倒車(chē)障礙檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)盲區(qū)內(nèi)障礙物的探測(cè)
倒車(chē)障礙檢測(cè)系統(tǒng)所采用的超聲波傳感器技術(shù)可以探測(cè)到附近的障礙物,為駕駛員提供倒車(chē)警告和輔助泊車(chē)功能,其原理是利用超聲波探測(cè)倒車(chē)路徑上或附近存在的任何障礙物,并及時(shí)發(fā)出警告。所設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)可以同時(shí)提供聲光并茂的聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)警告,其警告表示是探測(cè)到了在盲區(qū)內(nèi)障礙物的距離和方向。這樣，在狹窄的地方不管是泊車(chē)還是開(kāi)車(chē)，借助倒車(chē)障礙報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)，駕駛員心理壓力就會(huì)減少，并可以游刃有余地采取必要的動(dòng)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(chē)型上。
那什么是基于超聲波傳感器的倒車(chē)障礙檢測(cè)系統(tǒng)呢？為此應(yīng)先了解超聲波傳感器的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。
超聲波傳感器系統(tǒng)構(gòu)成與工作程式(見(jiàn)圖1所示)
由發(fā)送傳感器(或稱(chēng)超聲波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱(chēng)超聲波接收器)、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)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(dòng)能量轉(zhuǎn)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(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),將其變換成電能量,作為傳感器接收器的輸出,從而對(duì)發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測(cè).而實(shí)際使用中,用發(fā)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(duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制.超聲波傳感器的電源(或稱(chēng)信號(hào)源)可用 DC12V±10%或 24V±10%.
若對(duì)發(fā)送傳感器內(nèi)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(jù)所加高頻電壓極性伸長(zhǎng)與縮短,于是發(fā)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(diào)制),其超聲波波形見(jiàn)圖1所示,并傳給超聲波接收器.接收器是利用壓電效應(yīng)的原理,即在壓電元件上施加壓力,使壓電元件發(fā)生應(yīng)變,則產(chǎn)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(jìn)行放大。
根據(jù)超聲波傳感器等效電路與阻抗特性可知,對(duì)發(fā)送傳感器而言,工作于串聯(lián)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(dòng)傳感器;而對(duì)接收傳感器而言,工作于并聯(lián)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(hào),所以fα 處用作傳感器其靈敏度高.
倒車(chē)撿測(cè)障礙糸統(tǒng)超聲換能器的工作方式為反射式,,即發(fā)送傳感器換能器發(fā)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(zhuǎn)換成電信號(hào),見(jiàn)圖2所示. 其傳播介質(zhì)為空氣.
基于超聲波微控制器技術(shù)的倒車(chē)障礙檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
圖3為汽車(chē)倒車(chē)障礙檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖。
設(shè)計(jì)方案包括:IC1主控器-為用Microchip的 PIC l8F8490微控制器作為汽車(chē)倒車(chē)障礙檢測(cè)系統(tǒng)的主控器;發(fā)送部份(即發(fā)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(qū)動(dòng)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(cè)系統(tǒng)的主控器
微控制器是倒車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)的核心。而Microchip的PIC l8F8490微控制器它非常適合于汽車(chē)車(chē)身控制這類(lèi)應(yīng)用。因它是一種有片上 LCD驅(qū)動(dòng)控制模塊功能的閃存、電源管理的單片機(jī),即運(yùn)行速率為10MIPS-10百萬(wàn)指令每秒(MIPS),16KB閃存存儲(chǔ)器、768字節(jié)RAM,具有一個(gè)LCD控制器、兩個(gè) PWM、兩個(gè)比較器和四個(gè)定時(shí)器,見(jiàn)圖3中間IC1所示。因此它是倒車(chē)檢測(cè)超聲波傳感器應(yīng)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(shù)，實(shí)現(xiàn)電源管理功能，可以顯著提高功效和系統(tǒng)可靠性,可滿(mǎn)足包括在休眠模式下驅(qū)動(dòng)LCD顯示在內(nèi)的低功耗設(shè)計(jì)要求。其系列產(chǎn)品可針對(duì)不同的嵌入式控制應(yīng)用提供高達(dá)192段LCD的驅(qū)動(dòng)，備有各種封裝尺寸和集成特性。
關(guān)于系統(tǒng)精度的提高
溫度傳感器消除該項(xiàng)誤差，由于當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)超聲波的傳播速度也隨之改變，這將會(huì)引起測(cè)距誤差。利用溫度傳感器TCl047A測(cè)量空氣溫度再送主控器中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，即可消除該項(xiàng)誤差。
改善接收器LC帶通濾波器效果，可以增加信號(hào)保真度和系統(tǒng)精度。反射信號(hào)的額外增益級(jí)對(duì)增加探測(cè)范圍和提高精度也有幫助。
結(jié)束語(yǔ)
上述類(lèi)型的汽車(chē)倒車(chē)障礙檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是微控制器和超聲波傳感器相結(jié)合的應(yīng)用技術(shù),是提高駕駛安全與體驗(yàn)的一個(gè)解決方案。由于系統(tǒng)可以識(shí)別駕駛盲區(qū)內(nèi)的障礙物，司機(jī)駕駛起來(lái)會(huì)更加得心應(yīng)手。
通過(guò)方案比較,該基于微控制器技術(shù)倒車(chē)障礙物撿測(cè)系統(tǒng)比單純用硬件電路系統(tǒng)(例內(nèi)置有發(fā)送接收電路的LM1812芯片及外圍電路組成的撿測(cè)系統(tǒng))要方便靈活得多,因?yàn)榭捎贸浞职l(fā)揮軟件技術(shù)的優(yōu)勢(shì),既可根據(jù)運(yùn)行與泊車(chē)環(huán)境需要增加功能又替代很多硬件電路,使倒車(chē)障礙物撿測(cè)系統(tǒng)更可靠準(zhǔn)確。
