前言
儘管每輛汽車都有後視鏡，但不可避免地都存在一個後視鏡的盲區，倒車雷達則可一定程度幫助駕駛員掃除視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛安全性。上一節已經分析清倒車雷達的語音模組（上一節），本節將深入分析測距模組的設計。
一、倒車雷達的發展
第0代倒車雷達：“倒車請注意”！只要司機掛上倒檔，它就會響起。（然並卵）
第1代倒車雷達：在距車1.5~1.8m處有障礙物，蜂鳴器就會工作，距離越近蜂鳴器越急促。（沒有顯示，考驗司機耳力）
第2代倒車雷達：數碼管顯示距離數字，3色波段綠、黃、紅分別表示安全、警告、危險。（視覺化，但不美觀）
第3代倒車雷達：採用液晶屏繪製一個汽車，實時動態顯示周圍障礙物距離，抗干擾不強。（美觀，效能下降）
第4代倒車雷達：綜合前面幾代的雜交體，效能和美觀都有提高，價格稍高。（綜合體）
第5代倒車雷達：整合影音系統，土豪專用，後有攝像頭。（高階機型）
ps:左為第2代產品，右為第5代產品
二、雷達測距原理
即使是上面的第5代土豪套餐也是基於超聲波測距的，和某些採用多探頭或攝像頭進行三維重建進行剎車安全制動方案想比，只是小巫見大巫。這裡只介紹基於40kHz的超聲波測距方案。
>_<: （為何一般都選取40kHz？）不要拿蝙蝠導航來忽悠我（我小時候就知道了）！那時候我們知道蝙蝠採用超聲波能在黑暗的山洞裡自由飛翔，這裡的超聲波是頻率超過20kHz的聲波。超聲波的波長很短因此具有一些類似光線的物理性質：①超聲波類似光線，遵循幾何光學的規律，具有反射、折射現象，也能聚焦，因此可以利用這些性質進行測量、定位、探傷等處理，在傳播中與聲速相同；②超聲波波長很短，與發射器、接收器的尺寸相當，由發射器發射出來的超聲波不向四面八方發散，而成為方向性很強的波束，波長俞短方向性越強，因此超聲用於探傷、水下探測，有很高的分辨能力，能分辨出非常微小的缺陷或物體；③能夠產生窄脈衝，為了提高探測精度和解析度。要求探測訊號的脈衝極窄，但是一般脈衝寬度時波長的幾倍，超聲波波長短，因此可以作為窄脈衝訊號發生器；④功率大，超聲波能夠產生並傳遞強大的能量。聲波作用於物體時，物體的分子也要隨著運動，其振頻率和作用的聲波頻率一樣，頻率越高，分子運動速度越快，物體獲得的能量正比於分子運動速度的平方。超聲頻率高，固可給出大頻率。正是由於聲波在空氣中傳播，隨頻率上升衰減加大&&20K以下不是超聲波&&頻率越高方向性越強，所以取個折中40kHz。
>_<: （超聲波測距原理）聲波在其介質中被定義為縱波。當聲波收到尺寸大於其波長的目標物體阻擋會發生反射，反射波成為回聲。假設聲波在介質中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標而後返回聲源的時間可以測量得到，那就可以計算從聲波到目標的距離，這便是超聲波測距的原理。
ps:還記得初中做過的那個傻瓜級的問題嘛
ps:而現在高大上的東西也不過如此
>_<: （一體探頭和非一體探頭）優點是：單探頭計算距離公式比較簡單，而雙探頭要一些修正；探頭多了，經濟成本和故障概率變大；單探頭一般是防水的。缺點是：靈敏度很差，當測量距離很遠時，為了增大發射功率，需採用特殊形式的大功率發射換能器，但這樣的換能器接收靈敏度一般很低；需要收發隔離控制，否則會燒燬電路；盲區較多。
三、測距電路方案對比
採用回波的原理進行距離的測量的電路方案相差不大，本質都是由40kHz方波生成電路、矩形波放大電路、回波檢測電路，主要區別在於各個廠家採用不同方法進行實現（當然，如上一篇中所說還有溫度檢測模組）。
>_<: （方案一：行家說這是打擦邊球，不過親測效果不錯）該方案一般採用普通微控制器如51系列產生40kHz方波，採用反相器進行矩形波放大，回波檢測採用CX20106A晶片。之所以說是擦邊球是因為：超聲波接收電路主要由CX20106A和超聲波換能器構成，CX20106A是一款紅外的專用晶片，考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距的超聲波頻率40KHz較為接近，故利用它製作超聲波檢測接收電路。而行家們一般自己設計標準的40kHz的檢測電路（想比這個擦邊球，自己設計就麻煩許多啦）！
在我的自制超聲波平面定位儀的章節裡（第一篇、第二篇、第三篇、第四篇）已經詳細介紹：
（傳送部分）這裡採用51微控制器產生40kHz的方波，通過CD4011BE進行反向，如果僅僅如此大家會發現測距的量程很短，於是採用MAX232對訊號進行放大（這樣效果就非常好了！！！）
（接收部分）這裡採用CX20106A晶片，也就是不正規的方案，不過效果不錯~
>_<: （方案二：採用專用晶片GM3101）
（概述）GM3101是專用於倒車雷達的超聲波測距晶片，該晶片提供4路超聲波探頭的驅動，並根據超聲波特性和倒車雷達的使用環境進行了一系列智慧化處理，在保證超聲波測距精確性基礎上，更加強了報警功能的準確性和實用性。測試結果編碼後採用雙線差分方式輸出，提高了訊號傳輸的抗干擾性。GM3101可為倒車雷達系統提供最簡單的單晶片控制方案，替代現有的微控制器控制方案。 該晶片的優勢在於儘可能地為倒車雷達系統提高整合度，減少外圍元件。同時該晶片的功能滿足高階和通用性的要求，使用者利用該組晶片既可以生產高效能的整機產品，還可以靈活設定其產品的報警方式。 全硬體方式實現系統功能， 既降低了使用者的開發難度， 更對系統效能有了顯著的提高。[QFP44 封裝]
（晶片特性）① 電源電壓：5V，工作環境溫度：-40℃ ~+85℃；② 四路超聲波探頭介面，探頭髮送驅動訊號5V@2mA；③ 報警訊號編碼輸出，報警訊號包括：各探頭檢測到的障礙物距離危險等級訊號、最近障礙物方位訊號、最近障礙物距離訊號及附加訊息，訊號電平5V；④ 檢測結果輸出週期80ms；⑤ 具有防聲波衍射誤報處理，提高報警訊號的準確性；⑥ 具有環境適應功能，提高報警功能的實用性；⑦ 具有智慧識別功能，可以忽略小物體，防止誤報警；⑧ 報警訊號輸出採用雙線差分方式，提高抗干擾性；⑨ 帶防扒車報警功能
（結構效能）GM3101提供4路超聲波探頭介面，晶片通過探頭髮送和接收超聲波訊號，根據傳送和接收的時間差計算障礙物的距離，輸出相應報警訊號。報警訊號編碼後採用雙線差分方式輸出，輸出訊號的內容包括：各探頭檢測到的障礙物距離的危險等級、最近障礙物的方位、最近障礙物的距離值和附加訊息。最大輸出距離為 3.15 米，輸出精度為 0.05 米。
（工作週期）晶片接通電源後，探頭驅動引腳向超聲波探頭髮送驅動訊號，驅動超聲波探頭髮送超聲波訊號，驅動訊號傳送完畢後晶片等待訊號返回；探頭接收到超聲波訊號後，將訊號送入晶片，進行訊號放大處理，記錄訊號傳送和接收的時間差，根據此時間差計算障礙物距離，控制報警訊號輸出。超聲波探頭驅動採用分時順序的驅動方式，即依次對 4 個探頭輪流進行驅動，一個探頭的工作週期內要包括髮送和接收兩種操作。4 個探頭檢測完成構成一個檢測週期。若前一探頭在本工作週期內沒有接收到返回的超聲波訊號，則晶片也轉入控制下一個探頭的工作。
（工作模式選擇）本晶片具有倒車模式和扒車模式，可以通過MODE引腳設定：低電平或懸空為倒車模式；高電平為扒車模式
（倒車模式資料格式）報警訊號以資料包形式輸出，每個資料包3個位元組：
- 第一位元組高四位為起始標誌，用於說明此報警資料是倒車模式下的資料還是扒車模式下的資料，倒車模式是“0101”，扒車模式是“1010”。第一位元組的低兩位用於輸出附加訊息，輸出資料指示1或4探頭是否進入環境適應模式，S1表示探頭1是否進入環境適應模式，“1”表示進入環境適應模式，“0”表示正常倒車模式；S4 表示探頭4是否進入環境適應模式，“1”表示進入環境適應模式，“0”表示正常倒車模式。第四位 SX1 和第三位SX0 表示最近障礙物的方位，00 表示是探頭1方向，01表示是探頭2方向，10表示是探頭3方向，11 表示是探頭4 方向。
- 第二個位元組：如圖SXA和SXB表示X號探頭檢測到的障礙物的危險等級，危險等級分為安全、警告、危險、停車4 級，分別用 00、01、10、11 表示。例如第二位元組資料為“10010000”，表示第一個探頭檢測到危險狀態，第二個探頭檢測到警告狀態，第三和第四個探頭為安全狀態。
- 第三位元組：輸出最近障礙物的距離值，資料格式如圖所示，DA1和DA0表示最近障礙物距離的第一位資料，按BCD編碼，最大值為3；DB0~DB3表示最近障礙物距離的第二位資料，按BCD編碼，最大值為9；DC0 表示第三位資料，0表示0，1表示5。其中最高位預設為 1。
（扒車模式資料格式）在防扒車功能狀態下，晶片只檢測 0.6 米距離內有無物體。防扒車模式下資料輸出週期也是 80ms。
- 報警訊號輸出與倒車模式下輸出的方式一致，也採用雙線差分方式，以標準非同步格式、波特率 4800bps的方式傳輸。防扒車模式下，輸出的資料包包括1個位元組，資料格式如圖所示，高四位為起始標誌，用於說明此報警資料是倒車模式下的資料還是防扒車模式下的資料，倒車模式是“0101”，扒車模式是“1010”。低四位指示方位，SX 位為1則表示X號探頭檢測到近距離障礙物，SX 為0則表示沒有檢測到近距離障礙物。
（典型應用）下面是一個完整的方案，包括將車載12V電壓轉換為雷達工作電壓的電路[左上]，四個超聲波探頭電路[左中]，GM3101及其附屬電路[中間]
四、小結
洋洋灑灑，又到半夜！今天下午剛考完現代控制工程（這樣忙碌的期末就算搞定啦）-> 給寢室來個清理門戶 -> 和小夥伴談辦公房子的選定的事 -> 和挺喜歡的妹子聊人生——
她：“你覺得我要多長時間能達到年薪100W?”
我：“灰常累，至少6~10年”
她：“感覺好久哦！”
我：“是這樣的~”
她：“雖然其實光看時間還好”
她：“可是我感覺我等不起”
她：“我年紀大了，家裡人肯定要我結婚生小孩...”
我：“誰都等不起，但要一步一步來”
她：“然後一切都白費了...”
即使是YY也會聊著聊著碰觸我們心底偷偷藏起的擔憂，有時候阻礙我們的其實是很多不可抗因素帶來的心有餘而力不足的無奈。年輕人要受制於各種無形的經濟壓力而無法自由快樂的生活，等不了的不是十幾年，而是一去不見的青春。我周身，即使是有為的青年皆若此！本文字來是談技術的，只是突然傷懷感慨一下而已！
哈哈，樓主其實是超級看得開的！俺寫的東西能給人幫助俺就很開心、俺設計的產品讓使用者稱讚俺就滿意、俺能團結一批優秀的人幹一點熱血沸騰的事就沒有虛度青春~（最後說一下哦：不要過於對上面YY對話進行咬文嚼字，夢想是要有的，萬一逆襲了呢？哈哈！）
連結
[1] AT89S51 微控制器在汽車倒車雷達設計中的應用(張涵)(張濤)CX20106A型：http://pan.baidu.com/s/1mgy28BY
[2] 汽車倒車雷達系統的設計(汪曉紅)GM3101型：http://pan.baidu.com/s/1c0EXXRE
[3] 汽車倒車雷達系統全接觸(劉海峰)型號介紹：http://pan.baidu.com/s/1jGAHXsi
[4] GM3101資料手冊：http://pan.baidu.com/s/1jG9wcYE
其他資料（私用）：http://pan.baidu.com/s/1nt9pReT
