隨著社會經(jīng)濟的不斷進步和高科技的飛速發(fā)展，在日常工作和生活中，汽車已成為人們理想的交通工具。汽車在帶給人們方便的同時，也使得交通事故頻繁發(fā)生，并由此造成了人員傷亡及經(jīng)濟財產(chǎn)的損失，因此汽車駕駛的安全性已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點。汽車的碰撞安全技術(shù)是汽車安全技術(shù)中最難也是最核心的部分，對公路交通事故的分析表明，80％以上的車禍?zhǔn)怯捎隈{駛員反應(yīng)不及引起，超過65％的車輛相撞屬于追尾相撞，其余則屬于側(cè)面相撞。為了減少汽車事故的發(fā)生，給擁有汽車的用戶提供安全感，研制一種簡單可靠，使用方使，能自動檢測距離，發(fā)現(xiàn)汽車距離障礙物小于安全距離時給駕駛員發(fā)出報警提醒的安全系統(tǒng)具有實際意義。由于超聲波檢測具有快速準(zhǔn)確性等優(yōu)點，因此，本設(shè)計采用超聲波檢測芯片來實現(xiàn)碰撞預(yù)警功能。
1 汽車防碰撞報警器硬件設(shè)計
根據(jù)產(chǎn)品性價比和實際需要，選用中易電測研究所研制的智能化超聲波測距集成電路芯片SB5027，它采用CMOS制造工藝，片內(nèi)具有比較器，標(biāo)準(zhǔn)40 kHz超聲波發(fā)生器以及回波響應(yīng)脈沖接收器，集有動態(tài)數(shù)碼顯示信息輸出、操作鍵盤、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設(shè)定等功能。將SB5027用作距離檢測時有以下特點：動態(tài)數(shù)碼跟蹤顯示；可以對距離上限、中限、下限值等參數(shù)設(shè)定；可以對距離、時間、定時等報警允許參數(shù)設(shè)置；最大量程及最小分辨率均由用戶設(shè)置；支持增值測距功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。系統(tǒng)由超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、鍵盤顯示電路、核心功能芯片，輔助電路(復(fù)位電路和晶振電路)及報警電路等組成。
1．1 超聲波測距原理
超聲波測距的基本原理同聲納回聲定位法的原理基本相同。超聲波發(fā)生器不斷的發(fā)出40 kHz超聲波，遇到障礙物反射回反射波，超聲波接收器接收到反射波信號，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦枴y出發(fā)射出去的發(fā)射波與收到的反射波的時間差T，即可求出距離：
S＝(1／2)CT
式中：C為超聲波音速，又：
式中：y為氣體的絕熱體積系數(shù)(空氣為1．4)；p為氣體的氣壓(海平面為1．013×106Pa)；釓為氣體的密度(空氣為1．29 kg／m3)。
對于1 L空氣，質(zhì)量為m，體積為v，密度p=m／v。
故：
式中：R為摩爾氣體常數(shù)；T為絕對溫度。
由于y，R，m均為已知常數(shù)，故聲速C僅與溫度有關(guān)，若溫度T不變，則聲音在空氣中的速度與氣壓無關(guān)。在O℃時C0=331．45 m／s。對于任意溫度，有：
1．2 聲光報警、無線信號發(fā)射和接收電路設(shè)計
汽車防碰撞報警檢測，采用超聲波傳感器。超聲波傳感器由超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路組成。超聲波發(fā)射電路由施密特觸發(fā)器、變壓器、發(fā)射傳感器T探頭組成。由于SB5027內(nèi)部有標(biāo)準(zhǔn)40 kHz的超聲波發(fā)生器，所以直接引其內(nèi)部信號(由引腳SONICOUT引出)，但是該信號較弱，在發(fā)射電路部分還必須將信號放大。此信號經(jīng)過兩個施密特反向觸發(fā)器串接，同時通過分壓電阻使NPN型晶體管VT導(dǎo)通，并把輸出端的電壓脈沖信號反饋到變壓器上，經(jīng)過升壓變壓器將電壓信號增大，來驅(qū)使發(fā)射型T40 傳感器向外發(fā)射40 kHz的超聲波，電路圖如圖2所示。
超聲波信號接收處理是測距系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于超聲波接收電路將探頭輸出的微弱信號放大到足夠驅(qū)動，控制后級電路，所以接收電路主要解決接收信號的表面會出現(xiàn)漫反射現(xiàn)象，因此接收電路主要解決接收信號的穩(wěn)定性，即接收信號的自動增益控制問題。由于發(fā)射信號接觸物體表面的一部分比較弱，同時由于被測距離的遠近會引起反射信號幅度上的不均等。為消除上述缺陷的影響，接收電路應(yīng)具有信號放大和自動增益控制功能。設(shè)計中選用芯片LM331來完成電壓／頻率的裝換。超聲波接收器R將接收到的反射波通過電容和電阻濾波后經(jīng)過LM331轉(zhuǎn)換成電壓，再經(jīng)兩個反向施密特觸發(fā)器串接將LM331裝換過來的電壓放大整形后送至SB5027的ECHO IN端，電路圖如圖3所示。
