倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)研究

常 君

（東軟集團(tuán)（大連）有限公司，大連 116085）

司機(jī)在倒車的過(guò)程中有一定的視覺(jué)盲區(qū)，導(dǎo)致倒車的時(shí)候很容易發(fā)生安全事故，司機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)倒車進(jìn)行把握，并且作出清楚的判斷，利用超聲波的測(cè)距工作原理，可以有效的鎖銷司機(jī)倒車的盲區(qū)，根據(jù)倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)的提示，進(jìn)行操作，有效的減小因?yàn)榈管嚦霈F(xiàn)交通安全事故的概率。

1 整體設(shè)計(jì)

該倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)可以看做是由三個(gè)部分組成的，分別是收發(fā)一體式的超聲波測(cè)距探頭模塊，數(shù)據(jù)接收處理模塊以及聲光報(bào)警模塊。汽車后方的超聲波發(fā)生器會(huì)發(fā)出頻率為40 kHz 的脈沖，這一脈沖如果在汽車倒車的過(guò)程中碰到障礙物，就會(huì)反射回來(lái)，超聲波的接收器就會(huì)接收到，并且計(jì)算出這一過(guò)程中需要的時(shí)間，從而推斷出超聲波到障礙物往返的時(shí)間，超聲波的速度是已知的，就可以計(jì)算出汽車和障礙物之間的距離。當(dāng)汽車和障礙物的距離很小，已經(jīng)超過(guò)了安全距離，那么預(yù)警系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)進(jìn)行警示，如果距離還在不斷的縮小，警報(bào)的頻率就會(huì)增大，讓駕駛員能夠得到安全提示，根據(jù)提示進(jìn)行倒車，具體系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)的框架如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 超聲波放大驅(qū)動(dòng)電路

對(duì)于硬件電路的設(shè)計(jì)，需要從三部分進(jìn)行，分別是超聲波放大驅(qū)動(dòng)電路、超聲波信號(hào)處理接收電路以及聲光報(bào)警電路。采用傳感器作為收發(fā)一體式超聲波測(cè)距探頭模塊來(lái)作為超聲波放大驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)，用40kHz 的脈沖進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)頻率為40 kHz，定時(shí)器脈沖的寬度為250 μs，由外部引腳輸出8組載波為40kHz 的脈沖，脈沖信號(hào)經(jīng)由三極管放大，之后再進(jìn)入諧振電路，該諧振電路是由中周組成的。這一諧振電路是具有選頻的能力的，這也是該電路的一大特點(diǎn)，通過(guò)這一電路可以將系統(tǒng)的頻率成分進(jìn)行保留，將其他沒(méi)有用的頻率過(guò)濾掉，有效屏蔽其他信號(hào)的干擾，提高系統(tǒng)的精度和靈敏度。

2.2 超聲波信號(hào)處理接收電路

系統(tǒng)的最終的工作效果取決于超聲波信號(hào)處理接收電路的設(shè)計(jì)，信號(hào)處理接收電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行有效的篩選，對(duì)其他波的干擾進(jìn)行屏蔽，保障信號(hào)的靈敏度。因此，本文對(duì)超聲波信號(hào)的處理采用了多路反饋的有源帶通濾波器電路的方式。帶通濾波器在中心頻率上，抑制回波信號(hào)的能力最弱，對(duì)信號(hào)的衰減作用，濾波器最小，系統(tǒng)的靈敏性較好，抗干擾能力較強(qiáng)。電阻和超聲波接收傳感器的頻率特性曲線關(guān)系很大，如果電阻比較大，那么電路中的上下限的截止頻率就比較接近，帶寬也比較小，可以很好的處理雜波信號(hào)，頻率的選擇性也很強(qiáng)。如果電阻比較小，那么帶寬就會(huì)很大，對(duì)信號(hào)的選擇性就會(huì)很低，因此要關(guān)注帶寬的大小，才能夠選擇出合適的中心頻率。

2.3 顯示報(bào)警電路

很多成熟的應(yīng)用和模塊都可以應(yīng)用在顯示報(bào)警電路上，這樣的現(xiàn)實(shí)報(bào)警電路可以很好的在串口協(xié)議的支持下，發(fā)出具體的方位和距離，告訴報(bào)警系統(tǒng)。這些數(shù)據(jù)可以讓報(bào)警模塊對(duì)信息進(jìn)行分析，發(fā)出報(bào)警的警告，在適合的頻率中，從而達(dá)到警示駕駛員的效果。駕駛員根據(jù)顯示報(bào)警電路發(fā)出的警報(bào)，及時(shí)的對(duì)車輛進(jìn)行合適的操作，從而安全的完成倒車的過(guò)程，有效的避免安全事故的發(fā)生。

3 仿真試驗(yàn)對(duì)比測(cè)試

在設(shè)計(jì)好電路之后，可以對(duì)其進(jìn)行仿真試驗(yàn)的對(duì)比測(cè)試，利用Multisim12.0進(jìn)行仿真測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果如圖2所示。根據(jù)圖2的顯示，系統(tǒng)電路可以對(duì)頻率進(jìn)行選擇，中心頻率是符合要求的。示波器的觀察下，當(dāng)輸入壓信號(hào)值為1.8mV 時(shí)，要想得到帶通濾波頻率的幅值特性曲線，如圖3所示，需要對(duì)輸入頻率信號(hào)的大小進(jìn)行連續(xù)的調(diào)節(jié)。由曲線可以看出，測(cè)試的結(jié)果和仿真試驗(yàn)的結(jié)果一致，都有比較好的性能和效果。

圖2 仿真曲線

圖3 帶通濾波器頻率幅值特性曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的倒車防撞預(yù)警系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，電路也不復(fù)雜，對(duì)雜波的抗干擾能力好，在這一過(guò)程中也不會(huì)因?yàn)殡s波的影響，降低信號(hào)的靈敏度，仿真試驗(yàn)和測(cè)試都顯示出了很好的性能，這一電路設(shè)計(jì)是合理的。目前倒車?yán)走_(dá)在遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生誤報(bào)頻發(fā)的現(xiàn)象，采用這樣的倒車防撞系統(tǒng)電路，可以很好的避免這一問(wèn)題，商業(yè)應(yīng)用價(jià)值很高。