基于超声波测距的倒车雷达系统设计

基于超声波测距的倒车雷达系统设计自动控制与仪器仪表基于超声波测距的倒车雷达系统设计王红云（军械工程学院，河北石家庄０５０００３）

摘要：介绍了以单片机为核心的倒车雷达系统。它利用超声波实现无接触测距。系统主要包括超声波发射接触以及温度测量电路．突出点是利用数字传感器ＤＳｌ８８２０对温度进行测量，并利用声速与温度之问的校正公式对声速进行校正。提高了渡越时间的测量精度。进而提高了测量距离的准确度。适合测量的距离在５ｍ以下，可以满足倒车安全的

要求。关键词：汽车；超声波；倒车雷达；温度补偿；单片机中图分类号：ＴＰ３６８文献标识码：Ａ文章编号：１００６—６９７７（２００８）０８—００７０－０３

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１引言近年来．随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高。我国的汽车数量正逐年增加。同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、街道、停车场、车库等拥挤、狭窄的地方倒车时，驾驶员既要前瞻，又要后顾，稍微不小心就会发生追尾事故。据相关调查统计。１５％的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。因此。增加汽车的后视能力．研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。安全避免障碍物的前提是快速、准确地测量障碍物与汽车之间的距离。为此，设计了以单片机为核心．利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。２整体设计及原理超声波一般指频率在２０ｋＨｚ以上的机械波，具有穿透性强．衰减小，反射能力强等特点ＩＩｌ。工作时。超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲。给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理．自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低。制作方便，但其传输速度受天气影响较大，不能精确测距；另外，超声波能量与距离的平方成正比衰减，因此，距离越远，灵敏度越低，从而使超声波测距方式只适用于较短距离。目前。国内外一般的超声波测距仪，其理想的测量距离为４．５ｍ。因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中。该倒车雷达系统采用单片机控制．如图ｌ所示。利用超声波实现无接触测距。并考虑测量环境温度对超声波波速的影响．而且通过温度补偿法对速度进行校正。使用由集成数字传感器ＤＳｌ８８２０构成的温度测量电路，可直接读取温度值．再根据温度补偿得出超声波在某一温度下的波速，由单片机计数脉冲个数获得传播时间，根据超声波测距原理测得并显示距离．再根据显示的距离控制蜂鸣器的发声频率。

收稿日期：２００８一０５一１６稿件编号：２００８０５０４８图ｌ整体设计框图作者简介：王红云（１９８０一），女，河北衡水人，教师。研究方向：测量控制。一６９—

　万方数据《国外电子元器件》２００８年第８期２．１超声波测距原理目前，利用超声波测距的方法闭有相位检测法、声波幅值检测法、渡越时间检测法三种。相位检测的精度高。但检测范围有限；声波幅值检测易受反射波的影响：渡越时间检测工作方式简单、直观，在硬件控制和软件设计容易实现，其原理是检测从发射传感器发射超声波到经气体介质传播后接收传感器接收超声波的时间差，即渡越时间ｔ。距离ｓ＝ｃｔ佗（ｃ为声速）。ｔ可由单片机计脉冲个数的方法实现。２．２温度与声速的关系由于超声波也是一种声波．其声速”与温度ｒ有关。表１列出了几种不同温度下的声速㈣。使用时，若温度变化不大。则可视声速基本不变；若测距精度要求很高，则应通过温度补偿法予以校正。表ｌ声速与温度的关系温度／℃Ｉ一３０一２０—１００ｌＯ２０３０１００声速／ｍ／ｓ３１３３１９３２５３３ｌ３３８３４４３４９３８６一般情况下，利用口＝３３ｌ＋Ｏ．６０ｒ进行温度补偿，以适应不同温度下的工作要求。表２给出补偿后声速与温度的关系。可以看出，Ｏ℃以下时声速值完全吻合；０℃以上最大误差不超过５％。表２补偿后声速与温度的关系温度／℃Ｉ一３０Ｉ一２０—ｌｏｏ１０２０３０１００３３ｌ＋ｏ．６０Ｔ３１３３１９３２５３３ｌ３３７３４３３４９３８ｌ由上述分析可知，温度测量的精度不仅直接影响了速度的测量精度，而且也间接影响距离的测量精度，所以温度的测量很关键。３硬件电路设计倒车雷达系统主要由超声波发射电路、超声波接收电路、温度测量电路及显示报警电路构成。３．１超声波发射电路在单片机控制下，使脉冲发生器输出超声波。脉冲发生器由５５５构成，其连接如图２所示。７引脚和６、２引脚的上下为冠和Ｃ：中间尺与兄Ｐ并联，尺＾＝ＲＩ＋Ｒ＾’，曰＾＝屁２＋月Ｂ’，且丁ｌ：ｏ．６９３尺＾ｃ，他＝０．６９３月彩，通过调节尺．和风的阻值，实现输出波形的占空比的可调。但是，这里需要５０％占空比的方波．因图２占宅比可调脉冲振荡电路此调节滑动变阻器，使ｒｌ＝挖，频率的计算公式为：声１．“３／（Ｒ＾＋ＲＢ）Ｃ（１）合理选择月。Ｃ可使超声波获得４０ｋＨｚ的输出脉冲。因一７０一为超声波的传输要有一段距离．为了使信号便于传输，通常要在发射电路的后面加上一个调制电路。３．２超声波接收电路因为超声波测距只用于近距离．当距离较远时，衰减较

为严重，反射回来的信号相对也比较微弱。因此接收端应先设置一个放大电路．然后通过检波电路对其输出信号进行解调．最后对检波输出信号进行比较整形。超声波接收电路的需要考虑以下几个方面：（１）环境噪声、干扰、温度等影响图３给出放大电路图。它选择一个自举组合电路．该电路通过减小向输人回路索取的电流来提高输人阻抗。其值为月。＝Ｒ。尺朋．－Ｒ２）ｉ该值可

根据前序电路确定尺，和Ｒｚ，使其与前序电路级间咎＿｜匹配。电路中用到的是

反相比例放大电路，增益比较稳定．通常Ｋ＝一尺担。不会引起自激，可降低干扰对电路的影响。因此，合理地选择飓图３放大电路和尺。，可使输出电压达到Ｖ级。（２）检波精度设计中采用了图４所示的全波精密检波电路。为了提高电路的信噪比．衰减掉不需要的频率信号，在输入端加上谐，振回路。二极管ｖＤｌ和ｖＤ２选择高频性能比较好的

ＩＮ６０。这种检波方式可以使二极管的死区电压和非线性得到很大的改善。

图４精密全波检波电路（３）比较整形电路图５示出比较整形电路。首先在静态下测量距离等于５ｍ，

检波器的输出电压值（该电压同

样是经过放大检波电路得到的），并以此电压值作为比较器的参考电压ｌ‘。。比较器选用图５比较整形电路圳３３９，具有失调电压小，电源电压范围宽，其单电源电压为

２。３６Ｖ，双电源电压为士ｌ一±１８Ｖ，而且对比较信号源的内阻限制较宽等优点。对于ＬＭ３３９来说．当两个输人端电压差大予１０ｍＶ时。就能确保其输出从一种状态可（下转第７３页）

　万方数据基于铝电解电容器的技术详解及应用原则作电压３０ｍｉｎ。电解电容器应储存在正常大气条件的环境下。７．８焊锡不适当的焊锡温度及时问均可造成表面胶管的异常收缩破裂．有时高温也会由导针及端子导热至索子内部，对产品造成不良影响。因此必须尽量避免过高温度及过长时问的焊锡。

８电解电容在冰箱电源电路中的实际应用图３给出电解电容在冰箱电源电路中的应用实例。输入电压经过压敏电阻保护电路、变压器变压、整流桥电路整流后，将交流变成脉动的１２Ｖ直流，在整流电路之后接人较大容量的电解电容Ｅ１０ｌ／Ｅ１０２．利用其充放电特性，使整流后的脉动直流电压变成相对稳定的直流电压。实际应用中．为了防止电路各部分供电电压因负载变化而改变时。通过计算峰值电压和电解电容的纹波电流．选用两级滤波电解电容器。第一级为２２００肛Ｆ，３５Ｖ；第二级为４７０斗Ｆ／３５、『。由于大容量电解电容一般都具有一定的电感。不能有效地滤除高频及脉冲干扰信号，因此，应在其两端并联一只容量为０．１斗Ｆ的Ｃ１０加１０３电容器，用以滤除高频及脉冲干扰。ｉ糍Ｃ１０２０．１Ｆ＋Ｅ１０１：２２００ｕＦ／３５ＶＩＣｌ０１７８０５百Ｆ百羽。，勰士／３５ｖ：Ｃ１０３０．１Ｆ图３电解电容在冰箱电源电路中的应用９结语为了更好地应用并提高电路设计的可靠性．这里介绍了铝电解电容器的相关技术参数和使用知识。目前．新型电解电容的发展非常快。正向小型化、低阻抗化、片式化、高速制造化、宽温度化、高电压化、长寿命化以及环保绿色化方向发展，因此铝电解电容器应用前景广阔。参考文献：

【１】于安红．简明电子元器件手册【Ｍ】．上海：上海交大出版社，２００５．［２】沈任元，昊勇．常用电子元器件简明手册【Ｍ】．北京：机械工业出版社．２００４．【３】舒正国．高效、高容、低阻抗、长寿命的表面安装电容的选型【Ｊ】．世界电子元器件，２００６（１１）：５５—５７。姒““龇“舢“Ｊ止．‘‘．‘‘．‘止舢扯舢““舢—‘Ｌ—＾Ｌ—止—止—止—＾Ｌ舢．｜＾Ｌ．摹ｔ舢Ｊ‘Ｌ．‘ＩＬ““舣舢一‘ｌＬＪ止舡“龇取姒“舢一‘‘Ｌ舢．‘．Ｌ

ｆ上接第７０页１靠地转换到另一种状态。因此，把ＬＭ３３９用在弱信号检测等场合是比较理想的。一般情况下，比较电路的输出波形的上升沿和下降沿都有延时。可在其后面加一个与门。以改善输出特性。将比较整形电路的输出送到单片机．对脉冲计数，得到渡越时间。单片机选用ＡｒＩ’８９Ｃ５２。３．３温度测量电路目前．大多数温度测控系统在检测温度时．都采用温度传感器将温度转化为电量，经信号放大电路放大到适当的范围、再由Ａ，Ｄ转换器转换成数字量来完成。这种电路结构复杂，调试繁杂．精度易受元器件参数的影响。为此，利用一线性数字温度计即集成温度传感器ＤＳｌ８８２０和单片机．构成一个高精度的数字温度检测系统。ＤＳｌ８８２０数字式温度传感器与传统的热敏电阻温度传感器不同。能够直接读出被测温度值。并且可根据实际要求，通过简单的编程，实现９。１２位的ⅣＤ转换。因而，使用ＤＳｌ８８２０可使系统结构更简单。同时可靠性更高。温度测量范围从—５５～＋１２５‘Ｃ。在一１０一＋８５℃检测误差不超过Ｏ．５℃１４Ｊ，而在整个温度测量范围内具有±２℃的测量精度．其电路连接如图６所示．图６ＤＳｌ８８２０温度采集电路３．４显示及报警电路显示电路采用４位共阳ＬＥＤ数码管．码段由７４Ｌｓ２４４驱动电路驱动；驱动电路由ＰＮＰ晶体管８５５０驱动。图７给出报警电路。它采用晶体管驱动。