基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，屬于超聲波定位【技術(shù)領(lǐng)域】。為了解決現(xiàn)有障礙探測產(chǎn)品成本高、智能化程度低、設(shè)計復(fù)雜、功能固化等問題。它包括：發(fā)射系統(tǒng)，用于產(chǎn)生40KHz的超聲波，并向汽車障礙物發(fā)射；接收系統(tǒng)，用于接收汽車障礙物反射的回波信號；測溫系統(tǒng)，用于測量環(huán)境溫度；單片機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)測量的環(huán)境溫度修正發(fā)射超聲波的速度，記錄發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送超聲波和接收系統(tǒng)接收回波信號的時間間隔，計算與汽車障礙物的距離，并向汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送驅(qū)動信號，將所述距離發(fā)送給虛擬儀器顯示系統(tǒng)；虛擬儀器顯示系統(tǒng)，用于通過串口通信與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，并將接收的距離信號進(jìn)行顯示。它用于汽車對障礙物進(jìn)行探測。
【專利說明】基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲波定位【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]聲音是與人類生活緊密相聯(lián)的一種自然現(xiàn)象，人們對聲音早有認(rèn)識，在人們的日常生活中存在著各式各樣的聲音。在科學(xué)史上，聲學(xué)是發(fā)展最早的學(xué)科之一。然而，超聲是人耳聽不到的信號。直到18世紀(jì)，人們開始研究海豚、蝙蝠等動物時，才推測自然界存在超聲。聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機(jī)械波，超聲波是聲波的一種。
[0003]由于人耳聽域有限，所以在自然界中似乎超聲不存在，其實超聲是廣泛存在的。人耳聽到的聲音只是自然界聲音的一部分，即可聽聲部分，而即使是可聽聲部分的聲音，有時仍然含有超聲成分，只是人耳聽不到。比如自然界中許多動物發(fā)出的聲音中就含有超聲成分，蝙蝠就是最典型的例子。它可以利用超聲進(jìn)行探測洞穴、捕獲昆蟲，利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們聽到的超聲波(20kHz以上的機(jī)械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播，由待捕捉的獵物或障礙物反射回來的時間間隔長短與反射的超聲波的強(qiáng)弱判斷獵物性質(zhì)或障礙位置的方法。由于超聲波的速度相對于光速要小的多，其傳播時間就比較容易檢測，并且它有易于定向發(fā)射，方向性好，強(qiáng)度易控制的特性，因而人類利用超聲波測距。
[0004]超聲波在對障礙物進(jìn)行定位方面具有以下突出的優(yōu)點:
[0005](I)超聲波對色彩、光照度不敏感，可用于識別透明及漫反射性差的物體(如玻璃、拋光體)；
[0006](2)對外界光線和電磁場不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中；
[0007](3)超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，費用低，信息處理簡單可靠，易于小型化和集成化。
[0008]因此，超聲檢測法己越來越引起人們的重視，被廣泛應(yīng)用在液位測量、機(jī)械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面。特別是在空氣測距中，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較聞。
[0009]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波障礙探測技術(shù)在國防、汽車工業(yè)、公路監(jiān)測及日常生活中無處不在。例如，在汽車工業(yè)領(lǐng)域制成的倒車、防撞系統(tǒng)已廣泛投入使用，避免了汽車事故的發(fā)生。
[0010]目前障礙探測產(chǎn)品主要是以微處理器為核心，以大規(guī)模集成芯片為外圍電路的智能化儀器。由于硬件的束縛，這種系統(tǒng)具有成本高、智能化程度低、設(shè)計復(fù)雜、功能固化等缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有障礙探測產(chǎn)品成本高、智能化程度低、設(shè)計復(fù)雜、功能固化等問題，本發(fā)明提供一種基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)。
[0012]本發(fā)明的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，
[0013]它包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)和虛擬儀器顯示系統(tǒng)；
[0014]發(fā)射系統(tǒng)，用于產(chǎn)生40KHZ的超聲波，并向汽車障礙物發(fā)射；
[0015]接收系統(tǒng)，用于接收汽車障礙物反射的回波信號；
[0016]測溫系統(tǒng)，用于測量環(huán)境溫度；
[0017]單片機(jī)系統(tǒng)，用于根據(jù)測量的環(huán)境溫度修正補償發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射超聲波的速度并控制其發(fā)射，并記錄發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送超聲波和接收系統(tǒng)接收回波信號的時間間隔，根據(jù)所述時間間隔計算與汽車障礙物的距離，并根據(jù)所述距離向汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送驅(qū)動信號，將所述距離發(fā)送給虛擬儀器顯示系統(tǒng)；
[0018]虛擬儀器顯示系統(tǒng)，用于通過串口通信與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，并將接收的距離信號進(jìn)行顯示。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，用了測溫系統(tǒng)、單片機(jī)系統(tǒng)及其外圍芯片，加入了溫度補償減小了誤差，從而提高了測距精度，完成了硬件電路和軟件的設(shè)計工作，利用串口通信實現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)和虛擬儀器顯示系統(tǒng)6之間的通信。本發(fā)明與現(xiàn)有障礙探測產(chǎn)品相比，具有成本低，智能化程度高，設(shè)計簡單，功能多樣化的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為【具體實施方式】一所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)的原理示意圖。
[0021]圖2為【具體實施方式】二所述的發(fā)射系統(tǒng)的原理示意圖；
[0022]圖3為【具體實施方式】三所述的接收系統(tǒng)的原理示意圖；
[0023]圖4為【具體實施方式】四所述的溫度傳感器的原理示意圖。

【具體實施方式】
[0024]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，它包括發(fā)射系統(tǒng)1、接收系統(tǒng)2、測溫系統(tǒng)3、單片機(jī)系統(tǒng)4和虛擬儀器顯不系統(tǒng)6 ；
[0025]發(fā)射系統(tǒng)I，用于產(chǎn)生40KHz的超聲波，并向汽車障礙物發(fā)射；
[0026]接收系統(tǒng)2，用于接收汽車障礙物反射的回波信號；
[0027]測溫系統(tǒng)3，用于測量環(huán)境溫度；
[0028]單片機(jī)系統(tǒng)4，用于根據(jù)測量的環(huán)境溫度修正補償發(fā)射系統(tǒng)I發(fā)射超聲波的速度并控制其發(fā)射，并記錄發(fā)射系統(tǒng)I發(fā)送超聲波和接收系統(tǒng)2接收回波信號的時間間隔，根據(jù)所述時間間隔計算與汽車障礙物的距離，并根據(jù)所述距離向汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送驅(qū)動信號，將所述距離發(fā)送給虛擬儀器顯示系統(tǒng)6 ；
[0029]虛擬儀器顯示系統(tǒng)6，用于通過串口通信與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，并將接收的距離信號進(jìn)行顯示。
[0030]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，發(fā)射系統(tǒng)I包括超聲波發(fā)送器和第一放大整形電路；
[0031]單片機(jī)系統(tǒng)4發(fā)送的控制信號經(jīng)第一放大整形電路放大整形后發(fā)送給超聲波發(fā)送器。
[0032]本實施方式所述的發(fā)射系統(tǒng)I主要由555電路Ia和雙D觸發(fā)器Ib組成，如圖2所示。
[0033]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，接收系統(tǒng)2包括超聲波接收器和第二放大整形電路；
[0034]超聲波接收器接收的回波信號發(fā)送給第二放大整形電路，經(jīng)第二放大整形電路放大整形后發(fā)送給單片機(jī)系統(tǒng)4。
[0035]本實施方式的所述的接收系統(tǒng)2包括RC移相選頻網(wǎng)絡(luò)2a、級間耦合2b和信號放大電路2c,如圖3所示。
[0036]所述的RC移相選頻網(wǎng)絡(luò)2a的作用是允許模擬輸入信號中的高頻部分的信號通過，而不允許低頻部分的信號通過，即使低頻部分的信號急劇衰減。級間耦合2b可以使兩級放大器聯(lián)系起來，提高放大倍數(shù)。但是，這種連接又會帶來前后級之間的相互影響。我們希望耦合電路能順利地通過交流信號，以便繼續(xù)進(jìn)行放大。同時又不要影響各級放大器巳設(shè)置好的工作點。阻容耦合電路能實現(xiàn)這種要求，它是最常用的交流電壓放大電路。
[0037]有源濾波電路內(nèi)部由兩部分組成:由電阻和電容元件組成的RC網(wǎng)絡(luò)以及由集成運放組成的放大器。兩個部分的作用各不相同，RC網(wǎng)絡(luò)的作用是實現(xiàn)濾波，而集成運放的作用是提高電路的電壓放大倍數(shù)和帶負(fù)載能力。
[0038]由于外界給電路帶來一些不需要的低頻信號的干擾，接受的超聲波是高頻信號，所以高頻信號得保留，低頻信號得濾除。各種有源濾波電路中的集成運放都起著放大器的作用，因此它們都必須工作在線性區(qū)，電路中都必須引入一個深負(fù)反饋。本設(shè)計的目的和用途決定其結(jié)構(gòu)及其濾波電路的性質(zhì)以及階數(shù)等。
[0039]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，所述測溫系統(tǒng)3采用溫度傳感器實現(xiàn)，所述溫度傳感器的型號為DS18B20。
[0040]本實施方式的所述的溫度傳感器與單片機(jī)的連接示意圖，如圖4所示。
[0041]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，所述單片機(jī)系統(tǒng)4采用芯片SST89E564RD實現(xiàn)。
[0042]實驗驗證:
[0043]一:障礙探測系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)，電機(jī)未工作額情況下，用一個半徑為Icm的圓球形物體作為目標(biāo)物體，而且實驗當(dāng)中，目標(biāo)物體的測試范圍在兩個超聲波傳感器連線的中垂線上面。盲區(qū)就是超聲波傳感器檢測到物體的最近距離范圍。
[0044]盲區(qū)的實驗結(jié)果如表1所示，單位為cm。
[0045]表1盲區(qū)實驗數(shù)據(jù)
[0046]

【權(quán)利要求】
1.基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，其特征在于，它包括發(fā)射系統(tǒng)(I)、接收系統(tǒng)(2)、測溫系統(tǒng)(3)、單片機(jī)系統(tǒng)(4)和虛擬儀器顯示系統(tǒng)(6)； 發(fā)射系統(tǒng)(1)，用于產(chǎn)生40KHz的超聲波，并向汽車障礙物發(fā)射； 接收系統(tǒng)(2)，用于接收汽車障礙物反射的回波信號； 測溫系統(tǒng)(3)，用于測量環(huán)境溫度； 單片機(jī)系統(tǒng)(4)，用于根據(jù)測量的環(huán)境溫度修正補償發(fā)射系統(tǒng)(I)發(fā)射超聲波的速度并控制其發(fā)射，并記錄發(fā)射系統(tǒng)(I)發(fā)送超聲波和接收系統(tǒng)(2)接收回波信號的時間間隔，根據(jù)所述時間間隔計算與汽車障礙物的距離，并根據(jù)所述距離向汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送驅(qū)動信號，將所述距離發(fā)送給虛擬儀器顯示系統(tǒng)(6)； 虛擬儀器顯示系統(tǒng)(6)，用于通過串口通信與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)，并將接收的距離信號進(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)射系統(tǒng)(I)包括超聲波發(fā)送器和第一放大整形電路； 單片機(jī)系統(tǒng)(4)發(fā)送的控制信號經(jīng)第一放大整形電路放大整形后發(fā)送給超聲波發(fā)送器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，其特征在于，接收系統(tǒng)(2)包括超聲波接收器和第二放大整形電路； 超聲波接收器接收的回波信號發(fā)送給第二放大整形電路，經(jīng)第二放大整形電路放大整形后發(fā)送給單片機(jī)系統(tǒng)(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，所述測溫系統(tǒng)(3)采用溫度傳感器實現(xiàn)，所述溫度傳感器的型號為DS18B20。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波定位技術(shù)的汽車障礙探測系統(tǒng)，所述單片機(jī)系統(tǒng)(4)采用芯片SST89E564RD實現(xiàn)。
【文檔編號】G01S7/52GK104076364SQ201410336450
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】王獻(xiàn)林, 劉志遠(yuǎn), 聶文田, 鄧中祚 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)