與前序電路級間匹配。電路中用到的是反相比例放大電路
，增益比較穩定，通常K=-R3／R1不會引起自激，可降低幹擾對電路的影響。因此，合理地選擇R3和R1
，可使輸出電壓達到V級。


(2)檢波精度
設計中采用了圖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，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。首先在靜態下測量距離等於5 m，檢波器的輸出電壓值(該電壓同樣是經過放大檢波電路得到的)，並以此電壓值作為比較器的參考電壓uR。比較器選用LM339
，具有失調電壓小，電源電壓範圍寬
，其單電源電壓為2～36 V，雙電源電壓為±1～±18 V，而且對比較信號源的內阻限製較寬等優點。對於LM339來說，當兩個輸入端電壓差大於10 mV時
，就能確保其輸出從一種狀態可靠地轉換到另一種狀態。因此，把LM339用(yong)在(zai)弱(ruo)信(xin)號(hao)檢(jian)測(ce)等(deng)場(chang)合(he)是(shi)比(bi)較(jiao)理(li)想(xiang)的(de)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)

，比(bi)較(jiao)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)和(he)下(xia)降(jiang)沿(yan)都(dou)有(you)延(yan)時(shi)
，可(ke)在(zai)其(qi)後(hou)麵(mian)加(jia)一(yi)個(ge)與(yu)門(men)
，以(yi)改(gai)善(shan)輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)。將(jiang)比(bi)較(jiao)整(zheng)形(xing)電(dian)骼(ge)的(de)輸(shu)出(chu)送(song)到(dao)單(dan)片(pian)機(ji)，對(dui)脈(mai)衝(chong)計(ji)數(shu)，得(de)到(dao)渡(du)越(yue)時(shi)間(jian)。單(dan)片(pian)機(ji)選(xuan)AT89C52。


3.3溫度測量電路
目前，大多數溫度測控係統在檢測溫度時，都采用溫度傳感器將溫度轉化為電量，經信號放大電路放大到適當的範圍，再由A／D轉zhuan換huan器qi轉zhuan換huan成cheng數shu字zi量liang來lai完wan成cheng。這zhe種zhong電dian路lu結jie構gou複fu雜za
，調tiao試shi繁fan雜za，精jing度du易yi受shou元yuan器qi件jian參can數shu的de影ying響xiang。為wei此ci
，利li用yong一yi線xian性xing數shu字zi溫wen度du計ji即ji集ji成cheng溫wen度du傳chuan感gan器qiDS18B20 和單片機，構成一個高精度的數字溫度檢測係統。DS18B20數字式溫度傳感器與傳統的熱敏電阻溫度傳感器不同
，能夠直接讀出被測溫度值，並且可根據實際要求，通過簡單的編程，實現9～12位的 A／D轉換。因而，使用DS18B20可使係統結構更簡單，同時可靠性更高。溫度測量範圍從-55～+125℃
，在-10～+85℃檢測誤差不超過 0.5℃，而在整個溫度測量範圍內具有±2℃的測量精度
，其電路連接如圖6所示。


3.4顯示及報警電路
顯示電路采用4位共陽LED數碼管，碼段由74LS244驅動電路驅動；驅動電路由PNP晶體管8550驅動。圖7給出報警電路。它采用晶體管驅動。

4結語

該倒車雷達係統利用超聲波實現了無接觸測距；采用高精度溫度傳感器實現了對超聲波測距係統的溫度測量和補償，即根據v=331+0.60T，對聲速進行了補償，提高了測量精度。具有電路設計簡單
，價格便宜
，測量精度比較高的優點
，目前已批量生產。