【正文】 有后視鏡，但不可避免的都存在一個(gè)后視盲區(qū)。倒車?yán)走_(dá)的發(fā)明是迫在眉睫的，是必不可少的設(shè)備。經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展，倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了六代技術(shù)改良，不管從結(jié)構(gòu)外觀上，還是從性能價(jià)格上，這六代產(chǎn)品都各有特點(diǎn)，使用較多的是數(shù)碼顯示、熒屏顯示和魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)這三種。 “倒車請(qǐng)注意”！想必不少人還記得這種聲音，這就是倒車?yán)走_(dá)的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有少部分商用車還在使用。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。倒車時(shí)，如果車后 ～ 處有障礙物，蜂鳴器就會(huì)開始工作。但沒有語(yǔ)音提示，也沒有距離顯示，雖然司機(jī)知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠(yuǎn)，對(duì)駕駛員幫助不大。這代產(chǎn)品比第二代進(jìn)步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由 3 種顏色來(lái)區(qū)別：綠色代表安全距離，表示障礙物距離有 以上；黃色代表警告距離，表示障礙物距離只有~；紅色代表危險(xiǎn)距離，表示障礙物距離只有不到 ，必須停止倒車。第四代：液晶屏動(dòng)態(tài)顯示。不用掛倒檔，只要發(fā)動(dòng)汽車，顯示器上就會(huì)出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。第五代：魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)。魔幻鏡倒車?yán)走_(dá)可以把后視鏡、倒車?yán)走_(dá)、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項(xiàng)功能整合在一. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手起，并設(shè)計(jì)了語(yǔ)音功能，是目前市面上最先進(jìn)的倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。而且顏色款式多樣，可以按照個(gè)人需求和車內(nèi)裝飾選配。第六代產(chǎn)品在第五代的基礎(chǔ)上新增了很多功能：外觀上看，比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看 DVD 影像。因此初步計(jì)劃實(shí)在室內(nèi)小范圍的測(cè)試，限定在 米左右。其發(fā)射電路通常分為調(diào)諧式和非調(diào)諧式。在非調(diào)諧式電路中沒有調(diào)諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固定參數(shù)決定，頻帶較寬。發(fā)射電壓從理論上說(shuō)是越高越好，因?yàn)閷?duì)同一支發(fā)射傳感器而言，電壓越高，發(fā)射的超聲功率就越大，這樣能夠在接受傳感器上接受的回波功率就比較大，對(duì)于接受電路的設(shè)計(jì)就相對(duì)簡(jiǎn)單一些。通常采用改變阻尼電阻的方法來(lái)改變發(fā)射強(qiáng)度。接收部分就是有兩級(jí)放大電路，檢波電路及鎖相環(huán)構(gòu)成，其中包括雜波抑制電路。超聲波發(fā)射單片機(jī)LED 數(shù)碼管顯示鍵盤控制超聲波接收放大 比較. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 超聲波測(cè)距 超聲波測(cè)距原理超聲波測(cè)距是通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差 t,然后求出距離 S=Ct/2，式中的 C 為超聲波波速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。圖 22 即為超聲波測(cè)距的具體流程圖。當(dāng)聲波受到尺寸大于其波長(zhǎng)的目標(biāo)物體阻擋時(shí)就會(huì)發(fā)生反射；反射波稱為回聲。這就是本系統(tǒng)的測(cè)量原理。這樣可以求出距離： ??21TCS?? 555 時(shí)基電路振蕩產(chǎn)生 40Hz 的超聲波信號(hào)。對(duì)于接收到的回波，超聲波在空氣介質(zhì)的傳播過(guò)程中會(huì)有很大的衰減，其衰減遵循指數(shù)規(guī)律。T 2T 1. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手經(jīng)以上分析，超聲波回波的幅值在傳播過(guò)程中衰減很大，收到的回波信號(hào)可能十分微弱，要想判斷捕獲到的第一個(gè)回波確定準(zhǔn)確的接受時(shí)間，必須對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行足夠的放大，否則不正確的判斷回波時(shí)間，會(huì)對(duì)超聲波測(cè)量精度產(chǎn)生影響。超聲波在大氣中傳播的速度受介質(zhì)氣體的溫度、密度及氣體分子成分的影響，即：（22 ）?sRTCM?由上式知，在空氣中，當(dāng)?shù)芈曀僦粵Q定于氣體的溫度，因此獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)貧鉁乜梢杂行У奶岣叱暡y(cè)距時(shí)的測(cè)量精度。 此公式一般能為聲速的換算提供較為準(zhǔn)確的結(jié)果。因此提高超聲波測(cè)量精度的重中之重就是獲得準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)芈曀?。此外，?dāng)要求測(cè)距誤差小于 1mm 時(shí)，假定超聲波速度C=344m/s(20℃室溫) ，忽略聲速的傳播誤差。根據(jù)以上過(guò)計(jì)算可知，在超聲波的傳播速度是準(zhǔn)確的前提下，測(cè)量距離的傳播時(shí)間差值精度只要在達(dá)到微秒級(jí)，就能保證測(cè)距誤差小于 1mm 的誤差。 超聲波的傳播速度主要受空氣密度所的影響，空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快，而空氣的密度又與溫度有著密切的關(guān)系。 提高精度的方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1) 溫度校正的方法提高測(cè)距精度 由上述的誤差分析知，如果能夠知道當(dāng)?shù)販囟?，則可根據(jù)公式 (23) 求出當(dāng)?shù)芈曀?，從而能夠獲得較高的測(cè)量精度。采用熱敏電阻、熱電耦、集成溫度傳感器都可以獲得較為準(zhǔn)確的溫度值。 DS18B20 采用了 DALASS 公司的 1WIRE 總線專利技術(shù)，能夠僅在占用控制器一個(gè) I/O 口的情況下工作（芯片可由數(shù)據(jù)線供電） ，極大的方便了使用者的調(diào)試使用，而且其在－10 ℃～＋85℃的工作環(huán)境下可以保持177。 通過(guò) DS18B20 芯片獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由 1WIRE 總線傳至 MCU，由軟件進(jìn)行聲速換算。 STC12C5410 采用了低成本、低功耗、強(qiáng)抗干擾設(shè)計(jì)，并且在最高支持 48MHz 的前提下能夠?qū)崿F(xiàn) 1 個(gè)時(shí)鐘機(jī)械周期的運(yùn)行速度。(2) 標(biāo)桿校正的方法提高測(cè)距精度 在復(fù)雜環(huán)境下，如果難于獲得環(huán)境溫度，或者不便獲得環(huán)境溫度時(shí)，如果仍舊要求較高的測(cè)量精度，我們采用所謂標(biāo)桿校正的方法實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距精度的校正。T R 基平面（標(biāo)桿）超聲波測(cè)距裝置 被測(cè)物. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 24 標(biāo)桿校正的示意圖超聲波測(cè)距裝置首先測(cè)量距離已知為 h 的基平面（標(biāo)桿）聲波往返所用的時(shí)間，而后由測(cè)得的時(shí)間和距離 h 根據(jù)公式(23) 求出當(dāng)?shù)芈曀?。因此，只用為測(cè)距設(shè)備設(shè)定“標(biāo)定”和“測(cè)量”兩種狀態(tài)，即能夠?qū)崿F(xiàn)溫度校正所能實(shí)現(xiàn)的高精度測(cè)距功能。此時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)放大器的放大倍數(shù)會(huì)降低，甚至沒有放大作用，這種現(xiàn)象稱為阻塞。根據(jù)阻塞區(qū)內(nèi)的缺陷回波高度對(duì)缺陷進(jìn)行定量評(píng)價(jià)會(huì)使結(jié)果偏低，有時(shí)甚至不能發(fā)現(xiàn)障礙物，這時(shí)需要注意的。因此，在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，加在接收放大器輸入端的發(fā)射信號(hào)幅值仍具有一定的幅值高度，可以達(dá)到限幅電路的限幅電平 VM；另一方面，接收探頭上接收到的各種反射信號(hào)卻遠(yuǎn)比發(fā)射信號(hào)小，即使是離探頭較近的表面反射回來(lái)的信號(hào)，也達(dá)不到限幅電路的限幅電平，當(dāng)反射面離探頭愈來(lái)愈遠(yuǎn)，接收和發(fā)射信號(hào)相隔時(shí)間愈來(lái)愈長(zhǎng)，其幅值也愈來(lái)愈小。 超聲波傳感器超聲波由于其指向性強(qiáng)、能量消耗緩慢、傳播距離較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往北比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在測(cè)控系統(tǒng)的研. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手制上得到了廣泛應(yīng)用。目前常用的超聲傳感器有兩大類，即電聲型與流體動(dòng)力型。流體動(dòng)力性中包括有氣體與液體兩種類型的哨笛。壓電傳感器屬于超聲傳感器中電聲型的一種。壓電材料分為晶體和壓電陶瓷兩類。其具有下列的特性：把這種材料置于電場(chǎng)之中，它就產(chǎn)生一定的應(yīng)變；相反，對(duì)這種材料施以外力，則由于產(chǎn)生了應(yīng)變就會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生一定方向的電場(chǎng)。因此，用這種材料可以制成超聲傳感器。當(dāng)壓電晶片受發(fā)射電脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖，是逆壓電效應(yīng)。前者用于超聲波的發(fā)射，后者即為超聲波的接收。這種超聲傳感器需要的壓電材料較少，價(jià)格低廉，且非常適用于氣體和液體介質(zhì)中。也就是說(shuō)，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f0交流電壓，它就會(huì)產(chǎn)生同頻率的機(jī)械振動(dòng)，這種機(jī)械振動(dòng)推動(dòng)空氣等媒介，便會(huì)發(fā)出超聲波。壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際上是利用壓電晶體的諧振類工作的，超聲波發(fā)生. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 25 所示，它有兩個(gè)壓電晶片的一個(gè)共振板，當(dāng)它的兩級(jí)外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板的振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。壓電陶瓷晶片有一個(gè)固定的諧振頻率，即中心頻率 f0。這樣，超聲傳感器才有較高的靈敏度。利用這一特性可制成各種頻率的超聲傳感器。金屬網(wǎng)也是起保護(hù)作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。（1） 頻率特性壓電晶片電極 共振板. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 26 超聲波傳感器的升壓能級(jí)和靈敏度圖 26 是超聲波發(fā)射傳感器的升壓能級(jí)和靈敏度。而在 40KHz 兩側(cè)，聲壓能級(jí)迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率 40KHz 的交流電壓來(lái)激勵(lì)。曲線在40KHz 處曲線最尖銳，輸出電信號(hào)的振幅最大，即在 40KHz 處接收靈敏度最高。超聲接收傳感器的頻率特性曲線和輸出端外接電阻 R 也有很大關(guān)系，如果 R 很大，頻率特性是尖銳共振的，并且在這個(gè)共振頻率上靈敏度很高。并且最大靈敏的向稍低的頻率移動(dòng)?？紤]到實(shí)際工程測(cè)量的要求，可以選用超聲波頻率 f = 40KHz，波長(zhǎng)λ = 。但離開超聲傳感器的空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果（衍射） ，卻有指向性。超聲傳感器的指向角一般為 40 度到 80 度，本設(shè)計(jì)要求傳感器的指向角為 75 度。 超聲波發(fā)射電路超聲波發(fā)射電路包括超聲波產(chǎn)生電路和超聲波發(fā)射電路兩個(gè)部分，探頭（又稱“超聲波換能器” ）選用壓電式，可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產(chǎn)生超聲波。這種方法的特點(diǎn)是充分利用軟件，靈活性好，但需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流 100mA 以上的驅(qū)動(dòng)電路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路，但缺點(diǎn)是靈活性低。40KHz 的超聲波是利用 LC 震蕩電路振蕩產(chǎn)生的，其振蕩頻率計(jì)算公式如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手脈沖發(fā)射采用軟件方式，利用 AT89S51 的 口發(fā)射 40 kHz 的方波信號(hào)，經(jīng)過(guò) 74HC04 放大后輸出到超聲波換能器，產(chǎn)生超聲波。對(duì)于 HC 類型，其工作電壓為 2～6 V，它具有高抗擾度，可以兼容直接輸入 LSTTL 邏輯信號(hào)和 CMOS 邏輯輸入等特點(diǎn)。電路圖如圖 31 所示。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，這時(shí)它就是一個(gè)超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極問(wèn)未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收換能器。U4A74ALS04 U4B74ALS04U4C74ALS04U4D74ALS04U4E74ALS04LS1TX(F)R81KR91KVCCP10圖 31 超聲波發(fā)射電路 超聲波檢測(cè)接收電路 集成電路 CX20226A. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手集成電路 CX20226A 是一款紅外接收的專用芯片，常用于電視紅外遙控器。適當(dāng)?shù)母淖?C3 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。它還可廣泛用于視頻系統(tǒng)、家用電器遙控電路以及通信系統(tǒng)等。CX20226A 可用來(lái)完成遙控信號(hào)，CX20226A 是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外解調(diào)集成電路，采用 8 腳單列直插式塑料超小型封裝，+5v 供電，內(nèi)部含可前置放大、自動(dòng)偏置、限幅放大、通帶攄波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路。 圖 32 集成電路 CX20226A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖CX20226A 的引腳注釋：（1） l 腳：超聲波信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為 40kΩ。增大電阻 R 或減小 C，將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。（3） 3 腳：該腳與 GND 之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為 。（5） 5 腳：該腳與電源端 VCC 接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率 f0，阻值越大，中心頻率越低。（6） 6 腳： 該腳與 GND 之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為 330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。（8） 8 腳： 電源正極，～5V。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對(duì)應(yīng)的型號(hào)，關(guān)鍵是頻率要一致，本設(shè)計(jì)采用與發(fā)射端同型號(hào)的壓電式超聲波傳感器