专利名称：车载雷达测距测速仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车载雷达测距测速仪，属于汽车防护领域。主要通过测量 汽车间的距离和相对速度，防止汽车相撞。特别适用于解决大雾、泥沙等恶劣
天气下，高速公路上能见度低时，汽车无法上高速路的难题。
背景技术：
随着经济的迅猛发展，我国的高速路人均拥有里程数不断上升，随之而来 的高速公路道路交通安全问题也日益突出。为保证道路交通的行车安全，人们 采取了很多措施，如安全气囊、安全带、保险杠、阻燃器件等等。而近年来， 汽车防撞系统的研制越来越受到人们的青睐。初期，大多数防撞系统都是采用 超声波、红外、激光、视频技术，虽然它们在一定程度上起到了防止汽车相撞 的作用，但是它们都有一致命的缺陷——无法克服大雾、泥沙等恶劣天气的影 响。因此，人们又开始寻求的新的办法，于是毫米波防撞系统的研制也就应运 而生了。
在国外，这一项研究起步的比较早，也取得了一些显著的成果早在1993 年，美国Eaton公司就开发了 Vorad汽车防撞雷达系统；1995年，日本丰田公 司研制出主动预防安全系统和被动防撞安全系统，毫米波雷达就是其中的组成 部分；1997年，德国奔驰公司研制的汽车雷达系统荣获德国的工业革新奖。在 国内，此项研究才刚刚起步，目前还没有成熟的技术成型，也没有相应的产品 面市。而那些国外的技术，系统结构庞大而复杂，成本高，只适用于少数高档 车而不具备普及性。因此，每当出现大雾、泥沙等恶劣天气时，我们采取的手 段往往是最原始的做法——人为封锁高速公路。这不仅不利于高速公路的行车 畅通，增加旁边普通公路的交通负担，而且耗费大量的人力物力，浪费了人们 的时间，不利于经济的快速发展。
发明内容
本发明的目的是弥补现有汽车防撞系统的不足，提供一种准确、可靠的车 载雷达测距测速仪以解决在大雾、泥沙等能见度低的恶劣天气条件下汽车不能 上高速路的难题，保证高速公路上行车的畅通无阻与实时安全。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
车载雷达测距测速仪包括毫米波雷达传感器、跟随放大器、AD转换器、电 压比较器、微处理器MSP430、 LCD显示器、报警装置，毫米波雷达传感器分别与跟随放大器、电压比较器相连；跟随放大器与AD转换器、微处理器MSP430 依次相连；电压比较器与微处理器MSP430相连；微处理器MSP430分别与LCD 显示器、报警装置相连。
所述的跟随放大器的电路为第一运算放大器的4脚接-5V电压源，第一运 算放大器的7脚接+8V电压源；第一运算放大器的3脚与毫米波雷达传感器的 输出电信号相连；第一运算放大器的2脚与第一运算放大器的6脚相连后通过 第一电阻接到第二运算放大器的3脚;第二运算放大器的4脚和7脚分别接到-5V 和+8V电压源；第二运算放大器的3脚与第二电阻的一端、第一变阻器的一端 相连；第二电阻的另一端接地；第一变阻器的调节端与第一变阻器的另一端相 连后接到第二运算放大器的6脚，同时第二运算放大器的6脚与AD转换芯片 的信号输入端相连。
所述的AD转换器的电路为AD转换芯片的1脚和8脚分别接+5V、 -12V 电压源供电，AD转换芯片的2脚与跟随放大后的电信号相连，AD转换芯片的 3脚与第一电容的负端、第二电容的一端相连，第一电容的正端、第二电容的另 一端以及AD转换芯片的4脚均接地；AD转换芯片的5脚、6脚、7脚则分别 与微处理器MSP430上SDA、 CLK、 CS信号管脚相连。
所述的电压比较器的电路为电压比较芯片的3脚接+5V电压源供电，电 压比较芯片的12脚接地，电压比较芯片的6脚与毫米波雷达传感器的输出电信 号相连，电压比较芯片的7脚与第二变阻器的调节端相连，第二变阻器的另外 两端分别接+5V电压源与地，电压比较芯片的1脚与微处理器MSP430的捕获 管脚ICP相连。
所述的LCD显示器的电路为LCD1206液晶屏的1脚与第三变阻器的一端 相连并接地，LCD1206液晶屏的2脚与第三变阻器的调节端相连；LCD1206液 晶屏的3脚与第三变阻器的另一端相连后接到+5V电压源；LCD1206液晶屏的 4 6脚与微处理器MSP430的控制信号管脚RS、 R/W、 E相连；LCD1206液晶 屏的7 14脚与微处理器MSP430的数据传输信号DB1 DB8管脚相连； LCD1206液晶屏的15脚经开关、第三电阻接到+5V电压源，LCD1206液晶屏 的16脚接地。
所述的报警装置的电路为蜂鸣器的一端与地相连，蜂鸣器的另一端与三极 管的集电极相连；三极管的基极经第四电阻与微处理器MSP430的SPK信号管 脚相连；三极管的发射极与+5V电压源、第五电阻的一端相连；第五电阻的另 一端经发光二极管与^[处理器MSP430的LED信号管脚相连。所述的电源模块的电路为正八伏稳压芯片的1脚与第三电容的正端、第四 电容的一端、电压反转芯片的8脚、点烟器输出的+12V电压源相连；正八伏稳 压芯片的3脚与第五电容的正端、第六电容的一端、正五伏稳压芯片的1脚相 连；正五伏稳压芯片的3脚与第七电容的正端、第八电容的一端相连；电压反 转芯片的4脚与第十三电容的负端相连；电压反转芯片的2脚与第十三电容的 正端相连；电压反转芯片的5脚经二极管与第九电容的负端、第十电容的一端、 负五伏稳压芯片的2脚相连；负五伏稳压芯片的3脚与第十一电容的负端、第 十二电容的一端相连；第三电容的负端、第四电容的另一端、正八伏稳压芯片 的2脚、第五电容的负端、第六电容的另一端、正五伏稳压芯片的2脚、第七 电容的负端、第八电容的另一端、第九电容的正端、第十电容的另一端、负五 伏稳压芯片的1脚、第十一电容的正端、第十二电容的另一端均接地。
本发明与现有技术相比具有的有益效果
1) 采用毫米波雷达检测方法的测距测速仪，穿透能力强。可在大雾、泥沙等 恶劣天气条件下准确地工作，适合全天候运行；
2) 量测的范围宽、精度高，测量的距离范围为1 150m，测量的相对速度的 范围为0 100km/h;
3) 采用车内12V的点烟器供电，无需再另外配置电源；
4) 采用TI公司的低功耗微处理器MSP430，整体功耗低，节能；
5) 系统结构简单，体积小，可在车上即装即用；
6) 成本小，费用低，便于推广使用，从而真正解决大雾、泥沙等恶劣天气下， 汽车不能上高速路的问题。
图1是车载雷达测距测速仪的结构框图； 图2是本发明中跟随放大器的电路原理图； 图3是本发明中AD转换器的电路原理图； 图4是本发明中电压比较器的电路原理图； 图5是本发明中LCD显示器的驱动电路图； 图6是本发明中报警装置的驱动电路图； 图7是本发明中电源模块的电路原理图。
具体实施例方式
如图1所示，车载雷达测距测速仪包括毫米波雷达传感器、跟随放大器、 AD转换器、电压比较器、微处理器MSP430、 LCD显示器、报警装置，毫米波
6较器相连；跟随放大器与AD转换器、 微处理器MSP430依次相连；电压比较器与微处理器MSP430相连；微处理器 MSP430分别与LCD显示器、报警装置相连。
当前方汽车与安装了本发明的汽车之间发生相对运动时，毫米波雷达传感器 的输出端将输出一正弦波电信号，该电信号的幅值跟两汽车之间的距离反相关， 频率与两汽车之间相对速度正相关。因此，本发明中将此电信号分两路输入到
微处理器MSP430中以分别检测出正弦信号的幅值和频率，从而得到两车之间 的距离和相对速度。 一路经跟随放大器、AD转换器接到微处理器MSP430得到 距离值；另一路经电压比较器输入到微处理器MSP430得到相对速度值。此时， 微处理器MSP430将距离值和相对速度值实时显示在LCD显示器上，当它们的 值越过报警阙值时，微处理器MP430驱动报警装置，发出光声警报，在反应时 间内提醒司机采取刹车等一系列安全措施。图中，上位机起到了给微处理器 MSP430传递参数的作用，如传递报警阙值、距离和相对速度的相关因素等等。 如图2所示，跟随放大器的电路为第一运算放大器U1的4脚接-5V电压 源，第一运算放大器U1的7脚接+8V电压源；第一运算放大器U1的3脚与毫 米波雷达传感器的输出电信号相连；第一运算放大器Ul的2脚与第一运算放大 器Ul的6脚相连后通过第一电阻Rl接到第二运算放大器U2的3脚；第二运 算放大器U2的4脚和7脚分别接到-5V和+8V电压源；第二运算放大器U2的 3脚与第二电阻R2的一端、第一变阻器VR1的一端相连；第二电阻R2的另一 端接地；第一变阻器VR1的调节端与第一变阻器VR1的另一端相连后接到第二 运算放大器U2的6脚，同时第二运算放大器U2的6脚与AD转换芯片的信号 输入端相连。
图中，第一运算放大器U1构成跟随电路，根据运算放大器的"虚短虚断"原 理易知，第一运算放大器U1的输出信号值就等于输入信号值，即^ 々)=^ (0。 由于跟随电路输入阻抗高、输出阻抗低，从而起到阻抗匹配的作用，防止毫米 波雷达传感器输出的敏感电信号受后面数字器件的影响而失真；图中第二运算 放大器U2和第一电阻R1、第二电阻R2、第一变阻器VR1构成放大电路，同 样根据"虚短虚断"原理有f/2。a々)=t/2, W.(l + ra/i 2)，对毫米波雷达传感器的微 弱信号起到放大作用，而且调节第一变阻器VR1的值可将放大倍数调节到最佳 值。
如图3所示，AD转换器的电路为AD转换芯片U3的1脚和8脚分别接 +5V、 -12V电压源供电，AD转换芯片U3的2脚与跟随放大后的电信号相连，AD转换芯片U3的3脚与第一电容Cl的负端、第二电容C2的一端相连，第一 电容Cl的正端、第二电容C2的另一端以及AD转换芯片U3的4脚均接地； AD转换芯片U3的5脚、6脚、7脚则分别与微处理器MSP430上SDA、 CLK、 CS信号管脚相连。
如图4所示，电压比较器的电路为电压比较芯片U4的3脚接+5V电压源 供电，电压比较芯片U4的12脚接地，电压比较芯片U4的6脚与毫米波雷达 传感器的输出电信号相连，电压比较芯片U4的7脚与第二变阻器VR2的调节 端相连，第二变阻器VR2的另外两端分别接+5V电压源与地，电压比较芯片U4 的1脚与微处理器MSP430的捕获管脚ICP相连。
第二变阻器VR2的作用是调节比较电压使其在正弦信号的中间点进行比 较，以此电压为比较点，在电压比较芯片U4的作用下将正弦信号转化为方波信 号。通过微处理器MSP430的捕获、计数、计时来得到毫米波雷达信号的频率， 进而算出两车之间的相对速度值。
如图5所示，LCD显示器的电路为LCD1206液晶屏U5的1脚与第三变 阻器VR3的一端相连并接地，LCD1206液晶屏U5的2脚与第三变阻器VR3的 调节端相连；LCD1206液晶屏U5的3脚与第三变阻器VR3的另一端相连后接 到+5V电压源；LCD1206液晶屏U5的4 6脚与微处理器MSP430的控制信号 管脚RS、 R/W、 E相连；LCD1206液晶屏U5的7 14脚与微处理器MSP430 的数据传输信号DB1 DB8管脚相连；LCD1206液晶屏U5的15脚经开关Sl、 第三电阻R3接到+5V电压源，LCD1206液晶屏U5的16脚接地。
第三变阻器VR3用于调节LCD1206液晶屏U5的驱动电压，开关Sl实现 LCD2106液晶屏U5背光LED灯的开关。微处理器MSP430通过RS、 R/W、 E 三个管脚给LCD1206液晶屏U5传输控制信号，同时，通过D1 D8数据信号 线将距离值和相对速度值传输到LCD1206液晶屏U5分两行分别实时显示。
如图6所示，报警装置的电路为蜂鸣器LS1的一端与地相连，蜂鸣器LS1 的另一端与三极管Q1的集电极相连；三极管Q1的基极经第四电阻R4与微处 理器MSP430的SPK信号管脚相连；三极管Ql的发射极与+5V电压源、第五 电阻R5的一端相连；第五电阻R5的另一端经发光二极管DS1与微处理器 MSP430的LED信号管脚相连。
当微处理器MSP430的LED信号管脚输出低电平时发光二极管DS1发光， 反之则熄灭；当微处理器MSP430的SPK信号管脚输出高电平蜂鸣器LSI响起， 反之则不响。通过微处理器MSP430调节LED信号管脚和SPK信号管脚输出电平高低的变化频率可以调节发光二极管DS1的闪烁频率和蜂鸣器LS1的发声频 率，闪烁频率和发声频率越高则说明两车相撞情况的紧急程度越高，反之，则 说明紧急程度越低。
如图7所示，电源模块的电路为正八伏稳压芯片U6的1脚与第三电容C3 的正端、第四电容C4的一端、电压反转芯片U8的8脚、点烟器输出的+12V 电压源相连；正八伏稳压芯片U6的3脚与第五电容C5的正端、第六电容C6 的一端、正五伏稳压芯片U7的1脚相连；正五伏稳压芯片U7的3脚与第七电 容C7的正端、第八电容C8的一端相连；电压反转芯片U8的4脚与第十三电 容C13的负端相连；电压反转芯片U8的2脚与第十三电容C13的正端相连； 电压反转芯片U8的5脚经二极管Dl与第九电容C9的负端、第十电容C10的 一端、负五伏稳压芯片U9的2脚相连；负五伏稳压芯片U9的3脚与第十一电 容Cll的负端、第十二电容C12的一端相连；第三电容C3的负端、第四电容 C4的另一端、正八伏稳压芯片U6的2脚、第五电容C5的负端、第六电容C6 的另一端、正五伏稳压芯片U7的2脚、第七电容C7的负端、第八电容C8的 另一端、第九电容C9的正端、第十电容C10的另一端、负五伏稳压芯片U9的 l脚、第十一电容C11的正端、第十二电容C12的另一端均接地。
这样整个车载雷达测距测速仪的工作过程如下首先通过上位机，将报警阙 值、距离和相对速度的因素等参数传输到微处理器中，当前方车辆与安装了本 发明的汽车之间发生相对运动时，毫米波雷达传感器将输出一以幅值与距离反 相关、频率与速度正相关的微弱电信号；该电信号通过跟随放大器进行放大处 理后输入到AD转换器转换成数字量，然后在微处理器MSP430中进行数字滤 波处理得到其幅值，并用查表的方法算出相应的距离值；于此同时，该电信号 经过电压比较器转化为一方波信号，通过捕获、计数一段时间(t)内的方波数 (n)，便可在微处理器MSP430中方便地算出方波信号的频率值，也就是毫米 波雷达传感输入电信号的频率值(f=n/t)，通过频率与相对速度的关系便可以得 到相对速度值；在得到距离与相对速度值之后，微处理器MSP430驱动LCD显 示器，将距离与速度传输到LCD中实现实时显示；当距离与相对速度值的超出 了报警阙值时，微处理器MSP430通过LED信号管脚和SPK信号管脚驱动报警 装置，发出光声警报，光声的频率反应情况的紧急程度，以保证在人的反应时 间内提示驾驶员进行刹车等一系列安全操作，从而有效防止两车相撞。
权利要求
1.一种车载雷达测距测速仪，其特征在于它包括毫米波雷达传感器、跟随放大器、AD转换器、电压比较器、微处理器MSP430、LCD显示器、报警装置，毫米波雷达传感器分别与跟随放大器、电压比较器相连；跟随放大器与AD转换器、微处理器MSP430依次相连；电压比较器与微处理器MSP430相连；微处理器MSP430分别与LCD显示器、报警装置相连。
2. 根据权利要求1所述的一种车载雷达测距测速仪，其特征在于所述的跟随放大器的电路为第一运算放大器(Ul)的4脚接-5V电压源，第一运算放大器(Ul)的7脚接+8V电压源；第一运算放大器(Ul)的3脚与毫米波雷达传感器的输出电信号相连；第一运算放大器(Ul)的2脚与第一运算放大器(Ul )的6脚相连后通过第一电阻(Rl)接到第二运算放大器(U2)的3脚；第二运算放大器(U2)的4脚和7脚分别接到-5V和+8V电压源；第二运算放大器(U2)的3脚与第二电阻(R2)的一端、第一变阻器(VR1)的一端相连；第二电阻(R2)的另一端接地；第一变阻器(VR1)的调节端与第一变阻器(VR1)的另一端相连后接到第二运算放大器(U2)的6脚，同时第二运算放大器(U2)的6脚与AD转换芯片的信号输入端相连。
3. 根据权利要求1所述的一种车载雷达测距测速仪，其特征在于所述的AD转换器的电路为AD转换芯片(U3)的1脚和8脚分别接+5V、 -12V电压源供电，AD转换芯片(U3)的2脚与跟随放大后的电信号相连，AD转换芯片(U3)的3脚与第一电容(Cl)的负端、第二电容(C2)的一端相连，第一电容(Cl)的正端、第二电容(C2)的另一端以及AD转换芯片(U3)的4脚均接地；AD转换芯片(U3)的5脚、6脚、7脚则分别与微处理器MSP430上SDA、 CLK、CS信号管脚相连。
4. 根据权利要求1所述的一种车载雷达测距测速仪，其特征在于所述的电压比较器的电路为电压比较芯片(U4)的3脚接+5V电压源供电，电压比较芯片(U4)的12脚接地，电压比较芯片(U4)的6脚与毫米波雷达传感器的输出电信号相连，电压比较芯片(U4)的7脚与第二变阻器(VR2)的调节端相连，第二变阻器(VR2)的另外两端分别接+5V电压源与地，电压比较芯片(U4)的1脚与微处理器MSP430的捕获管脚ICP相连。
5. 根据权利要求1所述的一种车载雷达测距测速仪，其特征在于所述的LCD显示器的电路为LCD1206液晶屏(U5)的1脚与第三变阻器(VR3)的一端相连并接地，LCD1206液晶屏(U5)的2脚与第三变阻器(VR3)的调节端相连；LCD1206液晶屏(U5)的3脚与第三变阻器(VR3)的另一端相连后接到+5V电压源；LCD1206液晶屏(U5)的4 6脚与微处理器MSP430的控制信号管脚RS、 R/W、 E相连；LCD1206液晶屏(U5)的7 14脚与微处理器MSP430的数据传输信号DB1 DB8管脚相连；LCD1206液晶屏(U5)的15脚经开关(Sl)、第三电阻(R3)接到+5V电压源，LCD1206液晶屏(U5)的16脚接地。
6. 根据权利要求1所述的一种车载雷达测距测速仪，其特征在于所述的报警装置的电路为蜂鸣器(LSI)的一端与地相连，蜂鸣器(LSI)的另一端与三极管(Ql)的集电极相连；三极管(Ql)的基极经第四电阻(R4)与微处理器MSP430的SPK信号管脚相连；三极管(Ql)的发射极与+5V电压源、第五电阻(R5)的一端相连；第五电阻(R5)的另一端经发光二极管(DS1)与微处理器MSP430的LED信号管脚相连。
7. 根据权利要求2 6所述的一种车载雷达测距测速仪，其特征在于所述的电源模块的电路为正八伏稳压芯片(U6)的l脚与第三电容(C3)的正端、第四电容(C4)的一端、电压反转芯片(U8)的8脚、点烟器输出的+12V电压源相连；正八伏稳压芯片(U6)的3脚与第五电容(C5)的正端、第六电容(C6)的一端、正五伏稳压芯片(U7)的1脚相连；正五伏稳压芯片(U7)的3脚与第七电容(C7)的正端、第八电容(C8)的一端相连；电压反转芯片(U8)的4脚与第十三电容(C13)的负端相连；电压反转芯片(U8)的2脚与第十三电容(C13)的正端相连；电压反转芯片(U8)的5脚经二极管(Dl)与第九电容(C9)的负端、第十电容(C10)的一端、负五伏稳压芯片(U9)的2脚相连；负五伏稳压芯片(U9)的3脚与第十一电容(C11)的负端、第十二电容(C12)的一端相连；第三电容(C3)的负端、第四电容(C4)的另一端、正八伏稳压芯片(U6)的2脚、第五电容(C5)的负端、第六电容(C6)的另一端、正五伏稳压芯片(U7)的2脚、第七电容(C7)的负端、第八电容(C8)的另一端、第九电容(C9)的正端、第十电容(C10)的另一端、负五伏稳压芯片(U9)的1脚、第十一电容(C11)的正端、第十二电容(C12)的另一端均接地。
全文摘要
本发明公开了一种车载雷达测距测速仪。它包括毫米波雷达传感器、跟随放大器、AD转换器、电压比较器、微处理器MSP430、LCD显示器、报警装置，毫米波雷达传感器分别与跟随放大器、电压比较器相连；跟随放大器与AD转换器、微处理器MSP430依次相连；电压比较器与微处理器MSP430相连；微处理器MSP430分别与LCD显示器、报警装置相连。由于毫米波雷达传感器所发的毫米波信号具有很强的穿透能力，所以本发明可以在任何天气下进行使用，从而解决了在大雾、泥沙等恶劣天气下，高速路上能见度低时汽车不能上高速路的难题。不仅保障了行车安全，而且使高速路上的行车畅通无阻，不受任何恶劣天气条件的影响。
文档编号G05B19/04GK101672918SQ20091010067
公开日2010年3月17日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者孔祥杰, 徐影燕, 沈国江, 谢宜生 申请人:浙江大学