倒車障礙檢測系統對盲區內障礙物的探測

　　倒車障礙檢測系統所采用的超聲波傳感器技術可以探測到附近的障礙物,為駕駛員提供倒車警告和輔助泊車功能,其原理是利用超聲波探測倒車路徑上或附近存在的任何障礙物,并及時發出警告。所設計的檢測系統可以同時提供聲光并茂的聽覺和視覺警告,其警告表示是探測到了在盲區內障礙物的距離和方向。這樣，在狹窄的地方不管是泊車還是開車，借助倒車障礙報警檢測系統，駕駛員心理壓力就會減少，并可以游刃有余地采取必要的動作。

　　而這種PIC l8F8490微控制器與超聲波傳感器很便宜，并且可以用在眾多車型上。

　　那什么是基于超聲波傳感器的倒車障礙檢測系統呢？為此應先了解超聲波傳感器的有關技術問題。

　　超聲波傳感器系統構成與工作程式(見圖1所示)

　　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)、控制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,換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超聲波能量并向空中幅射;而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成, 換能器接收超聲波產生機械振動,將其變換成電能量,作為傳感器接收器的輸出,從而對發送的超聲波進行檢測.而實際使用中,用發送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的陶瓷振子.控制部分主要對發送器發出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數及探測距離等進行控制.超聲波傳感器的電源(或稱信號源)可用 DC12V±10%或 24V±10%.

　　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,于是發送 40KHz頻率的超聲波,其超聲波以疏密形式傳播(疏密程度可由控制電路調制),其超聲波波形見圖1所示,并傳給超聲波接收器.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,則產生一面為”+”極,另一面為”-“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,工作于串聯諧振,即諧振頻率fr處阻抗Zr最低,故能供給最大功率,能用較大振動傳感器;而對接收傳感器而言,工作于并聯諧振,即諧振頻率fα處阻抗Zα最高,難供大功率,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.

　　倒車撿測障礙糸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,迂到障礙后反射被接收傳感器的換能器接收并轉換成電信號,見圖2所示. 其傳播介質為空氣.

　　基于超聲波微控制器技術的倒車障礙檢測系統設計方案

　　圖3為汽車倒車障礙檢測系統設計方案框圖。

　　設計方案包括:IC1主控器-為用Microchip的 PIC l8F8490微控制器作為汽車倒車障礙檢測系統的主控器;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。

　　用微控制器作為檢測系統的主控器

　　微控制器是倒車檢測系統的核心。而Microchip的PIC l8F8490微控制器它非常適合于汽車車身控制這類應用。因它是一種有片上 LCD驅動控制模塊功能的閃存、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控制器、兩個 PWM、兩個比較器和四個定時器,見圖3中間IC1所示。因此它是倒車檢測超聲波傳感器應用的高集成解決方案的主控部分。該微控制器采用納瓦技術，實現電源管理功能，可以顯著提高功效和系統可靠性,可滿足包括在休眠模式下驅動LCD顯示在內的低功耗設計要求。其系列產品可針對不同的嵌入式控制應用提供高達192段LCD的驅動，備有各種封裝尺寸和集成特性。

　　關于系統精度的提高

　　溫度傳感器消除該項誤差，由于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系統精度。反射信號的額外增益級對增加探測范圍和提高精度也有幫助。

　　結束語

　　上述類型的汽車倒車障礙檢測系統設計方案是微控制器和超聲波傳感器相結合的應用技術,是提高駕駛安全與體驗的一個解決方案。由于系統可以識別駕駛盲區內的障礙物，司機駕駛起來會更加得心應手。

　　通過方案比較,該基于微控制器技術倒車障礙物撿測系統比單純用硬件電路系統(例內置有發送接收電路的LM1812芯片及外圍電路組成的撿測系統)要方便靈活得多,因為可用充分發揮軟件技術的優勢,既可根據運行與泊車環境需要增加功能又替代很多硬件電路,使倒車障礙物撿測系統更可靠準確。