专利名称：一种矿用防爆型的防撞雷达系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿用防爆型的防撞雷达系统，属于矿区自动化及安全生产设备的 制造领域。
背景技术：
矿区一直是生产安全事故的高发地带，矿用车在生产作业，特别是擦撞时极易酿成安 全事故，原因是矿井巷道中环境复杂，爆炸性气体浓度高，障碍物多且杂。因此提高矿区 生产自动化和安全生产水平是当今矿区生产中急需解决的问题。中国专利200720141057.9 公开了一种汽车倒车雷达系统。这种汽车倒车雷达系统能显示障碍物信息或提供语音报 警，又能实现自动刹车，只适合于普通的驾驶环境，但没有电气防爆措施，精度和实时性 也不能满足矿用车的驾驶环境，不适合矿用车的使用场合，存在以下不足
1. 矿区的爆炸性气体成分复杂，瓦斯气体浓度高，倒车雷达没有釆取防爆措施进行设 计，传感器和控制电路在工作过程中产生的电气诱因极易引爆空气中的爆炸性气体，酿成 严重的安全事故。
2. 矿区障碍物的特点是多、杂，普通的倒车雷达满足不了防撞时所要求的实时性和准 确性。原因是传感器发出超声波后，虽然会适时收到发射形成的反射回波，但是反射回波 会由于障碍物自身的反射性质以及周围环境等因素的影响而造成不同程度的频率偏移而 发出无效或者错误的干扰数据。'
3. 多个传感器同时工作，特别是距离较近时，传感器间存在干扰。传感器测试的原始 数据中夹杂着一些无效的或者错误的干扰数据，不易剔除干扰数据。
4. 倒车雷达系统使用电脑进行控制，体积较大，移植性差，成本比较高。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供一种矿用防爆型的防撞雷达系统，其
特点是在提高防撞雷达精度和报警实时性同时，有效的防止了因电气原因引起可燃性气 体爆炸和车尾擦撞到障碍物等意外事故，满足了矿用车在生产环境恶劣的条件下，为驾驶员正确判断障碍物的方位和距离提供了保障。 本实用新型的目的由以下技术措施实现。 矿用防爆型的防撞雷达系统
矿用防爆型的防撞雷达系统含有超声波传感器、控制电路和报警装置，控制电路由 MCU模块、RS485模块、CAN总线模块组成，超声波传感器和报警装置均与以RS485模 块、MCU模块，CAN总线模块组成的控制电路连接，超声波传感器与保险杠垂直方向的 夹角a为3~5度安装在工程车尾部保险杠上，超声波传感器测量的距离信息通过RS485总 线传送给雷达控制器，雷达控制器对传感器数据进行分析处理，综合处理生成的障碍物距 离和方位信息，再通过CAN总线接口传送到工程车的报警装置。
MCU模块由单片机PIC18F258、复位控制器STM809、晶振组成，单片机PIC18F258 的l、 9脚分别与复位控制器STM809的复位端、晶振3脚连接。
RS485模块由SN65LBC184电平转换芯片U9、 6N137光耦合器和整流器连接组成， U9的R脚经R13与6N137光耦合器U8的3脚连接，U8的6脚与MCU模块中的PIC18F258 单片机18脚连接，U9的2、 3脚通过R11、 C7与6N137光耦合器U6连接，U6的3脚与 MCU模块中的PIC18F258单片机16脚连接，U9的4脚通过R12、 C8与6N137光耦合器 U7连接，U7的3脚与MCU模块中的PIC18F258单片机17脚连接。
CAN总线模块由CAN收发器PCA82C250、6N137光耦合器组成，PCA82C250的TXD 脚与6N137光耦合器U2连接，U2的3脚与PIC18F258单片机23脚连接，PCA82C250 的RXD脚经R5与6N137光耦合器U3的3脚连接，U3的6脚与PIC18F258单片机24脚 连接.
控制器对于传感器数据进行了分析处理，通过数据融合算法处理生成了障碍物的距离 和方位信息。
警示装置控制器提供的距离及方位信息，通过警示装置的显示器或者语音提示系统发 出警示信息。
超声波传感器为防爆型的。
防撞雷达系统各部分均由本质安全电源供电，该本质安全电源由电子科技大学测控研 壳所提供。
警示装置由主控制器提供距离及方位信息，通过警示装置的显示器或者语音提示系统 发出警示信息。
防撞雷达系统各部分均由本质安全电源进行供电，本质安全电源由电子科技大学测控研究所提供。
防撞雷达系统进行了多次的静态和动态性能检测试验，详见图7、 8所示，结果表明防撞雷达系统提供的距离和方位数据具有较高的精确性和实时性，满足了在矿区复杂环境下安全生产的要求。本实用新型具有以下有优点
1. 各个模块均是按照国家标准GB 3836.4 ^2000《爆炸性气体环境用电气设备》要求进行防爆设计，满足了矿区的防爆要求。
2. 传感器传回的数据通过数据融合算法进行了综合处理，提高了距离和方位数据的精确性和实时性，满足在矿区复杂的环境下进行安全生产作业的要求。
3. 本实用新型各模块结构紧凑，占用体积小，安装方便，移植性好。
图l为本实用新型的结构框图。
l.超声波传感器，2.控制电路，3.MCU模块，4.RS485模块，5.CAN总线模块，6.报警装置。
图2为本实用新型的传感器的安装示意图。7.工程车保险杠。
图3为本实用新型的MCU模块电路原理图。图4为本实用新型的RS485模块电路原理图。图5为本实用新型的CAN模块电路原理图。图6为本实用新型的检测范围示意图。图7为本实用新型的检测静态数据时的效果图。图8是本实用新型的检测动态数据时的效果图。
在图7和图8中红色为传感器传出的原始数据，蓝色为算法处理过的数据。
具体实施方式
下面通过实施例对本实用新型进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本实用新型的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例
如图1所示，本实用新型的防撞雷达系统含有超声波传感器1、控制电路2和报警装置6，控制电路由MCU模块3、 RS485模块4、 CAN总线模块5组成，超声波传感器和报警装置均与以RS485模块、MCU模块，CAN总线模块组成的控制电路连接，超声波传感器测量的距离信息通过RS485总线传送给雷达控制器，雷达控制器对传感器数据进行分析处理，综合处理生成的障碍物距离和方位信息，通过CAN总线接口传送到工程车的主控制器，主控制器根据距离和方位信息生成警示信息，由报警装置提供给驾驶员。
防撞雷达控制器及工作电源为焊接好器件的电路板，安装在隔爆箱内，5条外接线由防爆箱内引出。
如图2所示，超声波传感器1与保险杠7垂直方向的夹角a为3~5度，三个传感器以等间距安装在工程车尾部保险杠上。
如图3所示，MCU模块由单片机PIC18F258、复位控制器STM809、晶振组成，单片机PIC18F258的1、 9脚分别与复位控制器STM809的复位端、晶振3脚连接。MCU模块控制芯片釆用的是PIC18F258单片机。PIC18F258是美国微芯公司生产的一种集成了 CAN总线模块，采用RISC指令系统、哈佛总线结构、低功耗、高速率的单片机。
如图4所示，RS485模块由SN65LBC184电平转换芯片U9、 6N137光耦合器和整流器连接组成，U9的R脚通过R13与6N137光耦合器U8的3脚连接，U8的6脚与MCU模块中的PIC18F258单片机18脚连接，U9的2、 3脚通过R11、 C7与6N137光耦合器U6连接，U6的3脚与MCU模块中的PIC18F258单片机16脚连接，U9的4脚通过R12、 C8与6N137光耦合器U6连接，U6的3脚与MCU模块中的PIC18F258单片机17脚连接。RS-485—般由5V电源供电,信号输出电压都在5V之内，正常工作输出电流很小，短路电流最大100毫安，完全满足国家标准GB3836.4 —2000《爆炸性气体环境用电气设备第4部分本质安全型"i"》对于本质安全电路的要求。同时RS-485总线作为一个基于单对平衡线的多点、双向、半双工通信链路,采用平衡发送和差分接收，具有相当高的噪声抑制能力(-7 +12V总线共模范围)，完全满足本实用新型的设计要求。
如图5所示，CAN总线模块由CAN收发器PCA82C250、 6N137光耦合器组成，PCA82C250的TXD脚与6N137光耦合器U2连接，U2的3脚与PIC18F258单片机23脚连接，PCA82C250的RXD脚通过R5与6N137光耦合器U3的3脚连接，U3的6脚与PIC18F258单片机24脚连接。PIC18F258的CAN控制器模块和高速CAN收发器PCA82C250共同用于与其它芯片和控制器进行通信，这种接口协议能在较大的噪声环境中进行通信，具有良好的抗干扰能力。同时CAN总线是一种采用多主工作方式、适合于分布式的控制系统，且具有很高的实时性和可靠性，因此适用于在矿区环境中使用,能满足本实用新型的设计要求。
防撞雷达系统RS485模块和CAN总线模块中均釆用6N137光耦合器。该光耦合器使信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高，能满足本实用新型的设计要求。
防撞雷达系统针对矿区障碍物情况复杂，障碍物反射面情况多变，易使超声波传感器产生错误和无效数据的特点，对控制器接收到的数据进行了数据融合算法处理，剔除了无效数据和错误数据，满足了本实用新型对实时性和准确性的要求。具体过程介绍如下首先处理盲区数据(50cm以内，700cm以外)，然后对数据进行过滤处理，剔除错误或无效数据，找出有用数据，根据数据变化的情况判定障碍物的相对运动情况，不断调整模糊处理参数，代入预先设定的加权算法公式中，计算出障碍物准确的距离信息。同时单片机根据左、中、右三个传感器各自测得距离值之间的差值，得到障碍物的方位信息，从而得到障碍物距离和方位信息，达到了本实用新型对于实时性和准确性的要求。
如图6所示，为了确定本雷达系统的检测范围，在实验中以长度为150cm,截面积为
15x20cm2的木条为障碍物，木棍垂直放置。以保险杠为X轴，保险杠垂直方向为Y轴建立直角坐标系，木棍相对于中间传感器探头圆心位置为数值点.木棍在X轴-60 60cm， Y轴0 700cm的范围内移动，将防撞雷达检测到的数值点输入matlab中，生成有效检测点坐标图，即得到本实用新型的检测范围。
如图7所示，为了确定本系统检测静态数据的效果，以面积为80x60c^2的薄金属板为障碍物，静止放置在离传感器探头200cm的位置，将防撞雷达检测的数值点输入matlab中，生成检测点的坐标(X轴为时间，Y轴为距离值)，红色为传感器传出的原始数据，蓝色为算法处理过的数据。本实用新型的检测静态数据时的效果图。
如图8所示，为了确定本系统检测动态数据的效果，以面积为80x60C/"2的薄金属板为障碍物，在保险杠的垂直方向上来回移动金属板，将防撞雷达检测的数值点输入matlab中，生成检测点的坐标(X轴为时间，Y轴为距离值)，红色为传感器传出的原始数据，蓝色为算法处理过的数据。
权利要求1. 一种矿用防爆型的防撞雷达系统，其特征在于该防撞雷达系统含有超声波传感器(1)、控制电路(2)和报警装置(6)，控制电路由MCU模块(3)、RS485模块(4)、CAN总线模块(5)组成，超声波传感器和报警装置均与以RS485模块、MCU模块，CAN总线模块组成的控制电路连接，超声波传感器与保险杠垂直方向的夹角α为3～5度安装在工程车尾部保险杠上，超声波传感器测量的距离信息通过RS485总线传送给雷达控制器，雷达控制器对传感器数据进行分析处理，综合处理生成的障碍物距离和方位信息，再通过CAN总线接口传送到工程车的报警装置。
2. 根据权利要求1所述矿用防爆型的防撞雷达系统，其特征在于MCU模块由单片 机PIC18F258、复位控制器STM809、晶振组成，单片机PIC18F258的1、 9脚分别与复位 控制器STM809的复位端、晶振3脚连接。
3. 根据权利要求1所述矿用防爆型的防撞雷达系统，其特征在于RS485模块由 SN65LBC184电平转换芯片U9、 6N137光耦合器和整流器连接组成，U9的R脚通过R13 与6N137光耦合器U8的3脚连接，U8的6脚与MCU模块中的PIC18F258单片机18脚 连接，U9的2、 3脚通过R11、 C7与6N137光耦合器U6连接，U6的3脚与MCU模块 中的PIC18F258单片机16脚连接，U9的4脚通过R12、 C8与6N137光耦合器U6连接， U6的3脚与MCU模块中的PIC18F258单片机17脚连接。
4. 根据权利要求1所述矿用防爆型的防撞雷达系统，其特征在于CAN总线模块由 CAN收发器PCA82C250、 6N137光耦合器组成，PCA82C250的TXD脚与6N137光耦合 器U2连接，U2的3脚与PIC18F258单片机23脚连接，PCA82C250的RXD脚通过R5 与6N137光耦合器U3的3脚连接，U3的6脚与PIC18F258单片机24脚连接.
5. 根据权利要求1所述矿用防爆型的防撞雷达系统，其特征在于控制器对于传感器 数据进行了分析处理，通过数据融合算法处理生成了障碍物的距离和方位信息。
6. 根据权利要求1所述矿用防爆型的防撞雷达系统，其特征在于警示装置控制器提 供的距离及方位信息，通过警示装置的显示器或者语音提示系统发出警示信息。
7. 根据权利要求1所述矿用防爆型的防撞雷达系统，其特征在于超声波传感器为防 爆型的。 '
8. 根据权利要求1所述矿用防爆型的防撞雷达系统，其特征在于防撞雷达系统各部分均由本质安全电源进行供电。
专利摘要本实用新型公开了一种矿用防爆型的防撞雷达系统，其特点是该防撞雷达系统含有超声波传感器(1)、控制电路(2)和报警装置(6)，控制电路由MCU模块(3)、RS485模块(4)、CAN总线模块(5)组成，超声波传感器和报警装置均与以RS485模块、MCU模块，CAN总线模块组成的控制电路连接，超声波传感器与保险杠垂直方向的夹角α为3～5度安装在工程车尾部保险杠上，超声波传感器测量的距离信息通过RS485总线传送给雷达控制器，雷达控制器对传感器数据进行分析处理，综合处理生成的障碍物距离和方位信息，再通过CAN总线接口传送到工程车的报警装置。
文档编号G01S15/93GK201307163SQ20082022295
公开日2009年9月9日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者健 张, 张天宇, 张锦峰, 李小兵, 胡天友 申请人:四川芯科力创电子科技有限责任公司