汽车的声学定位器。方案、说明

汽车声学定位器。无线电电子电气工程百科全书

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倒车行驶时，汽车驾驶员看不到道路空间的某一区域。该区域的长度长达两米，人或动物以及干扰运动的物体都可以在其中。现代技术的成就使得能够创建特殊的设备来查看指定的空间并通知驾驶员如果在汽车的路径中遇到任何物体。借助脉冲声学定位可以最好地解决这个问题。构建此类设备的成功尝试是已知的（例如，参见 Siga X.，Mizutani S.“汽车电子简介”一书。-M.：Mir，1989）。但由于复杂性和成本高，这些定位器尚未得到广泛应用。

为读者提供的声学定位器基于 Z8 微控制器。它简单、方便无线电爱好者重复。经过适当的程序和设计的细化，它可以作为盲人不可或缺的助手、安全装置、业余钓鱼者的便携式回声测深仪、非接触式液位指示器等。

定位器示意图如图1所示。 86. 其基础是微控制器（MK）Z0208E1PSC（DDXNUMX）。

汽车声学定位器

MK的外部定时电路由频率为1 MHz的石英谐振器ZQ8和电容器C3组成。 C4。超声波发射器BQ3直接连接到MK的P2端口的引脚。发射器输入端的激励电压幅度为 10 V。脉冲串的持续时间为 1 ms。超声波接收器BQ1接收到的反射信号被馈送到由晶体管VT1-VT3构成的三级谐振放大器的输入端。具有 2.5 V 恒定分量的信号从其输出馈送到内置比较器 MK 的非反相输入 (P32)。 2.7V的示例性电压从分压器R1R3提供至比较器(RZZ)的反相输入。这确保了在接收到的干扰水平上选择有用的反射信号。参考电压电路还受到限流二极管 VD1 和电容器 C1 的干扰保护。二极管 VD2 和 VD3 将反射信号的瞬时值限制在 0 和 5 V 的水平。BQ2 压电发射器产生声音信号，警告驾驶员在不可见区域存在障碍物。通过电阻R16直接连接到MK的P2端口引脚。

定位器由汽车倒车信号灯的 12 ± 2.5 V 电压供电。芯片 DA1 将电源电压稳定在 5 V 的水平，这是 MK 正常运行所必需的。装置的电源电路中装有滤波器，由电容器C2、C8、C13和电阻器R6组成。

定位器的工作原理是发射超声波频率脉冲串，然后接收障碍物反射的信号。从发射时刻到接收反射信号的时刻的时间与到物体的距离成正比。根据距离，定位器会生成两种警告声音之一：如果小于 1 m，则会频繁发出突发音，如果在 1 到 2 m 之间，则很少发生。超过2m距离，没有声音信号。反射信号的等待时间为 60 ms，之后发射下一个脉冲串并重复该过程。

该设备的操作通过图 [1] 进行了更详细的解释，如图 2 所示。 XNUMX 它包括四个顶点 - 状态：发送（TRANSFER） - 形成超声波脉冲串； PRESS (SUPPRESSION) - 抑制余音发射器；等待（WAITING）——等待反射信号和计数（CALCULATION）——计算到物体的距离。

汽车声学定位器

图中弧线所示的状态之间的转换是由以下直接（用一个字母表示）和间接（与转换一致的两个字母）事件引起的： t（定时器 - 定时器）- MK 定时器的操作，c（比较器 - 比较器）- MK 比较器的操作，ws（等待 - 发送）- 等待反射信号的结束，cs（计数 - 发送）- 到物体的距离计算结束和 pw（按下 - 等待）- 抑制结束时间倒计时。

当电源打开时，设备自动复位并初始化SEND状态。该状态的主要功能是形成持续时间为 1 ms 的超声波脉冲串。触发后，MK 计时器会将设备置于 PRESS 状态，在该状态下，设备不会响应接收到的反射信号。保持在该状态的持续时间由定时器操作的次数决定，该次数可以根据所使用的超声波换能器的类型而改变。在抑制时间倒计时结束时，下一个定时器操作将使器件进入等待状态。

在 WAIT 状态下，定位器等待有用的反射信号的到达，该信号会触发 MK 比较器。记忆从发送到接收有用信号并转换到 COUNT 状态的时间。 WAIT状态下的计时过程是通过MK定时器每毫秒的操作来同步的。如果在此状态下 60 ms 后 MK 比较器不工作，器件将再次切换到 SEND 状态。当比较器触发时，它进入 COUNT 状态。

在 COUNT 状态下，定位器以 60 ms 的时间间隔继续计数。然后，根据之前记录的从发送信号到接收到信号的时间，计算到物体的距离。根据计算结果，设备控制以所需的“信号暂停”间隔发出声音信号。计算完成后，进入SEND状态。此外，重复操作循环，任何小尺寸的陶瓷和氧化物电容器都可以用于定位器。线圈L1绕制在直径为8、绕制段长度为7mm的单节统一框架上。微调器-铁氧体（100НН），直径2,8，长度12毫米。线圈包含 860 匝，用 0,15 的 PEL 线逐匝缠绕（电感 4.4 mH）。电阻器 R2 - SP5-2 或任何其他小型多匝微调器。压电陶瓷发声器 BQ2 - ЗП-22 或类似产品。晶体管VT1。 VT3 - KT3102 系列中的任何一个。 VT2 - KT3107 系列中的任何一个。

BQ3 超声波发射器和 BQ1 接收器相同。在作者的版本中，使用了业界生产的Echo-2安全设备的超声波换能器；可以使用任何合适的压电陶瓷换能器，包括自制的，具有相同的工作频率在36...38 kHz范围内[2]。连接时采用进口DJK连接器（其DJK-2MR插座安装在板上，连接电缆配有DJK-2F插头）。

代码“固件”ROM MK 显示在表中。程序代码量为 242 字节。

（点击放大）

在结构上，定位器由电子单元以及相同设计的发射器和接收器组成。 3.

汽车声学定位器

该板放置在由JSC“诺夫哥罗德机械制造厂”制造的无线电设计师“Communication Device”的塑料盒中。定位器组装后的外观如图所示。 4.

汽车声学定位器

为了减少发射器对超声波接收器的声学影响，它们的声学路径被制成喇叭的形式。此外，喇叭将换能器的相对高阻抗与相当低的负载阻抗（即空气（3））相匹配。最有效的指数变幅杆，其横截面积按规律S\u0d S0em变化，其中S是变幅杆距换能器x距离处的横截面积，S0是变幅杆入口（在x\u35d 0,17处）的面积，即\u的表面积对于1b换能器，m是变幅杆的膨胀系数，它取决于工作频率（对于XNUMX kHz m = XNUMX mm-XNUMX）。

在家里，最简单的方法是制作一个喇叭，其横截面为圆形。已知圆的面积为 πD2/4，使用上述公式计算距换能器不同距离 x 处的变幅杆直径（x 可限制为 15...20 mm）。然后，根据获得的值，在纸上绘制喇叭的纵向轮廓，并用厚纸板或锡制成模板。喇叭本身就是使用这种硬质泡沫模板制成的。成品喇叭的表面涂有油漆，以赋予其更好的声学性能。为了防止大气作用，喇叭被放置在配有支架的保护盖中，用于安装在汽车后保险杠上。使用塑料接线盒作为外壳很方便。支架由钢板制成。外壳和喇叭之间的间隙填充有环氧树脂，整个结构覆盖有多层耐候合成瓷漆。

安装设备首先要检查安装是否可靠连接以及是否存在短路。在安装 MK 之前，建议检查稳压器和超声波信号放大器的运行情况。为此，请连接电源并测量 MK 面板引脚 5 处的电压。应在 5 ± 0.3 V 范围内。然后测量 MK 面板端子 9 处的恒定电压（2.5 V ± 10%）。将电压表连接到其输出 10. 使用微调电阻器 R2 将电压设置为比第一个电压高 0.2 ... 0.3 V。另外，将示波器的输入连接到MK面板的9号端子，将频率为37kHz、幅度为3mV的正弦信号加到放大器的输入上，在示波器屏幕上观察到幅度为4.5V的信号，通过调节L1线圈的电感，在指定频率下获得最大增益。

之后，在关闭电源的情况下，将预编程的 MC 安装在面板中，并将设备连接到发射器和接收器。如果上电后设备不工作，请将示波器输入端（输入电阻至少为10MΩ）连接到DD2微电路的XTAL6端子（第1脚），检查MK时钟发生器是否被激励。如果没有频率为 8 MHz 的正弦波形振荡，则表明发电机不是自励磁的。此时，需要检查石英谐振器ZQ1和电容C3、C4。

安装在汽车上时，定位器将放置在乘客舱内，超声波换能器将放置在后保险杠上，彼此之间的距离至少为 0.6 m。通过更改该距离，定位器工作区域的宽度等于 2 m。您还可以调整该区域的宽度。

文学

Gladshtein M. 我们在微控制器上设计设备。 - 收音机。 2000 年，第 11 页。 25. 26：第 12 页。 18-21。
超声波换能器。埃德。 E.菊池。 - M：和平。 1972 年。
Bergman L.超声及其在科学技术中的应用。 - M.：外国文学，1956年。

作者：M.Gladstein, M.Sharov

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当然，这样的钥匙链比一般的钥匙链播放器要大一些，但不会大很多。整体尺寸为 100x45x25 毫米，重量 - 80 克。在功能方面，它不逊于 PCI 版本的电视接收器，包括与其同时展示的 QSTV2004 板。

调谐器可以接收米和分米范围内的节目并输出分辨率高达 720x240 像素的视频。提供天线输入、S-Video 输入、音频输入和迷你插孔（3,5 毫米）音频输出。但是由于USTV2004是面向日本市场的，所以不支持PAL或SECAM，只支持NTSC。但是，如果新产品被认为是成功的，Canopus 很可能会发布对其他标准的修改或简单地将适当的固件放在网站上。

与外部 CD 或 DVD 驱动器一样，该设备在与 USB 端口一起使用时也有限制。有了它，它将提供仅 320x240 像素的分辨率。除了几条电缆和一个 S-Video 适配器外，USTV2004 还配有一个遥控器（比调谐器本身大）。

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