倒車雷達（car reversing aid systems）的全稱是“倒車防撞雷達”，也稱“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。

系統(tǒng)工作原理

倒車雷達只需要在汽車倒車時工作，為駕駛員提供汽車后方的信息。由于倒車時汽車的行駛速度較慢，和聲速相比可以認為汽車是靜止的，因此在系統(tǒng)中可以忽略多普勒效應的影響。在許多測距方法中，脈沖測距法只需要測量超聲波在測量點與目標間的往返時間，實現(xiàn)簡單，因此本系統(tǒng)采用了這種方法。

如圖1所示，駕駛員將手柄轉(zhuǎn)到倒車檔后，系統(tǒng)自動啟動，超聲波發(fā)送模塊向后發(fā)射40khz的超聲波信號，經(jīng)障礙物反射，由超聲波接收模塊收集，進行放大和比較，單片機at89c2051將此信號送入顯示模塊，同時觸發(fā)語音電路，發(fā)出同步語音提示，當與障礙物距離小于1m、0.5m、0.25m時，發(fā)出不同的報警聲，提醒駕駛員停車。

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

圖2 超聲波發(fā)送模塊電路

硬件設計

1 超聲波發(fā)送模塊設計

超聲波發(fā)送器包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，超聲波探頭（又稱“超聲波換能器”）選用csb40t，可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。前者利用軟件產(chǎn)生40khz的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅(qū)動器，經(jīng)驅(qū)動器驅(qū)動后推動探頭產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但需要設計一個驅(qū)動電流在100ma以上的驅(qū)動電路。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號，并直接驅(qū)動換能器產(chǎn)生超聲波。這種方法的優(yōu)點是無須驅(qū)動電路，但缺乏靈活性。

本設計采用第一種方法產(chǎn)生超聲波，電路設計如圖2所示。40khz的超聲波是利用555時基電路振蕩產(chǎn)生的。其振蕩頻率計算式為f=1.43/((r 9+2·r 10)·c 5)。將r 10設計為可調(diào)電阻的目的是為了調(diào)節(jié)信號頻率，使之與換能器的40khz固有頻率一致。為保證555時基具有足夠的驅(qū)動能力，宜采用+12v電源。cnt為超聲波發(fā)射控制信號，由單片機進行控制。

圖3 超聲波接收模塊電路

2 超聲波接收模塊設計

超聲波接收器包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應的型號，關鍵是頻率要一致，本設計采用csb40r，否則將因無法產(chǎn)生共振而影響接收效果，甚至無法接收。由于經(jīng)探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經(jīng)放大電路放大。正弦波信號不能直接被單片機接收，必須進行波形變換。按照上面所討論的原理，單片機需要的只是第一個回波的時刻。接收電路的設計可采用專用接收電路，也可采用通用電路來實現(xiàn)，如圖3所示。

超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，通常在1mv～1v之間。當然，不同接收探頭的輸出信號強度存在差異。由于輸入信號的范圍較大，對放大電路的增益提出了兩個要求：一是放大增益要大，以適應小信號時的需要；二是放大增益要能變化，以適應信號變化范圍大的需要。另外，由于輸入信號為正弦波，因此必須將放大電路設計成交流放大電路。為減少負電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號放大和變換采用了一片lm324通用運算放大器，前三級為放大器設計，后一級為比較器設計。lm324既可以雙電源工作，也可以單電源工作，因此能滿足使用要求。為滿足交流信號的需要，每一級的放大器均采用阻容電路進行電平偏移，即圖3中的c7、c21、c22和c24，容量均為10μf，實現(xiàn)單電源條件下交流信號的放大。對于交流信號而言，電容為短路，因此前三級放大電路的增益均為10。距離較近時，兩級放大的增益已能夠輸出足夠強度的信號了，第三級有可能出現(xiàn)信號飽和，但距離較遠時，必須采用三級放大。合理調(diào)節(jié)電位器r27，選擇比較基準電壓，可使測量更加準確和穩(wěn)定。