Elektor

4/98

Früher, als es noch richtige Stoßstangen
gab, konnte man problemlos nach
“Gehör und Gefühl” einparken. Eine
ordentlich dicke und mit Gummi-Puf-
fern versehene Stoßstange konnte
einen kleinen Rempler schadlos über-
stehen.
Die modernen, in Wagenfarbe lackier-
ten Plastikteile, die heutzutage anstelle
der Stoßstangen getreten sind, sehen
zwar prima aus, sind aber sonst wei-
testgehend zweckfrei und erfüllen
höchstens noch die Anforderungen
von Designern und Werbestrategen
der Automobilkonzerne. Ein sachter
Stoß, ein kurzer Kratzer, und schon
muß ein neues und teures Ersatzteil
her.
Nicht nur die KFZ-Versicherungen kla-
gen über die rapide zunehmende Zahl
von solchen Bagatellschäden, als Ver-

Sucht und findet man in einer engen

Innenstadt einen freien Parkplatz, sollte man

ihn schnell füllen, ohne den fließenden Ver-

kehr allzusehr zu behindern und den stehen-

den zu beschädigen. Manche Hersteller lie-

fern deshalb ihre Neuwagen mit elektroni-

schen Einparkhilfen aus. Doch auch wer kein

neues PKW-Modell sein eigen nennt, muß

auf diesen nützlichen Luxus nicht verzichten.

Wir stellen ein Ultraschall-System vor, das

den Fahrer akustisch und optisch warnt,

wenn er einen Mindestabstand zu einem Hin-

dernis unterschreitet.

30

Park-Abstandswarner

f

Einparkhilfe mit Ultraschall

ursacher eines kleinen Remplers muß
man mit einer Menge Ärger und
einem zurückgestuften Schadenfrei-
heitsrabatt rechnen.
Um das Einparken zu erleichtern und
Schäden an den Fahrzeugen zu ver-
hindern, stellen wir eine elektronische
Einparkhilfe vor, die ein einfaches
Design mit einem zuverlässigen
Betrieb verbindet. Beim Zurücksetzen
ertönt ein Alarm, wenn ein Mindest-
abstand - einstellbar zwischen 30 cm
und 3 m - unterschritten wird.

D

A S

A

U G E D E S

H

E R R N

Der elektronische Abstandswarner
nutzt ein Ultraschall-Sender/Empfän-
ger-System, um Hindernisse zu detek-
tieren. Der Ultraschall breitet sich mit
einer im großen und ganzen konstan-
ten Geschwindigkeit von 340 m/s (in
trockener Luft bei 20

°C) aus, wird von

einem Hindernis reflektiert und
erreicht nach einer kurzen Zeit den
Empfänger. Die Zeitspanne, die zwi-
schen Senden und Empfangen liegt, ist
proportional zum Abstand zum Hin-
dernis.
Wie die Schaltung im Prinzip arbeitet,
zeigt Bild 1. Ein Rahmen-Generator
erzeugt in schöner Regelmäßigkeit
Impule (Bild 2, A), deren Breite für die
Dauer des Sendefensters maßgeblich
ist. Die Pausen zwischen den Impulsen
des Rahmengenerators wurden

bewußt lang gehalten, um Störungen

aufgrund von länger laufenden

Reflexionen zu vermeiden.

Der Rahmen-Generator schal-

tet einen 40-kHz-Generator an

und aus. Die Frequenz von 40

kHz ist für ein optimales Über-

tragungsverhalten genau auf die

Resonanzfrequenz des US-
Sender/Empfängers abgestimmt. Am
US-Sender erscheint ein Signal wie in
(B) gezeigt und wird in Schall umge-
setzt.
Die Detektion und korrekte Auswer-
tung des reflektierten Signals ist ein
wenig komplizierter. Zunächst wird
der Rahmen (A) um eine kurze, von
der Einstellung des Mindestabstands
abhängige Zeit verzögert (C). Im vier-
ten Kurvenzug (D) ist schließlich das
Empfangsfenster zu sehen. Nur in die-
sem Fenster eintreffende reflektierte
Signale spielen eine Rolle. Alle ande-
ren, die zwischen den Empfangsfen-
stern eintreffen, ignoriert die Schal-
tung.
Zum Empfang des reflektierten US-
Signals wird ein spezielles Empfänger-

modul eingesetzt.
Der darauf folgende
Verstärker hebt das
Signal nicht nur auf
einen für die Weiterverarbeitung gün-
stigen Wert an, sondern fungiert
gleichzeitig als Bandfilter und entfernt
Signale, die eine andere Frequenz als
etwa 40 kHz aufweisen. Das Bandfilter
wird vom Block Komparator abge-
schlossen, der das Signal mit steilen

Flanken bis an die Versorgungsspan-
nungsgrenzen ausstattet.
Der letzte Funktionsblock des
Abstandswarners ist der Detektor. Er
erhält ein Eingangssignal wie in (E).
Um immer noch vorhandene Störun-
gen endgültig zu beseitigen, kontrol-

31

Elektor

4/98

Rahmen-

Generator

Verzögerung

Empfangs-

fenster

Detektor

40-kHz-

Generator

Verstärker

Empfänger

980030 - 12

Sender

Komparator

1

Bild 1. Das Blockschaltbild des Park-
Abstandswarners. Aus der Verzöge-
rung des Senderahmens wird der Min-
destabstand abgeleitet.

Rahmen

IC2b

6

Sende-
fenster

IC2a

3

Verzögerung

IC2c

9

Empfang-

fenster

IC2d

12

Komparator

IC1f

12

Detektor

IC1d

9

Ausgang

IC1e

10

t

980030 - 13

2

Bild 2. Anhand der
Impulsdiagramme
wird die Funktion der
Schaltung deutlich.

A

B

C

D

E

F

G

32

Elektor

4/98

R1

150k

R2

5k6

R3

470

Ω

R7

82k

R10

120k

R12

1k

R14

1k8

R13

2M2

R16

120k

R17

150k

R19

100

Ω

R22

56k

R5

390k

R4

1k

R6

1k2

R8

1k

R9

2k2

R11

1k8

R15

3k9

R18

330k

R20

1k2

C1

10p

C5

10n

C2

1n

C3

470n

C4

470n

C6

33n

C7

470n

C10

100n

C11

100n

C15

100n

C17

100n

C18

100n

C8

1n

C13

3n3

R21

100k

C9

10

µ

10V

C12

220

µ

10V

C14

100

µ

25V

C16

10

µ

10V

4k7

P1

100k

P3

P2

47k

1

2

1

IC1a

3

4

1

IC1b

5

6

1

IC1c

9

8

1

IC1d

11

10

1

IC1e

13

12

1

IC1f

1

2

3

IC2a

&

9

10

8

IC2c

&

12

13

11

IC2d

&

4

5

6

IC2b

&

D1

1N

D2

1N4148

D3

1N4148

D4

1N4148

D5

D6

D7

1N4001

T1

BC557B

BZ2

BZ1

X1

2

3

1

IC3a

6

5

7

IC3b

L1

10

µ

H

D8

1N4001

D9

15V
1W3

7806

IC4

IC3

8

4

IC1

14

7

IC2

14

7

12V

6V

12V

4148

IC2 = 74HC132

IC1 = 74HC04

IC3 = OP279G

0

6V

6V

6V

6V

6V

980030 - 11

30cm - 3m

20cm

> 5

f

40kHz

0

4V

2V5

Verzögerung

Detektor

Fenster

3

Bild 3. Das vollständige
Schaltbild der elektro-
nischen Einparkhilfe
umfaßt für die doch
umfangreichen Funk-
tionen erstaunlich
wenige Bauteile.

Bild 4. Die kompakte
Platine bietet bis auf
den US-Sender/Emp-
fänger und die Signal-
geber allen Bauteilen
Platz.

(C) Segment

980030-1

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

C11

C12

C13

C14

C15

C16

C17

C18

D1

D2

D3

D4

D5

D7

D8

D9

H1

H2

H3

H4

IC1

IC2

IC3

IC4

L1

P1

P2

P3

R1
R2

R3

R4

R5

R6

R7
R8

R9

R10

R11

R12

R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20
R21

R22

T1

980030-1

T

0

X1

-

+

BZ1

BZ2

D6

A

K

12V

(C) Segment

980030-1

4

Stückliste

Widerstände:
R1,R17 = 150 k
R2 = 5k6
R3 = 470

Ω

R4,R8,R12 = 1 k
R5 = 390 k
R6 ,R20 = 1k2
R7 = 82 k
R9 = 2k2
R10,R16 = 120 k
R11,R14 = 1k8
R13 = 2M2

liert der Detektor die Anzahl der emp-
fangenen Impulse (F), und nur, wenn
es mindestens fünf sind, wird der Aus-
gang des Detektors (G) und damit die
Warneinrichtung (Summer, LED) aktiv.

P

R A K T I S C H E

R

E A L I S I E R U N G

Das Blockschaltbild und dessen
Beschreibung lassen auf eine sehr
umfangreiche Schaltung schließen. Um
so mehr erstaunt es, daß der Park-
Abstandswarner mit nur wenigen Bau-
teilen realisiert ist. Der Rahmen-Gene-
rator mit IC2b oszilliert mit etwa 10 Hz,
wobei die RC-Kombination R4/C3 die
Impulsbreite und damit die Länge des
Sendefensters bestimmt, R5/C3 dage-
gen die Pausenzeit.
Der 40-kHz-Oszillator mit IC1a/b ist
zugunsten einer höherer Stabilität
etwas aufwendiger gestaltet. Mit P1
kann die Sendefrequenz genau abge-
glichen werden. Die Signale von Rah-
men- und 40-kHz-Generator werden
von IC2a zusammengefaßt, Der US-
Sender Bz1, der durch eine Art
Brückenverstärker in Form von IC1c
angesteuert wird, gibt die gewünsch-
ten Ultraschall-Impulspakete von sich.
Der Funktionsblock Verzögerung spielt
in der Schaltung der elektronischen
Einparkhilfe eine zentrale Rolle. Hier
wird die Verzögerung, die erlaubte
Mindestentfernung zwischen 30 cm
und 3 m, an P2 eingestellt. Zu Beginn
und während des Rahmens lädt sich
C4 über D2 schlagartig auf und kann
sich nach Ende des Rahmens langsam
über R6 und P2 entladen. Das NAND-
Gatter fungiert lediglich als Schmitt-
Trigger. Es kippt auf High, wenn die
Eingangsspannung einen Schwellwert
unterschreitet und sorgt so für eine
saubere positive Signalflanke zum
Beginn des Empfangsfensters, die C5
auflädt. Das Fenster ist geöffnet, bis
sich C5 so weit über R7 entladen hat,
daß die Schmitt-Triggerschwelle unter-
schritten ist. R8 begrenzt übrigens den
Strom durch die IC2d-interne Clip-
Diode, wenn die Spannung an C5
unzulässig hohe Werte erreicht.
Nur während der Zeit des Empfangs-
fensters haben die Signale am anderen

Eingang des Gatters
IC2d eine Chance, zum
Ausgang durchzudrin-
gen.
Dieses Signal am Eingang von IC2d
stammt vom Empfänger-Modul, das
im Schaltbild als X1 bezeichnet ist. Es
folgt mit IC3a ein Bandfilter, das im
Durchlaßband bei 40 kHz eine Verstär-
kung von 50 (ca. 35 dB) liefert. Da die
Schaltung asymmetrisch versorgt wird,
muß man mit dem einstellbaren Span-
nungsteiler R16/P3/R17 für eine
“Arbeitspunkteinstellung” von IC3a
und IC3b in der Mitte der Betriebs-
spannung bei 3 V sorgen. Dies ist nicht
zuletzt wegen des im Blockschaltbild
mit Komparator bezeichneten CMOS-
Inverter IC1f wichtig, dessen
High/Low-Schwellwert genau in der
Mitte der Betriebsspannung liegen
sollte (im Gegensatz zum Beispiel zu
HCT-Typen). R22 sorgt mit der Ein-
gangskapazität von IC2d für eine
zusätzliche Tiefpaßfilterung des emp-

fangenen Signals.
Um falschem Alarm vorzubeugen,
muß nun, wie versprochen, nicht nur
einer, sondern eine Reihe von fünf 40-
kHz-Impulsen innerhalb des Emp-
fangsfensters an IC2d eintreffen. Der
“Impulszähler” besteht aus D3, R9, R10
und C6. C6 ist im Ruhezustand auf 6 V
aufgeladen. Jeder Impuls schaltet den
Ausgang von IC2d für einen kurzen
Augenblick auf Low, so daß sich der
Kondensator über R9 entladen kann.
Nach fünf Impulsen ist es soweit, daß
IC1d für die Zeit bis zum Ende des
Empfangsfensters auf High kippt.
Nun noch zu den Signalgebern: LED
D5 ist lediglich für den Abgleich wich-
tig, da die das Ausgangssignal von
IC1d zu kurz für ein richtiges Warnsi-
gnal ist. Für eine deutliche Signalisie-
rung sorgt das Verzögerungsglied

33

Elektor

4/98

R15 = 3k9
R18 = 330 k
R19 = 100

Ω

R21 = 100 k
R22 = 56 k
P1 = 4k7 Trimmpoti
P2 = 47 k Trimmpoti
P3 = 100 k Trimmpoti

Kondensatoren:
C1 = 10 p
C2,C8 = 1 n MKT
C3,C4,C7 = 470 n MKT
C5 = 10 n MKT

C6 = 33 n MKT
C9,C16 = 10

µ/10 V stehend

C10 = 100 n MKT
C11,C15,C17,C18 = 100 n Sibatit
C12 = 220

µ/10 V stehend

C13 = 3n3 MKT
C14 = 100

µ/25 V stehend

Halbleiter:
D1...D4 = 1N4148
D5,D6 = Low-current-LED rot
D7,D8 = 1N4001
D9 = 15 V/1W3
T1 = BC557B

IC1 = 74HC04
IC2 = 74HC132 (SGS Thomson, siehe

Text)

IC3 = OP279G
IC4 = 7806

Außerdem:
L1 = Festinduktivität 10

µH

Bz1 = 400ET180 (Farnell 541-000)
X1 = 400ER180 (Farnell 541-011)
Bz2 = aktiver Buzzer 5 V (<100 mA)

5

Bild 5. Machen Sie sich ein Bild des aufgebauten
Labormusters. Wegen der geringen Stromauf-
nahme kann IC4 auf einen Kühlkörper verzichten.

C7/R13. Der Kondensator wird über D4
und R12 schnell aufgeladen, kann sich
aber nur langsam über den hochohmi-
gen R13 entladen. IC1e invertiert und
die Transistorstufe puffert den Impuls.
Der Summer Bz2 warnt akustisch, die
LED D7 optisch vor dem Unterschrei-
ten des Mindestabstands.
Ein Festspannungsregler (IC4) redu-
ziert die vor Verpolung durch D8
geschützte und von Störeinflüssen
durch L1, D9 und C14/C15 gereinigte
12-V-Bordspannung auf die Betriebs-
spannung von 6 V.

A

U F B A U

, E

I N B A U

,

A

B G L E I C H

Der Aufbau der Schaltung auf der in
Bild 4 gezeigten Platine birgt über-
haupt keine Probleme. Mit Ausnahme
der US-Sender/Empfänger und der
Signaleinrichtungen sind alle Bauteile
on board. Wir empfehlen, für IC2
(74HC132) ein Exemplar von SGS-
Thomson zu gebrauchen, da andere
Fabrikanten bisweilen unterschiedliche
Hysteresen aufweisen. Fassungen für
ICs sind übrigens im Auto nicht sinn-
voll. Alle Bauteile sollten für einen
erweiterten Temperaturbereich
(–20...+85

°C) geeignet sein.

Die bestückte Platine bringt man in
einem abschirmenden Metallgehäuse

unter und montiert dieses am besten
im Kofferraum. Der US-Sender wird in
der Mitte des Fahrzeugs in oder an der
hinteren Stoßstange plaziert und mit
einem kurzen zweiadrigen abge-
schirmten Kabel an die Lötnägel Bz1
angeschlossen.
Damit die Schaltung einen echten
Schutz bietet, kommt man mit nur
einem Empfänger nicht aus. Es emp-
fiehlt sich, bei PKW zwei und größeren
Fahrzeugen drei Empfänger einzuset-
zen (wie dies übrigens auch die
Autoindustrie praktiziert). Doch keine
Sorge, die Schaltung muß nicht dop-
pelt oder dreifach aufgebaut werden:
Es reicht aus, die Empfängermodule
über jeweils einen Kondensator und
einen Widerstand (1 nF/3,9 kΩ) am
invertierenden Eingang von IC3a
anzuschließen. Dabei ist auf eine gal-
vanische Trennung des Empfängers
vom Fahrzeug zu achten, da Empfän-
ger- und Fahrzeugmasse nicht iden-
tisch sind. Die Empfänger werden im
etwa gleichen Abstand zum Sender
montiert und außerdem - um Störun-
gen zu vermeiden - mit abgeschirmten
Kabeln angeschlossen.
Wenn man als Warnsummer einen lei-
stungsfähigen Typ einsetzt, kann man
ihn ruhig im Kofferraum unterbringen
und dennoch gut vernehmen. Wer auf

das optische Signal nicht verzichten
will, muß noch ein sehr langes zweia-
driges Kabel zum Armaturenbrett ver-
legen und dort die LED anschließen.
Im Einschaltmoment ist der Abstands-
warner übrigens für etwa 1 s aktiv, da
sich C9 noch aufladen muß. So kann
man bei jedem Start die Funktions-
fähigkeit des Geräts überprüfen.
Kommen wir zum Abgleich der Schal-
tung, für den man lediglich ein Digi-
talvoltmeter benötigt.

7 Zunächst schließt man das DVM im
20-V-Wechselspannungsbereich über
R3 an und C3 kurz. Dann dreht man
an P1, bis das DVM eine maximale
Spannung anzeigt. Die Trimmpotiein-
stellung wird durch Nagellack gesi-
chert, die Kurzschlußbrücke entfernt

7 und an die Eingangsanschlüsse (X1)
gelötet. Man dreht an P3 langsam, bis
die Abgleich-LED D5 verlischt.

7 Schließlich plaziert man ein Hinder-
nis im gewünschten Mindestabstand
zum Sender und dreht an P5, bis LED
D5 mit Blinken reagiert.
Damit ist der Park-Abstandswarner
komplett und fertig zum Einsatz. Das
Gerät soll Ihnen beim Einparken hel-
fen, nimmt Ihnen aber nicht die Ver-
antwortung für einen Unfall ab. Des-
halb: auch mit Abstandswarner Augen
auf im Straßenverkehr!

34

Elektor

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