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

近jin年nian來lai
，隨sui著zhe汽qi車che產chan業ye的de迅xun速su發fa展zhan和he人ren們men生sheng活huo水shui平ping的de不bu斷duan提ti高gao，我wo國guo的de汽qi車che數shu量liang正zheng逐zhu年nian增zeng加jia。同tong時shi汽qi車che駕jia駛shi人ren員yuan中zhong非fei職zhi業ye汽qi車che駕jia駛shi人ren員yuan的de比bi例li也ye逐zhu年nian增zeng加jia。在zai公gong路lu
、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％deqichepengzhuangshigushiyindaocheshiqichedehoushinenglibuliangzaochengde。yinci。zengjiaqichedehoushinengli，yanzhiqichehoubutancezhangaiwudedaocheleidabianchengweijinxienianlaideyanjiuredian。anquanbimianzhangaiwudeqiantishikuaisu、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DS18B20構(gou)成(cheng)的(de)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)電(dian)路(lu)，可(ke)直(zhi)接(jie)讀(du)取(qu)溫(wen)度(du)值(zhi)，再(zai)根(gen)據(ju)溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)得(de)出(chu)超(chao)聲(sheng)波(bo)在(zai)某(mou)一(yi)溫(wen)度(du)下(xia)的(de)波(bo)速(su)，由(you)單(dan)片(pian)機(ji)計(ji)數(shu)脈(mai)衝(chong)個(ge)數(shu)獲(huo)得(de)傳(chuan)播(bo)時(shi)間(jian)
，根(gen)據(ju)超(chao)聲(sheng)波(bo)測(ce)距(ju)原(yuan)理(li)測(ce)得(de)並(bing)顯(xian)示(shi)距(ju)離(li)，再(zai)根(gen)據(ju)顯(xian)示(shi)的(de)距(ju)離(li)控(kong)製(zhi)蜂(feng)鳴(ming)器(qi)的(de)發(fa)聲(sheng)頻(pin)率(lv)。


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jiant。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LM339yongzairuoxinhaojiancedengchangheshibijiaolixiangde。yibanqingkuangxia
，bijiaodianludeshuchuboxingdeshangshengyanhexiajiangyandouyouyanshi，kezaiqihoumianjiayigeyumen
，yigaishanshuchutexing。jiangbijiaozhengxingdiangedeshuchusongdaodanpianji，duimaichongjishu
，dedaoduyueshijian。danpianjixuanAT89C52。


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／Dzhuanhuanqizhuanhuanchengshuzilianglaiwancheng。zhezhongdianlujiegoufuza，tiaoshifanza，jingduyishouyuanqijiancanshudeyingxiang。weici，liyongyixianxingshuziwendujijijichengwenduchuanganqiDS18B20 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。