基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统的制作方法
【专利摘要】基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，属于超声波定位【技术领域】。为了解决现有障碍探测产品成本高、智能化程度低、设计复杂、功能固化等问题。它包括：发射系统，用于产生40KHz的超声波，并向汽车障碍物发射；接收系统，用于接收汽车障碍物反射的回波信号；测温系统，用于测量环境温度；单片机系统，根据测量的环境温度修正发射超声波的速度，记录发射系统发送超声波和接收系统接收回波信号的时间间隔，计算与汽车障碍物的距离，并向汽车的电机驱动系统发送驱动信号，将所述距离发送给虚拟仪器显示系统；虚拟仪器显示系统，用于通过串口通信与单片机交换数据，并将接收的距离信号进行显示。它用于汽车对障碍物进行探测。
【专利说明】基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统
【技术领域】
[0001]本发明属于超声波定位【技术领域】。
【背景技术】
[0002]声音是与人类生活紧密相联的一种自然现象，人们对声音早有认识，在人们的日常生活中存在着各式各样的声音。在科学史上，声学是发展最早的学科之一。然而，超声是人耳听不到的信号。直到18世纪，人们开始研究海豚、蝙蝠等动物时，才推测自然界存在超声。声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波，超声波是声波的一种。
[0003]由于人耳听域有限，所以在自然界中似乎超声不存在，其实超声是广泛存在的。人耳听到的声音只是自然界声音的一部分，即可听声部分，而即使是可听声部分的声音，有时仍然含有超声成分，只是人耳听不到。比如自然界中许多动物发出的声音中就含有超声成分，蝙蝠就是最典型的例子。它可以利用超声进行探测洞穴、捕获昆虫，利用超声波作为定位技术是蝙蝠等一些无目视能力的生物作为防御及捕捉猎物生存的手段，也就是由生物体发射不被人们听到的超声波(20kHz以上的机械波)，借助空气媒质传播，由待捕捉的猎物或障碍物反射回来的时间间隔长短与反射的超声波的强弱判断猎物性质或障碍位置的方法。由于超声波的速度相对于光速要小的多，其传播时间就比较容易检测，并且它有易于定向发射，方向性好，强度易控制的特性，因而人类利用超声波测距。
[0004]超声波在对障碍物进行定位方面具有以下突出的优点:
[0005](I)超声波对色彩、光照度不敏感，可用于识别透明及漫反射性差的物体(如玻璃、抛光体)；
[0006](2)对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中；
[0007](3)超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化和集成化。
[0008]因此，超声检测法己越来越引起人们的重视，被广泛应用在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面。特别是在空气测距中，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较闻。
[0009]随着科学技术的发展，超声波障碍探测技术在国防、汽车工业、公路监测及日常生活中无处不在。例如，在汽车工业领域制成的倒车、防撞系统已广泛投入使用，避免了汽车事故的发生。
[0010]目前障碍探测产品主要是以微处理器为核心，以大规模集成芯片为外围电路的智能化仪器。由于硬件的束缚，这种系统具有成本高、智能化程度低、设计复杂、功能固化等缺点。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是为了解决现有障碍探测产品成本高、智能化程度低、设计复杂、功能固化等问题，本发明提供一种基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统。
[0012]本发明的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，
[0013]它包括发射系统、接收系统、测温系统、单片机系统和虚拟仪器显示系统；
[0014]发射系统，用于产生40KHZ的超声波，并向汽车障碍物发射；
[0015]接收系统，用于接收汽车障碍物反射的回波信号；
[0016]测温系统，用于测量环境温度；
[0017]单片机系统，用于根据测量的环境温度修正补偿发射系统发射超声波的速度并控制其发射，并记录发射系统发送超声波和接收系统接收回波信号的时间间隔，根据所述时间间隔计算与汽车障碍物的距离，并根据所述距离向汽车的电机驱动系统发送驱动信号，将所述距离发送给虚拟仪器显示系统；
[0018]虚拟仪器显示系统，用于通过串口通信与单片机交换数据，并将接收的距离信号进行显示。
[0019]本发明的有益效果在于，本发明所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，用了测温系统、单片机系统及其外围芯片，加入了温度补偿减小了误差，从而提高了测距精度，完成了硬件电路和软件的设计工作，利用串口通信实现单片机系统和虚拟仪器显示系统6之间的通信。本发明与现有障碍探测产品相比，具有成本低，智能化程度高，设计简单，功能多样化的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为【具体实施方式】一所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统的原理示意图。
[0021]图2为【具体实施方式】二所述的发射系统的原理示意图；
[0022]图3为【具体实施方式】三所述的接收系统的原理示意图；
[0023]图4为【具体实施方式】四所述的温度传感器的原理示意图。
【具体实施方式】
[0024]【具体实施方式】一:结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，它包括发射系统1、接收系统2、测温系统3、单片机系统4和虚拟仪器显不系统6 ；
[0025]发射系统I，用于产生40KHz的超声波，并向汽车障碍物发射；
[0026]接收系统2，用于接收汽车障碍物反射的回波信号；
[0027]测温系统3，用于测量环境温度；
[0028]单片机系统4，用于根据测量的环境温度修正补偿发射系统I发射超声波的速度并控制其发射，并记录发射系统I发送超声波和接收系统2接收回波信号的时间间隔，根据所述时间间隔计算与汽车障碍物的距离，并根据所述距离向汽车的电机驱动系统发送驱动信号，将所述距离发送给虚拟仪器显示系统6 ；
[0029]虚拟仪器显示系统6，用于通过串口通信与单片机交换数据，并将接收的距离信号进行显示。
[0030]【具体实施方式】二:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统的进一步限定，发射系统I包括超声波发送器和第一放大整形电路；
[0031]单片机系统4发送的控制信号经第一放大整形电路放大整形后发送给超声波发送器。
[0032]本实施方式所述的发射系统I主要由555电路Ia和双D触发器Ib组成，如图2所示。
[0033]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统的进一步限定，接收系统2包括超声波接收器和第二放大整形电路；
[0034]超声波接收器接收的回波信号发送给第二放大整形电路，经第二放大整形电路放大整形后发送给单片机系统4。
[0035]本实施方式的所述的接收系统2包括RC移相选频网络2a、级间耦合2b和信号放大电路2c,如图3所示。
[0036]所述的RC移相选频网络2a的作用是允许模拟输入信号中的高频部分的信号通过，而不允许低频部分的信号通过，即使低频部分的信号急剧衰减。级间耦合2b可以使两级放大器联系起来，提高放大倍数。但是，这种连接又会带来前后级之间的相互影响。我们希望耦合电路能顺利地通过交流信号，以便继续进行放大。同时又不要影响各级放大器巳设置好的工作点。阻容耦合电路能实现这种要求，它是最常用的交流电压放大电路。
[0037]有源滤波电路内部由两部分组成:由电阻和电容元件组成的RC网络以及由集成运放组成的放大器。两个部分的作用各不相同，RC网络的作用是实现滤波，而集成运放的作用是提高电路的电压放大倍数和带负载能力。
[0038]由于外界给电路带来一些不需要的低频信号的干扰，接受的超声波是高频信号，所以高频信号得保留，低频信号得滤除。各种有源滤波电路中的集成运放都起着放大器的作用，因此它们都必须工作在线性区，电路中都必须引入一个深负反馈。本设计的目的和用途决定其结构及其滤波电路的性质以及阶数等。
[0039]【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统的进一步限定，所述测温系统3采用温度传感器实现，所述温度传感器的型号为DS18B20。
[0040]本实施方式的所述的温度传感器与单片机的连接示意图，如图4所示。
[0041]【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统的进一步限定，所述单片机系统4采用芯片SST89E564RD实现。
[0042]实验验证:
[0043]一:障碍探测系统恢复到初始状态，电机未工作额情况下，用一个半径为Icm的圆球形物体作为目标物体，而且实验当中，目标物体的测试范围在两个超声波传感器连线的中垂线上面。盲区就是超声波传感器检测到物体的最近距离范围。
[0044]盲区的实验结果如表1所示，单位为cm。
[0045]表1盲区实验数据
[0046]
【权利要求】
1.基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，其特征在于，它包括发射系统(I)、接收系统(2)、测温系统(3)、单片机系统(4)和虚拟仪器显示系统(6)； 发射系统(1)，用于产生40KHz的超声波，并向汽车障碍物发射； 接收系统(2)，用于接收汽车障碍物反射的回波信号； 测温系统(3)，用于测量环境温度； 单片机系统(4)，用于根据测量的环境温度修正补偿发射系统(I)发射超声波的速度并控制其发射，并记录发射系统(I)发送超声波和接收系统(2)接收回波信号的时间间隔，根据所述时间间隔计算与汽车障碍物的距离，并根据所述距离向汽车的电机驱动系统发送驱动信号，将所述距离发送给虚拟仪器显示系统(6)； 虚拟仪器显示系统(6)，用于通过串口通信与单片机交换数据，并将接收的距离信号进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，其特征在于，发射系统(I)包括超声波发送器和第一放大整形电路； 单片机系统(4)发送的控制信号经第一放大整形电路放大整形后发送给超声波发送器。
3.根据权利要求1所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，其特征在于，接收系统(2)包括超声波接收器和第二放大整形电路； 超声波接收器接收的回波信号发送给第二放大整形电路，经第二放大整形电路放大整形后发送给单片机系统(4)。
4.根据权利要求1所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，所述测温系统(3)采用温度传感器实现，所述温度传感器的型号为DS18B20。
5.根据权利要求1所述的基于超声波定位技术的汽车障碍探测系统，所述单片机系统(4)采用芯片SST89E564RD实现。
【文档编号】G01S7/52GK104076364SQ201410336450
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】王献林, 刘志远, 聂文田, 邓中祚 申请人:哈尔滨工业大学