专利名称：一种采用无铅传感元件的环保型测距雷达的制作方法
技术领域：
本发明属于雷达探测距离的技术领域。
背景技术：
倒车雷达利用超声测距原理。即通过探测雷达探头发射超声波，遇到障 碍物后反射回来，利用发射与反射之间的时间差通过公式S=C*t/2 (S为距 离，C为声速，t为时间差)来计算探头与障碍物之间的距离。
现有的倒车雷达通常包含三个部分 一个(或多个)发射接收信号用的 传感器、 一个信号分析处理的主控器以及一个报警显示器。由单片机控制发 射超声信号，经由一个或者多个探头发射出去。在设计范围内，遇到障碍物 就返回超声信号。超声探头接收到返回信号后，经过信号处理成单片机能够 识别的脉冲。单片机通过发射和接收到脉冲之间的时间间隔来计算探头与障 碍物之间的距离。
常用的发射接收用的探头一般使用锆钛酸铅(PZT)作为压电材料，这种材
料是一种非环保型的材料，其Pb0含量通常占50。/。以上，而PbO有毒并且在烧结
温度下挥发性大， 一方面对人体、环境造成危害，另一方面也使陶瓷中的化 学计量比偏离原配方，给工艺和产品的性能带来诸多问题。随着全社会对环
保问题的重视，寻找PZT替代材料，实现无铅压电陶瓷超声探头及其应用系统 成为电子领域的紧迫任务之一。
发明内容
为了减少含铅元器件的使用量，本发明提出了这项基于无铅新材料探头应 用系统的发明。同时系统通过程序灵活调整探测扫描频率来实现了低功耗与 高灵敏度，增加温度传感器来实现声速的校准实现了测量数据的高精度。
本发明的特征在于，含有超声探头， 一个包含控制超声发射和接收处理超 声信号的主机、 一个用于显示和报警的显示报警头以及一个温度传感器，其中超声探头，至少为一个，含有前向封闭式外壳、连接与所述外壳内侧 底部的无铅压电材料、填充于所述外壳内的硅胶等材料，以及连接在所述外 壳开口侧的两个电极组成。所述包含控制超声发射和接收、处理超声信号的 主机，向指定的所述超声探头的两个电极加载一个频率设定的高压信号使得 所述超声探头振动发出超声波，然后通过内置的探头接收所述超声波信号， 经过放大、滤波、选频放大、整形后送至内置的单片机，在检测到所述温度 传感器送来的环境温度值T后，按下式计算所述环保型倒车雷达与被测障碍物 的距离S，并显示距离数据和蜂鸣信号
s二c氺t/2，
c为声波在空气中传播的速度，c=331.05+0.607*T， t为发射和接收所述超声 波信号的时间间隔，T为空气温度。
本发明的特征又在于，所述单片机在接收到指定的超声探头发来的超声波 信号后，要在lHz——10Hz调整扫描频率依次扫描其他超声探头。
本发明的特征还在于，是一种倒车雷达，所述超声探头安装在汽车的前或 后保险杠上，通过导线与所述主机相连，而所述主机则放置在所述汽车的后 备箱中，有汽车电瓶供电，所述显示报警头通过导线引至所述汽车的仪表台。
本发明具有如下效果-
1、由于采用了无铅探头、无铅元件、无铅工艺，本系统最大程度上减少 了铅的使用量，更加环保。
2、增设温度传感器，提高了测量的准确性。通过变频扫描多个探头保证了系 统低功耗、高灵敏度。
采用这种无铅探头和无铅工艺流程，不仅可以制作出无铅倒车雷达，而且可以制作类似的无铅超声应用系统，为无铅超声产品的的广泛应用打下了良好 的基础。
图l :发明整体结构图； 图2 :程序工作流程图； 图3 :环保型超声探头结构； 图4 :信号处理电路框图； 图5 :整机安装示意图。
具体实施例方式
本发明所涉及的是基于无铅超声探头、无铅分立元件和无铅加工工艺的倒 车雷达系统。下面结合附图介绍本发明的内容。
本发明整个系统附图l所示，系统包含一个(或多个)收发同体的无铅超声探 头l， 一个包含控制超声发射以及接收超声信号处理的主机2， 一个用来显示
距离数据和蜂鸣报警的显示报警头3以及一个温度传感器4。本系统采用新型
超声探头等无铅元件并采用无铅加工，因此本系统最大程度上减少了铅含量， 更加环保。
本发明主机工作流程见附图2所示，首先系统通过一个指定的探头发射超声 波，然后通过电子开关切换只接受该探头的回波信号。接收到的回波信号通 过信号处理电路后送给单片机分析处理，这样一个完整的过程称作一次探头 扫描。本发明依次扫描各个探头，并根据各个探头接收到的超声信号来判断 该探头对应方向有无障碍物。当一个或多个探头探测到前方报警范围内有障 碍物时，程序自动增大扫描频率(1Hz到10Hz间)以提高探测灵敏度。计算温度补偿后的数据，随后发送给数码显示头。数码管将障碍物距离车体最近的 距离显示出来，并根据这个距离来自动调整蜂鸣器鸣响频率。
本发明采用了高性能的压电材料片14替代PZT来实现超声探头，探头结构图如 附图3所示。探头采用前向封闭式的结构的壳体15，内部通过填充一些硅胶等 缓冲块12来降低探头发射后的余震。工作时，通过在探头两个电极ll加载探 头固有频率的高压信号使得探头振动发出超声波。本探头由于采用不含铅的 材料，因此非常环保。
探头接收到的超声信号，经过信号处理后才能送至单片机处理。信号处理 部分见附图4所示，本电路中，信号经过预放大、滤波、选频放大、电压比较 等部分后，输出单片机能够识别的数字信号。单片机通过累计这个信号和发 射之间的时间间隔通过公式swM/2 (s为距离，c为声速，t为时间差)来计
算距离数据。由于声波在空气中传播的速度受空气温度影响很大，可用公式 c二331.05+0.607W近似表达。式中，c为声速，T为空气温度。因此本系统还 通过增加一个温度传感器来获取气温，并根据气温来矫正倒车时显示的距离 数据。
整机安装示例如附图5所示，安装时将探头5安装在汽车后保险杠(或者前保 险杠)，通过导线连接在主机6上。主机6则放置在汽车后备箱或者其他位置， 通过汽车电瓶取电。显示报警8则通过信号线7引至汽车仪表台。
权利要求
1. 一种采用无铅传感元件的环保型测距雷达，其特征在于含有超声探头，一个包含控制超声发射和接收处理超声信号的主机、一个用于显示和报警的显示报警头以及一个温度传感器，其中超声探头，至少为一个，含有前向封闭式外壳、连接与所述外壳内侧底部的无铅压电材料、填充于所述外壳内的硅胶等材料，以及连接在所述外壳开口侧的两个电极组成。所述包含控制超声发射和接收、处理超声信号的主机，向指定的所述超声探头的两个电极发出一个频率设定的高压信号使得所述超声探头振动发出超声波，然后通过内置的探头接收所述超声波信号，经过放大、滤波、选频放大、整形后送至内置的单片机，在检测到所述温度传感器送来的环境温度值T后，按下式计算所述环保型倒车雷达与被测障碍物的距离s，并显示距离数据和蜂鸣信号s＝c*t/2，c为声波在空气中传播的速度，c＝331.05+0.607*T，t为发射和接收所述超声波信号的时间间隔，T为空气温度。
2. 根据权利要求，所述的一种采用无铅传感元件的环保型测距雷达，其特征在于，所述单片机在接收到指定的超声探头发来的返回超声波信号后，要在1Hz——10Hz调整扫描频率依次扫描其他超声探头。
3. 根据权利要求，所述的一种采用无铅传感元件的环保型测距雷达，其特征在于，是一种倒车雷达，所述超声探头安装在汽车的前或后保险杠上，通过导线与所述主机相连，而所述主机则放置在所述汽车的后备箱中，由汽车电瓶供电，所述显示报警头通过导线引至所述汽车的仪表台。
全文摘要
一种采用无铅传感元件的环保型测距雷达，属于雷达探测距离的技术领域，其特征在于含有超声探头，一个包含控制超声发射和接收处理超声信号的主机、一个用于显示和报警的显示报警头以及一个温度传感器。其中，主机利用环境温度来调查声波在空气中传播的速度，并由此计算所述测距雷达和被测障碍物的距离。所述超声探头用无铅传感元件作压电材料，所述主机能在1Hz-10Hz范围内调整扫描频率，以控制不同的超声探头去探测不同方向的在报警范围内的被测障碍物，提高测量精度并减小功耗。本发明具有无污染、低功耗、高精度等优点。
文档编号G01S15/00GK101458335SQ200910076388
公开日2009年6月17日 申请日期2009年1月15日 优先权日2009年1月15日
发明者远 任, 任天令, 刘理天, 孔祥明, 轶 杨, 王利刚 申请人:清华大学