倒車防撞預警系統電路設計研究

常 君

（東軟集團（大連）有限公司，大連 116085）

司機在倒車的過程中有一定的視覺盲區，導致倒車的時候很容易發生安全事故，司機無法準確的對倒車進行把握，并且作出清楚的判斷，利用超聲波的測距工作原理，可以有效的鎖銷司機倒車的盲區，根據倒車防撞預警系統的提示，進行操作，有效的減小因為倒車出現交通安全事故的概率。

1 整體設計

該倒車防撞預警系統的整體設計可以看做是由三個部分組成的，分別是收發一體式的超聲波測距探頭模塊，數據接收處理模塊以及聲光報警模塊。汽車后方的超聲波發生器會發出頻率為40 kHz 的脈沖，這一脈沖如果在汽車倒車的過程中碰到障礙物，就會反射回來，超聲波的接收器就會接收到，并且計算出這一過程中需要的時間，從而推斷出超聲波到障礙物往返的時間，超聲波的速度是已知的，就可以計算出汽車和障礙物之間的距離。當汽車和障礙物的距離很小，已經超過了安全距離，那么預警系統就會發出警報進行警示，如果距離還在不斷的縮小，警報的頻率就會增大，讓駕駛員能夠得到安全提示，根據提示進行倒車，具體系統的整體設計的框架如圖1所示：

圖1 系統整體設計框圖

2 硬件電路設計

2.1 超聲波放大驅動電路

對于硬件電路的設計，需要從三部分進行，分別是超聲波放大驅動電路、超聲波信號處理接收電路以及聲光報警電路。采用傳感器作為收發一體式超聲波測距探頭模塊來作為超聲波放大驅動電路系統，用40kHz 的脈沖進行驅動，驅動頻率為40 kHz，定時器脈沖的寬度為250 μs，由外部引腳輸出8組載波為40kHz 的脈沖，脈沖信號經由三極管放大，之后再進入諧振電路，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，通過這一電路可以將系統的頻率成分進行保留，將其他沒有用的頻率過濾掉，有效屏蔽其他信號的干擾，提高系統的精度和靈敏度。

2.2 超聲波信號處理接收電路

系統的最終的工作效果取決于超聲波信號處理接收電路的設計，信號處理接收電路設計的關鍵在于對回波信號進行有效的篩選，對其他波的干擾進行屏蔽，保障信號的靈敏度。因此，本文對超聲波信號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，抑制回波信號的能力最弱，對信號的衰減作用，濾波器最小，系統的靈敏性較好，抗干擾能力較強。電阻和超聲波接收傳感器的頻率特性曲線關系很大，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，頻率的選擇性也很強。如果電阻比較小，那么帶寬就會很大，對信號的選擇性就會很低，因此要關注帶寬的大小，才能夠選擇出合適的中心頻率。

2.3 顯示報警電路

很多成熟的應用和模塊都可以應用在顯示報警電路上，這樣的現實報警電路可以很好的在串口協議的支持下，發出具體的方位和距離，告訴報警系統。這些數據可以讓報警模塊對信息進行分析，發出報警的警告，在適合的頻率中，從而達到警示駕駛員的效果。駕駛員根據顯示報警電路發出的警報，及時的對車輛進行合適的操作，從而安全的完成倒車的過程，有效的避免安全事故的發生。

3 仿真試驗對比測試

在設計好電路之后，可以對其進行仿真試驗的對比測試，利用Multisim12.0進行仿真測試，測試的結果如圖2所示。根據圖2的顯示，系統電路可以對頻率進行選擇，中心頻率是符合要求的。示波器的觀察下，當輸入壓信號值為1.8mV 時，要想得到帶通濾波頻率的幅值特性曲線，如圖3所示，需要對輸入頻率信號的大小進行連續的調節。由曲線可以看出，測試的結果和仿真試驗的結果一致，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 結束語

本文設計的倒車防撞預警系統原理簡單，電路也不復雜，對雜波的抗干擾能力好，在這一過程中也不會因為雜波的影響，降低信號的靈敏度，仿真試驗和測試都顯示出了很好的性能，這一電路設計是合理的。目前倒車雷達在遠距離探測時經常會發生誤報頻發的現象，采用這樣的倒車防撞系統電路，可以很好的避免這一問題，商業應用價值很高。