倒車雷達（Car Reversing Aid Systems）的全稱是“倒車防撞雷達”，也稱“泊車輔助裝置”，是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高了安全性。

系統(tǒng)工作原理

倒車雷達只需要在汽車倒車時工作，為駕駛員提供汽車后方的信息。由于倒車時汽車的行駛速度較慢，和聲速相比可以認為汽車是靜止的，因此在系統(tǒng)中可以忽略多普勒效應的影響。在許多測距方法中，脈沖測距法只需要測量超聲波在測量點與目標間的往返時間，實現(xiàn)簡單，因此本系統(tǒng)采用了這種方法。

如圖1所示，駕駛員將手柄轉到倒車檔后，系統(tǒng)自動啟動，超聲波發(fā)送模塊向后發(fā)射40kHz的超聲波信號，經障礙物反射，由超聲波接收模塊收集，進行放大和比較，單片機AT89C2051將此信號送入顯示模塊，同時觸發(fā)語音電路，發(fā)出同步語音提示，當與障礙物距離小于1m、0.5m、0.25m時，發(fā)出不同的報警聲，提醒駕駛員停車。

硬件設計

1、超聲波發(fā)送模塊設計

超聲波發(fā)送器包括超聲波產生電路和超聲波發(fā)射控制電路兩個部分，超聲波探頭（又稱“超聲波換能器”）選用CSB40T，可采用軟件發(fā)生法和硬件發(fā)生法產生超聲波。前者利用軟件產生40kHz的超聲波信號，通過輸出引腳輸入至驅動器，經驅動器驅動后推動探頭產生超聲波。這種方法的特點是充分利用軟件，靈活性好，但需要設計一個驅動電流在100mA以上的驅動電路。第二種方法是利用超聲波專用發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產生超聲波信號，并直接驅動換能器產生超聲波。這種方法的優(yōu)點是無須驅動電路，但缺乏靈活性。

本設計采用第一種方法產生超聲波，電路設計如圖2所示。40kHz的超聲波是利用555時基電路振蕩產生的。其振蕩頻率計算式為f=1.43/((R 9+2·R 10)·C 5)。將R 10設計為可調電阻的目的是為了調節(jié)信號頻率，使之與換能器的40kHz固有頻率一致。為保證555時基具有足夠的驅動能力，宜采用+12V電源。CNT為超聲波發(fā)射控制信號，由單片機進行控制。

2、超聲波接收模塊設計

超聲波接收器包括超聲波接收探頭、信號放大電路及波形變換電路三部分。超聲波探頭必須采用與發(fā)射探頭對應的型號，關鍵是頻率要一致，本設計采用CSB40R，否則將因無法產生共振而影響接收效果，甚至無法接收。由于經探頭變換后的正弦波電信號非常弱，因此必須經放大電路放大。正弦波信號不能直接被單片機接收，必須進行波形變換。按照上面所討論的原理，單片機需要的只是第一個回波的時刻。接收電路的設計可采用專用接收電路，也可采用通用電路來實現(xiàn)，如圖3所示。

超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，通常在1mV～1V之間。當然，不同接收探頭的輸出信號強度存在差異。由于輸入信號的范圍較大，對放大電路的增益提出了兩個要求：一是放大增益要大，以適應小信號時的需要；二是放大增益要能變化，以適應信號變化范圍大的需要。另外，由于輸入信號為正弦波，因此必須將放大電路設計成交流放大電路。為減少負電源的使用，放大電路采用單電源供電，信號放大和變換采用了一片LM324通用運算放大器，前三級為放大器設計，后一級為比較器設計。LM324既可以雙電源工作，也可以單電源工作，因此能滿足使用要求。為滿足交流信號的需要，每一級的放大器均采用阻容電路進行電平偏移，即圖3中的C7、C21、C22和C24，容量均為10μF，實現(xiàn)單電源條件下交流信號的放大。對于交流信號而言，電容為短路，因此前三級放大電路的增益均為10。距離較近時，兩級放大的增益已能夠輸出足夠強度的信號了，第三級有可能出現(xiàn)信號飽和，但距離較遠時，必須采用三級放大。合理調節(jié)電位器R27，選擇比較基準電壓，可使測量更加準確和穩(wěn)定。

3、語音電路設計

語音報警是指當?shù)管嚴走_探測到的距離小于所設定的安全值時，發(fā)出聲音提醒駕駛員，語音電路設計如圖4所示。M3720是單聲一閃燈報警音效集成電路，芯片內存儲一種報警音效，可直接驅動蜂鳴器發(fā)聲或經外接功放三極管推動揚聲器放音，同時還能驅動一只LED閃爍。該芯片各引腳功能為：5腳VDD；1腳VSS分別為電源輸入端與負端，VDD電壓3～3.5V；8腳X和1腳Y分別為芯片外接振蕩電阻器；6腳TG為觸發(fā)控制端，低電平觸發(fā)有效；3腳BZ和2腳BB分別為報警音效輸出端，可直接外接壓電陶瓷蜂鳴器，如果驅動揚聲器則由3腳BZ端引出；4腳L為閃燈輸出端，可直接驅動LED發(fā)光。