車輛倒車告警系統的製作方法
2023-12-05 06:40:16
專利名稱：車輛倒車告警系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛倒車告警系統，特別是涉及一種使用超聲波傳感器實現的車輛倒車告警系統。
背景技術：
車輛倒車告警系統是用4個安裝在車輛後擋板上的超聲波傳感器構造而成，用以檢測諸如路障、中央隔離墩、電線桿等障礙物，來警告駕駛員已檢測到障礙物。
如圖1所示，傳統的車輛倒車告警系統包括多個超聲波傳感器10，所述超聲波傳感器由發射響應驅動信號的超聲波的發射器以及接收由目標反射的信號的接收器構成；車輛倒車告警系統還包括將驅動信號發送到各個超聲波傳感器10的驅動電路20；與驅動電路20一起工作並接收來自各個超聲波傳感器10的反射信號的反射驅動電路30；將反射驅動電路30接收到各個超聲波傳感器10的反射信號濾波到一定頻率寬度的帶寬濾波器40；將濾波到與帶寬濾波器40的頻率帶寬相同頻率帶寬的反射信號放大到一定放大率的放大電路50；對通過放大電路50的反射信號進行波形檢測的波形檢測電路60；將檢測到的反射信號與基準電壓值進行比較，並當反射信號的電壓數值大於基準電壓數值時，輸出高電平信號的比較器70；以及輸出驅動各個超聲波傳感器10的驅動信號、控制驅動電路20和反射驅動電路30的運行以及當從比較器輸入高電平信號時輸出目標告警信號到告警裝置81的中央處理單元(CPU)80。
如圖2所示，超聲波傳感器10包括含有響應通過連接器11輸入到CPU80的驅動信號導通-截止的電晶體Q1的開關單元12；包含隨電晶體Q1導通-截止輸出由變壓係數增加超聲波震蕩信號的變壓器T1的變壓電路13；由變壓器T1的超聲波震蕩信號驅動、發射一定頻率的超聲波並接收由目標反射的信號的超聲波傳感器14；對通過超聲波收發器14接收到的反射信號進行鉗位的鉗位電路15以及根據多個步驟對鉗位的反射信號進行放大並通過連接器111輸出的放大電路16。
如圖3所示，比較器70包括基準信號電平調整電路71，所述基準信號電平調整電路71包括電阻R1、R2和R3、電容器C1和C2；還包括運算放大器72，所述運算放大器72包括由波形檢測電路60波形檢測反射信號的輸入端以及信號電平由基準電平調整電路71調節的基準信號輸入端，該運算放大器72在反射信號的電壓值大於基準信號的電壓值時輸出高電平信號。
在傳統的車輛倒車告警系統中，超聲波傳感器10根據CPU 80的控制發射超聲波並接收反射信號。反射驅動電路30根據CPU 80的控制接收反射信號。帶寬濾波器40對接收到的反射信號只讓符合要求的帶寬經過，放大電路50再放大該信號。波形檢測電路60對經放大的信號進行波形檢測。比較器70將該反射信號與基準信號進行比較，CPU 80根據比較的結果判斷在傳感器10的檢測範圍內是否有障礙物，並通過告警裝置81輸出告警信號。
此時，將反射信號的電壓值與外部比較器70的基準電壓值進行比較。所述外部比較器70包括與CPU 80獨立安裝的基準信號電平調整電路71和運算放大器72。所述基準信號電平調整電路71包括電阻R1、R2和R3、電容C1、C2。當反射信號的電壓值高於外部比較器70的基準電壓值時，CPU 80判斷出安裝在車輛尾部的超聲波傳感器10的檢測範圍內存在有某障礙物，從而產生告警。
在有圖4的路障90時，如圖7所示，當電壓值高於比較器的基準信號波形(R)，路障的波形(I)被輸入到比較器70，CPU 80據此判斷出安裝在車尾的超聲波傳感器10的檢測範圍內有路障90。
參考圖7的波形示意圖，CPU 80的超聲波傳感器10的驅動信號波形(D)是基於具有每1毫秒5.8V電平信號的基準線A，比較器70的基準信號波形(R)是基於具有每毫秒1.00V電平信號的基準線B，而輸入信號(反射信號)波形為(I)。如圖示，在超聲波傳感器10啟動後2毫秒後可檢測到該目標。
實際上，如圖2所示，具有集成收發器的超聲波傳感器10中，由於變壓電路13的變壓器T1的輸出端和超聲波收發器14的反射信號輸出端都為P1點，如圖2所示，因而圖7中的驅動信號D電壓顯著增加並通過變壓器T1的輸出端傳送到超聲波收發器14。該信號與在點P1接收到的反射信號疊加時被箝位和放大，並通過反射驅動電路30、帶寬濾波器40、放大電路50和波形檢測電路60輸入到比較器70。因此，收發器集成的超聲波傳感器10能夠在啟動後發送和接收信號還沒有疊加的1.4毫秒-2.2毫秒之後，即超聲波傳感器10的觸發時間後，檢測到該目標。
但是，在傳統的車輛倒車告警系統中，使用與CPU 80獨立安裝的外部比較器70。由於不是路障、中央路墩、電線桿等實際需要告警障礙物，而是例如圖4所示的散布於路障90前的碎石91，圖5所示的碎石路92以及圖6所示的路面帶凸起部的碎石93或土堆94等障礙物反射的信號，即使當超聲波傳感器10的檢測信號的電壓值稍微大於比較器70的基準電壓時，傳統的車輛倒車告警系統就可能產生警告。
如圖4所示，對於路障90前的碎石91，當電壓值稍微高於比較器70(圖8)的基準信號波形R的碎石檢測信號波形(I』)被輸入到比較器70，傳統的車輛倒車告警系統會錯誤地判斷安裝在車後擋板上的超聲波傳感器10的檢測範圍內存在有諸如路障90的某障礙物，進而發出錯誤的警告。
所以，為了克服上述問題，現有技術對獨立於CPU 80安裝的比較器70的基準電壓值進行了調整。在上述調整工作中，對比較器70的基準信號電平調整電路71的電阻R1、R2和R3以及電容器C1、C2的電容量進行適當調整，使得圖7和圖8中比較器70的基準信號波形R的傾斜度發生變化。使得基準信號波形R』具有新的斜率。
但是，在上述調整工作中，當獨立於CPU 80安裝的外部比較器70的基準信號時間常數曲線的斜率改變時，將不能檢測到實際需要告警的某些障礙物(例如，路障，道路隔離墩、電線桿等)。即，不能根據圖9中的基準信號波形R』檢測到對應於路障檢測檢測信號波形(I)的路障90。
實際上，在調整工作過程中，改變獨立於CPU 80安裝的外部比較器70的時間常數曲線的傾斜度以便保證能夠檢測到實際需要告警的障礙物(路障，中央隔離墩，電線桿等)，同時，防止由於圖5中碎石路92以及圖6所示路面帶凸起部的碎石93或土堆94產生錯誤警告，所述調整工作需要反覆進行數十次。因此，調整工作非常困難(需30多天)。
發明內容
因此，本發明的一個目的是為了克服現有技術遇到的問題。
本發明的另一個目的是提供一種車輛倒車告警系統，使用裝在CPU內部的可根據輸入程序常數值產生各種基準電壓值的內部可編程基準電壓模塊，能夠充分檢測到實際需要告警的障礙物。此外，還可能容易地識別出實際無須告警的某些障礙物，並順利快速地執行調整工作。
附圖僅提供參考說明，而不對本發明進行限制的。
圖1是傳統車輛倒車告警系統的框圖；圖2是圖1中超聲波傳感器的電路圖；圖3是圖1中比較器的電路圖；圖4是說明需要倒車告警的路障前的碎石的情形的透視圖；圖5是說明無需倒車告警的碎石路的透視圖；圖6是說明無須告警的路面帶有突起部的碎石、土堆的透視圖；圖7示出在傳統車輛倒車告警系統中測量到的路障檢測信號的波形；圖8示出在傳統車輛倒車告警系統中測量到的路障的碎石檢測信號的波形；圖9示出傳統車輛倒車告警系統在進行調整工作後，測量到的路障檢測信號和碎石檢測信號的波形；圖10是本發明描述的車輛倒車告警系統的框圖；圖11是說明圖10中的中央處理單元的基準電壓調整寄存器的結構的示意圖；圖12是圖10中可編程基準電壓模塊的框圖；圖13是本發明的車輛倒車告警系統測量到的路障檢測信號的波形；圖14是在本發明車輛倒車告警系統進行調整工作之前測量到的路障的碎石檢測信號的波形；圖15是本發明的車輛倒車告警系統在完成調整工作後測量到的路障的碎石檢測信號的波形。
具體實施例方式
下面參考附圖對本發明的最佳實施例進行描述。
如圖10-12所示，多個超聲波傳感器10安裝在車輛後擋板上，每個傳感器由能夠根據驅動信號發射超聲波的發射器帽以及能夠接收目標反射的信號的接收器組成。
所構造的驅動電路20用於將驅動信號傳送到各個超聲波傳感器10。
反射驅動電路30與驅動電路20一起工作，接收來自各個超聲波傳感器10的反射信號。
第一帶寬濾波器40a以一定的頻率帶寬(最好是40Khz)將反射驅動電路30接收到的各個超聲波傳感器10的反射信號進行濾波。
第二帶寬濾波器40b以與第一帶寬濾波器40a相同的頻率帶寬對經過第一次濾波的反射信號進行二次濾波，以增強反射信號的濾波電平。
放大電路50對通過第二帶寬濾波器40b的反射信號以某放大率進行放大。
波形檢測電路60對通過放大電路50的反射信號進行波形檢測。
中央處理單元(CPU)80a包括基準電壓調整寄存器71a(圖11)和可編程基準電壓模塊70a，其中，所述基準電壓調整寄存器71a設有一定數量的可輸出用於設置對應於計時器和超聲波傳感器10的工作時間的各種程序常數的比特位，所述可編程基準電壓模塊70a根據基準電壓調整寄存器71a的程序常數值輸出各種基準電壓值。CPU 80a輸出用於驅動各超聲波傳感器10的驅動信號並控制驅動電路20和反射驅動電路30的工作。
CPU 80a將通過波形檢測電路60的發射信號的電壓值與可編程基準電壓模塊70a的基準電壓數值進行比較。當反射信號的電壓值大於可編程基準電壓模塊70a的基準電壓值時，輸出目標告警信號到告警裝置81，顯示告警狀態。
工人很容易在0-3.5V範圍內通過改變基準電壓調整寄存器71a的程序常數值來改變CPU 80a的內置式可編程基準電壓模塊70a的基準電壓值。
CPU 80a最好是微晶片公司(Microchip Corporation)生產的16C64X，PIC16C642或PIC16622.
作為參考，在圖11的8位基準電壓調整寄存器71a中，R表示可讀位，W表示可寫位，U表示不可實現的位(讀作「0」)，位7的VREN表示使Vref有效，位6的VORE表示使Vref輸出有效，位5的VRR表示Vref範圍選擇，位4表示不能實現，位3-位0的VR3-VR0表示Vref數值選擇。
具體地，當位5的VRR為「1」，可編程基準電壓模塊70a的基準電壓值可改變為16個低範圍狀態，而當位5的VRR為「0」，可編程基準電壓模塊70a的基準電壓值可改變為16個高範圍狀態。如圖12所示，可編程基準電壓模塊70a能通過16-1模擬多路調製器(Multiplexor)輸出32個基準電壓值。
實際上，按照本發明的最佳實施例，通過工人簡單的調整工作，簡單地改變基準電壓調整寄存器71a的程序常數值為16個低範圍和16個高範圍，可使CPU 80a的內部可編程基準電壓模塊70a的基準電壓值分別在0-3.5V範圍內進行32個級變化。
下面說明按照本發明的車輛倒車告警系統的工作過程。
CPU 80a分別輸出驅動各個超聲波傳感器10的驅動信號以及操作驅動電路20和反射驅動電路30的信號。所述驅動電路20將驅動信號發送到各超聲波傳感器10。
此時，各個超聲波傳感器10對一定目標發射超聲波，通過反射驅動電路30的接收器接收反射信號。
反射驅動電路30將來自各個超聲波傳感器10的反射信號傳送到第一帶寬濾波器40a。第一帶寬濾波器40a以40Khz頻率帶寬對輸入的反射信號進行濾波。第二帶寬濾波器40b以40Khz頻率帶寬對經過第一濾波的反射信號進行二次濾波。
當反射信號經過上述方式被第一次和第二次處理濾波後，放大電路50對反射信號進行放大。由波形檢測電路60對經放大的反射信號進行波形檢測並被輸入到CPU 80a。
此時，CPU 80a將輸入的反射信號電壓與可編程基準電壓模塊70a的輸出基準電壓值進行比較。根據比較結果，當反射信號的電壓值大於可編程基準電壓模塊70a的輸出基準電壓值，將告警信號傳送到告警裝置81並運行告警裝置81進而通知司機在車輛的尾部有某障礙物。
如圖13所示，就圖4的路障90，當其電壓數值大於可編程基準電壓模塊70a的基準信號波形(R」)的路障檢測信號波形(I』)輸入到CPU 80a，CPU 80a判斷出在車輛尾側的超聲波傳感器10的檢測範圍存在路障90。
圖13是說明CPU 80a的超聲波傳感器10的驅動信號波形D』的波形示意圖，其中，所述驅動信號波形D』基於每1毫秒2.00V的信號電平的基準線A，可編程基準電壓模塊70a的基準信號波形R」基於每1毫秒1.00V信號電平的基準線B，以及輸入信號波形為I」。如圖示，有可能在超聲波傳感器10觸發的1.4毫秒後檢測到目標。
對圖4位於路障90前的無須警告的碎石91，當輸入電壓值稍大於可編程基準電壓模塊70a的基準信號波形R1」的碎石檢測信號波形I1』時，如圖14所示，CPU 80a錯誤判斷在車輛尾部的超聲波傳感器10的檢測範圍內存在諸如路障90障礙物，進而產生錯誤告警。如圖14所示，在超聲波傳感器10的啟動時間起的5-6毫秒內，路障90前無須警告的碎石91可以被檢測到。
所以，為了克服錯誤警告無須告警的路障90前的碎石91的問題，應進行調整工作，以調整可編程基準電壓模塊70a的輸出基準電壓。
此時，將一定的程序常數值輸入到用於設置基準電壓值的基準電壓調整寄存器71a，所述基準電壓值響應超聲波傳感器10的工作時間是可識別的，並應用於可編程基準電壓模塊70a。如圖15所示，在上述調整工作中，相對於超聲波傳感器10的啟動時間的5-6ms的基準電壓值，對圖14的超聲波傳感器10的啟動時間5-6ms時，被設置為高於輸入到CPU 80a的反射信號值。
所以，在調整工作中，可通過自由地改變響應超聲波傳感器10工作時間進行識別的基準電壓調整寄存器71a的輸入程序常數值，以改變可編程基準電壓模塊70a的輸出基準電壓值。因此，有可能克服由於無須告警的路障90前的碎石91引起的錯誤告警問題。
在本發明中，可編程基準電壓模塊70a的輸出基準電壓值，可根據程序常數值的變化在0-3.5V範圍內進行32個級別變化，以響應超聲波傳感器10的工作時間來識別路障90、路障90前的碎石91、碎石路92以及路面有突起部的碎石93或土堆94。上述調整工作平均每天進行10次，使得完成所要求的車輛倒車告警系統調整工作成為可能。
如圖7-圖9所示，採用獨立於CPU 80安裝的外部比較器70的傳統車輛倒車告警系統的調整工作中，通過改變時間常數曲線的傾斜度來改變基準信號波形的全部信號電平。然而，如圖13-14所示，在本發明採用安裝在CPU 80a內部的基準電壓調整寄存器71a和可編程基準電壓模塊70a中，無須改變基準信號波形的整個信號電平。即，在本發明中，在基準波形中僅對需要調整工作部分的信號電平進行改變，就能根據超聲波傳感器10的工作時間進行識別，這樣就有可能快速完成調整工作。
如上所述，在按照本發明的車輛倒車告警系統中，使用安裝在CPU內部，能夠根據輸入程序常數值產生各種基準電壓值的內置式可編程基準電壓模塊，完全檢測出需要告警的障礙物，再自由進行調整工作來識別無須告警的障礙物。所以，在本發明中，有可能實現與傳統的使用獨立於CPU安裝的外部比較器的傳統車輛倒車告警系統相比更有效的調整工作。調整時間顯著減少，使調整時間從30天減少到1天成為可能。此外，在本發明中，可以避免傳統的車輛倒車告警系統中出現的差錯，從而增強了本發明系統的性能。
此外，在按照本發明的車輛倒車告警系統中，由於反射信號以相同頻率帶寬被兩次濾波，增強了目標檢測性能，提高了系統的可靠性和性能。
由於本發明可以有幾種方式來實施而不偏離其精髓和實質特徵，應該理解為，除非有其它描述，本發明的上述實例並不受前面說明書任何細節限制，而由所附權利要求書限定其精髓和範圍，因此可以對在符合權利要求書的要求和範圍，或者其要求和範圍的等價的條件下進行任何修改和變化。
權利要求
1.一種車輛倒車告警系統，其特徵在於包括多個安裝在車輛尾部的由能夠根據驅動信號發射超聲波的發射器以及能夠接收目標反的射信號的接收器組成的超聲波傳感器10，將驅動信號傳送到各個超聲波傳感器10的驅動電路20；與驅動電路20協同運行、接收來自各個超聲波傳感器10的反射信號的反射信號驅動電路30；以一定的頻率帶寬，首先對由反射驅動電路30接收的各個超聲波傳感器10的反射信號進行濾波的第一帶寬濾波器40a；以與第一帶寬濾波器40a相同的頻率帶寬，對經第一帶寬濾波器濾波後的反射信號進行二次濾波的第二帶寬濾波器40b；以一定放大率對通過第二帶寬濾波器40b的發射信號進行放大的放大電路50；對通過放大電路50的反射信號進行波形檢測的波形檢測電路60，以及包含有基準電壓調整寄存器71a和可編程基準電壓模塊70a的中央處理器(CPU)80a，所述基準電壓調整寄存器71a輸出用於設置各種基準電壓值的各種程序常數值以便根據計時器和超聲波傳感器10的操作進行識別，所述可編程基準電壓模塊70a根據來自基準電壓調整寄存器71a的程序常數值輸出各種基準電壓值，其中，所述CPU 80a輸出驅動各個超聲波傳感器10的驅動信號，控制驅動電路20和反射驅動電路30的操作，以及將通過波形檢測電路60的反射信號的電壓值與可編程基準電壓模塊70a的基準電壓值進行比較，以及當反射信號的電壓值大於可編程基準電壓模塊70a的基準電壓值時，輸出目標告警信號到告警裝置81。
2.根據權利要求1所述系統，其特徵在於，所述CPU80的內置可編程基準電壓模塊70a，根據來自基準電壓調整寄存器71a的程序常數值，輸出0到3.5V範圍內32個電平的基準電壓值。
全文摘要
本發明涉及一種車輛倒車告警系統。在本發明中，使用安裝在CPU內部能夠根據輸入程序常數值產生各種基準電壓值的內置式可編程基準電壓模塊，完全檢測出需要告警的障礙物並準確檢測出無須告警的障礙物。因此，在本發明中，與使用獨立於CPU安裝的外部比較器的傳統車輛倒車告警系統相比，調整工作可快速完成。本發明使調整工作所需要的時間大幅度減少成為可能，可從30天減少為1天。
文檔編號G01S13/04GK1598614SQ20041005532
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月18日 優先權日2003年8月19日
發明者金鎬卿 申請人:現代汽車網絡株式會社