采用微处理器数字化调节接收电路工作电流从而改变接收电路增益的超声波泊车辅助系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于汽车电器领域，尤其涉及一种超声波泊车辅助系统。
【背景技术】
[0002] 倒车雷达和车前雷达都是一种超声波泊车辅助系统，其原理，是通过发射超声波 脉冲，然后测量回波返回所用的时间，结合声音的传播速度，来计算障碍物的距离。如附图 1所示。若系统在发射超声波脉冲之后T flyW间接收到回波，则障碍物距离车辆的距离
[0004] 然而，现实是，当发射完超声波脉冲，电路开始接收回波信号的时候，首先收到的 是最近处物体的回波，最后收到的是最远处物体的回波。由于波的传播特点，接收到的回波 幅度与距离的平方成反比，再加上超声波在空气中的损耗，造成同一物体在远处的回波，大 大低于近处。如图2所示，障碍物在Sl处的回波幅度，大于位置S2,在位置S3幅度更小。 经计算，使用40千赫的超声波时，在常温（25°C)、常压（标准大气压）、50%相对湿度条件 下，同一个物体在〇. 5米距离或者3. 5米，回波幅度衰减大约128倍。所以，为了兼顾接收 远近回波，电路的增益（即放大倍数）要随距离的增加而增加，而具体的增加幅度，由试验 决定。采用固定放大倍数的接收电路的此类产品，由于超声波探头指向性不良的旁瓣会垂 直照射地面，接收时要防止近处地面本身的回波造成的误报，灵敏度不能太高，电路的放大 倍数被限制。对成人身体的探测距离，仅在1. 5公尺左右，而探测3岁小孩的距离，往往不 足1公尺，探测能力非常有限，又顶着一个"雷达"的美名，因此存在安全隐患。
[0005] 典型的超声波泊车辅助系统，其信号处理主机（以下简称主机）由电路板和外壳 组成。主机外接若干个超声波探头，并连接到1个显示报警终端。其主机电路板的原理方块 图如图8所示。有若干个发射驱动电路，若干个前置放大电路，1个信号通道选择器，1个固 定增益的选频放大电路，1个阈值比较电路，1个单向通讯电路及1个微处理器。系统的工 作过程是：首先，微处理器用信号通道选择器选定某一个探头通道，然后，向该通道的发射 驱动电路输出超音频电脉冲信号，使超声波探头受到超音频电流驱动而发出超声波。超声 波向外部辐射，遇到障碍物反射回来，又由超声波探头接收到而转换成微弱电信号，由该通 道的前置放大电路放大，经由通道信号选择器的信号通道，到达固定增益的选频放大电路， 被放大并滤除干扰信号，送到阈值比较电路比较，超过一定幅度的信号将产生脉冲信号，被 送到微处理器用来检测超声波的飞行时间，从而计算出障碍物的距离。微处理器通过单向 通讯电路，将测量结果传到显示报警终端，向驾驶员显示各种测量结果和警报信息。
【发明内容】
[0006] -种超声波泊车辅助系统，其主机由电路板和外壳组成，主机外接若干个超声波 探头，可连接到显示报警终端。为提高产品的探测能力，本实用新型设计了采用微处理器 数字化控制电路工作电流从而改变增益的接收电路，用来适应远处或近处障碍物的回波幅 度，从而扩展了探测灵敏度和距离。
【附图说明】
[0007] 图1是测距原理示意图。
[0008] 图2是探测不同距离的障碍物的回波示意图。
[0009] 图3是本实用新型所公开的时间增益控制电路原理图之一。
[0010] 图4是本实用新型所公开的时间增益控制电路原理图之二。
[0011] 图5是本实用新型所公开的时间增益控制电路原理图之三。
[0012] 图6是本实用新型的信号处理主机中的微处理器的程序流程图。
[0013] 图7是本实用新型的电路原理方块图。
[0014] 图8是旧有技术的电路原理方块图。
【具体实施方式】
[0015] 以下结合附图进一步说明本实用新型。
[0016] 图7是本实用新型的主机电路原理方块图。本实用新型在旧有技术的基础上，增 加了一种受微处理器数字化调节工作电流从而改变增益的电路，称之为时间增益控制（英 文简称TGC)电路。改进之后，系统的工作过程是：首先，微处理器操纵信号通道选择器选定 某一个探头所在的通道，然后，向该通道的发射驱动电路输出超音频电脉冲信号，使超声波 探头受到电流驱动而发出超声波。超声波向外部辐射，遇到障碍物反射回来，又由超声波探 头本身接收到而转换成微弱电信号，由该通道的前置放大电路放大，经由通道信号选择器 的信号通道，到达所述的受微处理器数字化调节工作电流从而改变增益的电路，由微处理 器控制其放大倍数逐渐上升，以适应近处或远处障碍物的回波幅度。信号再经选频放大电 路放大并滤除干扰信号，被送到阈值比较电路进行比较，超过一定幅度的信号将产生脉冲 信号，被送到微处理器检测，用来计算超声波的飞行时间，从而计算出障碍物的距离。微处 理器通过单向通讯电路，将测量结果传到显示报警终端，向驾驶员显示各种测量结果和警 报信息。
[0017] 本实用新型设计的受微处理器数字化调节工作电流从而改变增益的接收电路，其 特征是：一，必有一级电路，其工作电流直接或间接，受微处理器数字化调节；二，此一级电 路的增益和工作电流有关，受控变化范围大于2倍。
[0018] 公开以下3种电路：
[0019] 第1种，如附图3所示，差分式时间增益控制电路。两个三极管（Q1，Q2)接成对称 结构，其工作电流相同，其特征是工作电流越大，增益越高，且其工作电流间接受控于微处 理器。图中，运算放大器Ul和Q3组成精密的电压到电流转换电路，将时间增益控制（TGC) 电压对应转换成Q3的c-e结电流，用于控制Q1，Q2的工作电流，达到改变增益的目的。TGC 电压由PffM (脉宽调制）或者DAC (数字模拟转换），经滤波而得来，其输出幅度受微处理器 数字化调节。其调节过程是：接收过程刚开始时，TGC电压比较低，电路的增益小，随后TGC 电压持续升高，控制本电路的增益连续变大，从而兼顾远、近回波的接收灵敏度。Rl和R2用 于平衡Q1，Q2的工作电流，C3用于旁路Rl和R2对交流信号的阻碍。Vref是放大电路的中 点电压，一般设在电源电压的一半。R8和最大TGC电压共同决定Q3的最大电流。Cl设计 成等于C2, R4设计为等于信号输入端（In)内阻，这样使得电路形成对称，有利于Ql和Q2 平衡工作。
[0020] 第2种，如附图4所示，为三极管共发射极接法的时间增益控制电路。特征是单个 三极管的工作电流越大，其增益越高，其发射极工作电流间接受控于微处理器。其发射极工 作电流的受控原理和附图3相同。C3和Ll谐振于接收频率，C4用于消除在Q2的b-e结的 残留噪声。
[0021] 第3种，如附图5所示，为二极管衰减式时间增益控制电路。特征是工作电流越 大，其增益系数越低，二极管的工作电流间接受控于微处理器。众所周知，二极管的动态电 阻，与工作电流有关：工作电流越大，动态电阻越小。其接在电路中对信号产生的分压，遵循 比例关系。改变其工作电流，就改变了动态电阻，从而改变了信号的分压系数，继而送到后 续电路进行放大。因此，二极管的工作电流越大，增益系数越小。其工作电流的受控原理和 附图3相同，只是控制方向相反。过程是：接收过程开始时，TGC电压比较高，电路的增益小， 随后TGC电压持续降低，控制本电路的增益连续变大，从而兼顾远、近回波的接收灵敏度。
[0022] 本实用新型利用信号处理主机的电路板上的微处理器（MCU)来进行上述调节过 程。利用微处理器自带的数模转换器（DAC)或者脉宽调制器（PffM)，其输出经过低通滤波 然后作为TGC电压，用来控制接收电路，使其工作电流受控被调节，数字分辨率可以轻易大 于3比特（bit)，达到6比特（bit)、8比特（bit)、10比特（bit)，甚至更高。根据更高的需 要，可以外接独立的DAC或PffM或其他数字转模拟的器件。MCU程序流程图如附图6所示：
[0023] 在完成MCU初始化之后，程序进入连续工作循环。首先选定需要探测的探头通道， 然后驱动发射电路使探头受到激励而发出超声波，然后在随后的1毫秒左右时间内，为避 开探头的余振，任务改为向显示报警终端进行单向通讯，而不管有无数据。通讯完毕，探头 余振也已经消除，则进入检测回波的时间窗口。在这个时间窗口，执行一个程序循环：一开 始检测阈值比较电路的输出，看是否收到了回波；若暂时未收到回波，则查看增益调整定时 器增量否。这是因为需要定时改变DAC或者PffM的输出值以调节TGC电路的工作电流，以 逐步提高其增益。最后检查时间窗口结束否，若否则继续执行这个程序循环。若是，则计算 障碍物的距离，继而进行其他计算和处理。然后又开始下一个通道的同样工作循环，周而 复始。
【主权项】
1. 一种超声波泊车辅助系统，其主机由电路板和外壳组成，主机外接若干个超声波探 头并可连接到显示报警终端，其特征在于，主机电路板使用了采用微处理器数字化调节电 路工作电流从而改变增益的接收电路，包括但不限于差分式时间增益控制电路、三极管共 发射极接法的时间增益控制电路、以及二极管衰减式时间增益控制电路。2. 根据权利要求1所述的超声波泊车辅助系统，其特征在于，其中的采用微处理器数 字化调节电路工作电流从而改变增益的接收电路，其工作电流受控被调节，数字分辨率大 于3比特（bit)。3. 根据权利要求1所述的超声波泊车辅助系统，其特征在于，主机电路板使用了所述 的差分式时间增益控制电路。4. 根据权利要求1所述的超声波泊车辅助系统，其特征在于，主机电路板使用了所述 的三极管共发射极接法的时间增益控制电路。5. 根据权利要求1所述的超声波泊车辅助系统，其特征在于，主机电路板使用了所述 的二极管衰减式时间增益控制电路。
【专利摘要】本实用新型属于汽车电子领域。本实用新型公开了一种采用微处理器数字化调节接收电路工作电流从而改变接收电路增益的超声波泊车辅助系统，其主机由电路板和外壳组成，主机外接若干个超声波探头并可连接到显示报警终端，其特征在于：主机电路板采用微处理器数字化调节接收电路工作电流从而改变接收电路增益，以适应障碍物在近处或远处的回波幅度变化，提高了探测灵敏度和距离，因而提高产品的可靠性，有助于提升车辆行驶的安全性。
【IPC分类】B60Q9/00, G01S15/10
【公开号】CN204964756
【申请号】CN201520027817
【发明人】陈亦明
【申请人】陈亦明
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年1月13日