那麼，什麼是基於超聲波傳感器的倒車障礙檢測係統呢
？為此應先了解超聲波傳感器的有關技術問題。
　　超聲波傳感器係統構成與工作程式
　　傳感器係統由發送傳感器(或稱超聲波發送器)、接收傳感器(或稱超聲波接收器)
、控製部分與電源部分組成。發送器傳感器由發送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超聲波能量並向空中輻射；而(er)接(jie)收(shou)傳(chuan)感(gan)器(qi)由(you)陶(tao)瓷(ci)振(zhen)子(zi)換(huan)能(neng)器(qi)與(yu)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)組(zu)成(cheng)，換(huan)能(neng)器(qi)接(jie)收(shou)超(chao)聲(sheng)波(bo)產(chan)生(sheng)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)，將(jiang)其(qi)變(bian)換(huan)成(cheng)電(dian)能(neng)量(liang)，作(zuo)為(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)收(shou)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)，從(cong)而(er)對(dui)發(fa)送(song)的(de)超(chao)聲(sheng)波(bo)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)。而(er)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)
，用(yong)發(fa)送(song)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)陶(tao)瓷(ci)振(zhen)子(zi)的(de)也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)做(zuo)接(jie)收(shou)器(qi)傳(chuan)感(gan)器(qi)社(she)的(de)陶(tao)瓷(ci)振(zhen)子(zi)。控(kong)製(zhi)部(bu)分(fen)主(zhu)要(yao)對(dui)發(fa)送(song)器(qi)發(fa)出(chu)的(de)脈(mai)衝(chong)鏈(lian)頻(pin)率(lv)、占空比及稀疏調製和計數及探測距離等進行控製。超聲波傳感器的電源(或稱信號源)可用DC12V±10%或24V±10%。


圖3：為用微控製器PIC18F8490作為主控製器（IC1）與發送超聲傳感器和接收超聲傳感器及LED 顯示器等組成倒車障礙檢測係統設計總框示意圖

　　若對發送傳感器內諧振頻率為40KHz的壓電陶瓷片(雙晶振子)施加40KHz高頻電壓，則壓電陶瓷片就根據所加高頻電壓極性伸長與縮短
，於是發送40KHz頻率的超聲波
，其超聲波以疏密形式傳播(疏密程度可由控製電路調製)，其超聲波波形見圖1所示，並傳給超聲波接收器。接收器是利用壓電效應的原理，即在壓電元件上施加壓力，使壓電元件發生應變，則產生一麵為”+”極
，另一麵為”-“極的40KHz正弦電壓。因該高頻電壓幅值較小
，故必須進行放大。
　　根據超聲波傳感器等效電路與阻抗特性可知，對發送傳感器而言
，工作於串聯諧振，即諧振頻率fr處阻抗Zr最低
，故能供給最大功率，可以用較大振動傳感器；而對接收傳感器而言，工作於並聯諧振，即諧振頻率fα處阻抗Zα最高，難以提供大功率，但阻抗Zα高就能得到較大振幅信號，所以fα處用作傳感器其靈敏度高。
　　倒車檢測障礙係統超聲換能器的工作方式為反射式，即發送傳感器換能器發射40KHz頻率的超聲波，遇到障礙後反射被接收傳感器的換能器接收並轉換成電信號，見圖2所示。其傳播介質為空氣。
　　基於單片機技術的倒車障礙檢測係統設計方案
　　圖3為汽車倒車障礙檢測係統設計方案框圖。
　　設計方案包括：IC1主控器-為用Microchip的PIC l8F8490微控製器作為汽車倒車障礙檢測係統的主控器、發送部份(即發送超聲波傳感器)與接收部份(即接收超聲波傳感器)、溫度傳感器(TC1047A)
、通信接口RS-232驅動器以及與LCD或LED顯示器等外圍電路組成。
　　微控製器是倒車檢測係統的核心。而Microchip的PIC l8F8490單片機非常適合於汽車車身控製。因它是一種有LCD驅動控製模塊功能的閃存和電源管理的單片機，即運行速率為10MIPS-10百萬指令每秒(MIPS)，16KB閃存存儲器
、768字節RAM，具有一個LCD控製器、兩個PWM
、兩個比較器和四個定時器，見圖3中間IC1所(suo)示(shi)。它(ta)是(shi)倒(dao)車(che)檢(jian)測(ce)超(chao)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)應(ying)用(yong)的(de)高(gao)集(ji)成(cheng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)主(zhu)控(kong)部(bu)分(fen)。該(gai)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)采(cai)用(yong)納(na)瓦(wa)技(ji)術(shu)，實(shi)現(xian)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)功(gong)能(neng)，可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)功(gong)效(xiao)和(he)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)，可(ke)滿(man)足(zu)包(bao)括(kuo)在(zai)休(xiu)眠(mian)模(mo)式(shi)下(xia)驅(qu)動(dong)LCD顯示在內的低功耗設計要求。其係列產品可針對不同的嵌入式控製應用提供高達192段LCD的驅動，備有各種封裝尺寸和集成特性。
　　發送器可以在1mS期間發送40KHz的脈衝方波。為了產生發射脈衝鏈，可以采用一個驅動器，以驅動超聲換能器。其驅動器是Microchip的TCl428 MOSFET驅動器（圖3左側所示）。因為實際超聲波傳感器特性的標準頻率均為40KHz，這樣發送器發送的40KHz脈衝方波鏈盡管是一個通用發送頻率，但並非超聲頻率固定不變，而是可以根據盲區範圍及障礙物遠近做出選擇，標準頻率(或稱中心頻率)愈高測距越短，而分辨率越高，常見超波傳感器標準頻率有30KHz
、4KHz
、75KHz等。
　　當發送器發送第一個脈衝定時器1開始計數。由於要求脈衝鏈的電壓振幅比係統電壓(+5V)高(這是由換能器所需信號源決定的)，所以這個發送器部分應含有一個升壓電路。這兒采用一種簡單的有效升高電壓的方式
，即使用Microchip的MCPl650升壓DC/DC控製器
，它隻需要一個電容
、一個電感和兩個電阻就可以輕鬆選擇需要的輸出電壓。主控器IC1中PWM1(脈寬調製器)的作用是調節升壓電路的輸出電壓為一恒定值。
　　接收器部分包括一個超聲波接收換能器、放大器

、濾波器和一個比較器，見圖3左側下所示。接收換能器的輸出是一個低振幅正弦波
，其頻率與發射脈衝鏈頻率相同。為了對換能器輸出的信號進行放大，可采用Microchip的MCP6293運算放大器。這個運算放大器的特點是，雖然封裝較小，但卻擁有10MHz的帶寬和引腳可選的低功耗模式。可將輸出信號傳送LC帶通濾波器電路(又稱振幅探測電路)，該帶通濾波器的中心頻率(標準頻率)與接收器的標準頻率40KHz相同。這個振幅探測電路的作用是將接收到的脈衝轉換為一個平滑
、完(wan)整(zheng)的(de)波(bo)形(xing)，其(qi)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)被(bei)過(guo)濾(lv)掉(diao)
，這(zhe)樣(yang)一(yi)個(ge)被(bei)探(tan)測(ce)到(dao)的(de)信(xin)號(hao)就(jiu)形(xing)成(cheng)了(le)。然(ran)後(hou)這(zhe)個(ge)信(xin)號(hao)被(bei)傳(chuan)送(song)到(dao)比(bi)較(jiao)器(qi)與(yu)衰(shuai)減(jian)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)。需(xu)要(yao)說(shuo)明(ming)的(de)是(shi)，該(gai)比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)是(shi)一(yi)個(ge)衰(shuai)減(jian)電(dian)壓(ya)(由RC阻容電路產生)，這樣該衰減參考就會隨時間不斷衰減接收到的信號。直至小於一個預先設定的距離值時，則定時器1停止計數。
　　可選用國產TC40-167R係列或MA40S2S(發送傳感器)、MA40S2R(接收傳感器)超聲波傳感器。其主要參數為(以TC40-167R為例):標準頻率40±0。1KHz;靈敏度(dB)≥-68;聲壓(dB)≥114;方向角(度)60;靜電容量/pf-2500;工作溫度(℃)-20℃--+70℃;有效距離≥15M
，反射接收有效距離為4M-7M。
　　倒車障礙物距離計算
　　jiancexitongzaitancedaozhangaiwushixiangjiashiyuanfachujinggao，erxinxingqichedaochezhangaijiancexitongkeyigenjushijishiyonghuanjingcaiyongduotaofasongyujieshouchaoshengbochuanganqilaikuodatancefanwei，congertigaoduizhangaiwudezhengquedu，jijiangjulizuijindezhangaiwutancedaobingzuochuxianshi
，gugaidaochezhangaiwujiancexitongdeLCD或LED顯示器顯示出的數字是最近障礙物的距離。
　　超聲波是以脈衝的形式向外發送的，脈衝頻率即中心頻率(或稱標準頻率)。PIC l8F8490主控器的定時器1(見圖3的IC1內所示)從發射第一個脈衝的上升沿時刻開始計數，直到主控器收到不斷衰減的接收信號小於設定值(即當距離小於一個預先設定值)時定時器1停止計數。因此，所測量出的時間間隔(發射信號和接收到的反射信號之間的時間差) △t 乘以聲速就等於被測距離L的兩倍(2△L)。若超聲波在溫度T時的傳播速度為V，則單片機(微控製器)就可以計算出汽車和障礙物之間的距離，其計算被測距離的公式為：


為此，隻要當距離小於一個預先設定值時
，係統就會有顯示並發出聲光報警信號。
　　提高倒車檢測係統性能與精度
　　換能器選擇與安裝
　　根據所需要的精度
、julihexitongchengben，youjizhongbutongdeshishifangankegongxuanze。huannengqidepinlvhegonglvyueda，jingdujiuyuegao。huannengqipinlvyuegao，qitijiyuexiao
，yejiushidexitongkeyigengjianbiandianzhuangdaoqicheshang。pinlvdidehuannengqiyeyouhaochu，qitancefanweigengda，gengrongyitancedaohuannengqizhouweidewuti。yizhongkejiangdiganraodelianjiajishushi，zaijieshouhuannengqizhouweijiayigen3厘米的管子，這樣就可以集中接收有效信號
，並增加方向性。
　　yingxiangxitongxingnengxiajiangdeyigezhongyaoyinsushi，zaifasheqiheyangshengqizhijiandechuanrao。zhiyoufashemaichongzaijieshouhuannengqizhongdezuoyongchedixiaoshi，jieshouxinhaocainengbeitancedao。zaizhelianggezujianzhijianjinkenengjianshaojixieouhehenzhongyao。kecaiyongdejishushi

，jiangmeigehuannengqianzhuangzaibutongdePCB上。如果它們共用一個基板，可以在換能器後麵放一塊薄的泡沫塑料。如果發射-接(jie)收(shou)運(yun)用(yong)單(dan)換(huan)能(neng)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，那(na)麼(me)應(ying)該(gai)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)在(zai)發(fa)射(she)之(zhi)後(hou)和(he)啟(qi)用(yong)接(jie)收(shou)部(bu)分(fen)之(zhi)前(qian)設(she)置(zhi)一(yi)個(ge)足(zu)夠(gou)長(chang)的(de)延(yan)遲(chi)。應(ying)該(gai)避(bi)免(mian)給(gei)換(huan)能(neng)器(qi)增(zeng)加(jia)任(ren)何(he)保(bao)護(hu)塗(tu)層(ceng)。所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)都(dou)能(neng)改(gai)進(jin)超(chao)聲(sheng)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)。
　　係統精度的提高
　　由於當環境溫度發生變化時超聲波的傳播速度也隨之改變
，這將會引起測距誤差。利用溫度傳感器TCl047A測量空氣溫度再送主控器中的A/D轉換器進行溫度補償，即可消除該項誤差。
　　改善接收器LC帶通濾波器效果，可以增加信號保真度和係統精度。反射信號的額外增益級對增加探測範圍和提高精度也有幫助。
　　結束語
　　上(shang)述(shu)類(lei)型(xing)的(de)汽(qi)車(che)倒(dao)車(che)障(zhang)礙(ai)檢(jian)測(ce)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)方(fang)案(an)是(shi)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)超(chao)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)應(ying)用(yong)技(ji)術(shu)，提(ti)高(gao)了(le)駕(jia)駛(shi)安(an)全(quan)。由(you)於(yu)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)識(shi)別(bie)駕(jia)駛(shi)盲(mang)區(qu)內(nei)的(de)障(zhang)礙(ai)物(wu)，司(si)機(ji)駕(jia)駛(shi)起(qi)來(lai)會(hui)更(geng)加(jia)得(de)心(xin)應(ying)手(shou)。
　　通過方案比較
，該檢測係統比單純用硬件電路係統(例如內置有發送接收電路的LM1812芯片及外圍電路組成的檢測係統)要(yao)方(fang)便(bian)靈(ling)活(huo)得(de)多(duo)，因(yin)為(wei)可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)軟(ruan)件(jian)技(ji)術(shu)的(de)優(you)勢(shi)，既(ji)根(gen)據(ju)運(yun)行(xing)與(yu)泊(bo)車(che)環(huan)境(jing)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)功(gong)能(neng)又(you)替(ti)代(dai)了(le)很(hen)多(duo)硬(ying)件(jian)電(dian)路(lu)，使(shi)倒(dao)車(che)障(zhang)礙(ai)物(wu)檢(jian)測(ce)係(xi)統(tong)更(geng)可(ke)靠(kao)準(zhun)確(que)。