基于DSP和模糊逻辑技术的超声波干扰探测器US0012

２．２ 工作原理

ＵＳ００１２超声波干扰探测器的内部电路框图如图２所示。该器件内部包括时钟振荡器、调制器／驱动器、前置放大器（Ａ）、４０ｋＨｚ带通滤波器、可编程自动增益控制（ＡＧＣ）放大器、包络线探测器、Ａ／Ｄ转换器、控制逻辑、数字信号处理器（ＤＳＰ）、模糊逻辑鉴相器（ＦＬＴ）和多路报警器。电路工作时，先将ＴＸ１、ＴＸ２端输出的４０ｋＨｚ短脉冲串通过发送器发射出去，当接收器接收到车辆内部的回波后，系统便将该脉冲串送至超声波干扰探测器进行模拟信号调理，然后通过Ａ／Ｄ转换器转换成数字信号送给ＤＳＰ进行数字信号处理，最后经过基于ＦＬＴ的鉴相器把真正的干扰从自然干扰或所允许的其他干扰中鉴别出来并启动相应的报警输出。ＵＳ００１２的接收端（ＲＸ）可接受０．１ｍＶ～１０ｍＶ的交流峰值电压，该端的输入阻抗为２００ｋΩ。ＵＳ００１２采用推挽输出驱动方式，它能在０．６ｍｓ的短时间内发出一个超声波脉冲串，脉冲峰－峰值可达１０Ｖ，发射周期为４４．４ｍｓ。由于该脉冲的占空比很小，因此，其平均电流应非常小。实际上，只需５０μＡ的电流即可产生超声波脉冲串。脉冲串与回波的时序波形如图３所示。

    将ＴＰ端悬空或在此端加一个正脉冲均可完成上电复位功能，以对芯片进行初始化。ＵＳ００１２超声波干扰探测器所需的时钟频率可由晶振电路产生，亦可由微处理器来提供。

下面是器件中主要单元电路的工作原理。

（１）模拟信号调理电路

模拟信号调理电路包括前置放大器、４０ｋＨｚ带通滤波器、自动增益控制放大器和包络线控制器。器件工作时，首先对接收到的回波信号进行前置放大，再通过中心频率为４０ｋＨｚ的带通滤波器滤除噪声，然后经过可编程ＡＧＣ放大器使输出信号保持在固定的偏压上，最后利用包络线探测器从中提取回波信息。设计时，ＣＡＰ端需要接一只外部电容，以保持包络线探测器的输出偏压。

（２）数字信号处理器及模糊逻辑鉴相器

鉴于许多外部因素（例如光照、在挡风玻璃或车厢顶部形成的空气流、穿过车窗的风）都会影响车辆内部超声波的发射与接收，因此要确定一个真正的干扰，就必须对回波波形中的特征参数以及参数之间的关系进行分析。为解决这一技术难题，ＵＳ００１２超声波干扰探测器中专门固化了根据从许多测试现场采集到的实验数据而制定的探测标准。为达到上述探测标准，首先应使用ＤＳＰ对数字化以后的回波进行处理，然后用一个模糊逻辑鉴相器不断地检查这些参数如何变化，以及它们之间的相关性，最终确定是否探测到了真正的干扰。

图4

    （３）自检

刚上电时，若ＳＡＳ为１，则立即进入自检模式，以自动检查芯片是否正常工作，同时检查上电过程是否过于缓慢以及ＯＳＣＩＮ端的时钟信号是否引起初始化错误。一旦发现电路出现异常情况，系统将从ＷＡＲＮ端和ＬＥＤ端分别输出一个持续时间为４．４ｓ的低电平信号。用户只需在ＬＥＤ端接上ＬＥＤ即可观察到自检结果。故障排除后，ＬＥＤ又恢复正常闪烁状态。

（４）灵敏度调整

针对不同的干扰及车辆运行情况，用户可自行调整超声波干扰探测器的灵敏度。利用ＳＥＮＳ１和ＳＥＮＳ０端的数字信号对ＡＧＣ进行编程可选择４种不同的灵敏度，详见表１。

表1 灵敏度方法设定

（５）自动调整灵敏度

自动调整灵敏度的英文缩写为ＳＡＳ（Ｓｅｌｆ－Ａｄ-ｊｕｓｔｉｎｇ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ），这是ＵＳ００１２超声波干扰探测器的一项独特功能。它能根据当