防撞測距雷達的製作方法

2023-06-13 14:57:41

專利名稱：防撞測距雷達的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種防撞測距雷達，特別是機動車防撞測距雷達。
改革開放以來，我國的汽車工業正飛速發展，與此同時交通安全問題又亟待解決。目前市面上已經有的一種倒車語言提醒器，雖能起到提示、警示作用，但主要缺點是不論車後有無人或障礙物，一律發出「倒車、請注意！」的語言，是一種被動式、驅趕式的提示信號，還造成噪聲汙染，駕駛員並不能掌握車後狀況，也不能測出車前狀況，從而沒從根本上減輕駕駛員的負擔。
本實用新型的目的是提供一種測距雷達，它能準確測出車前、車後人或障礙物與汽車之間的距離，並在駕駛室的主機數顯屏上直接讀出，同時警鈴報警，提醒駕駛員注意操作安全，了解倒車車後障礙物的狀況，並能及時消除司機倒車時碰撞的危險。
本實用新型的目的是通過如下技術解決方案實現的。
以下結合附圖，對本實用新型作詳細說明

圖1是本實用新型的方框圖。
圖2是本實用新型的電原理圖。
圖3是本實用新型的測量過程時序圖。
在圖1方框圖中，本實用新型的超聲波發射器1和超聲波接收器2可置於車前或置於車後，汽車前進或倒車時，分頻器工作，產生時鐘脈衝信號輸至計數器計數並顯示，同時振蕩器起振產生脈衝電壓，該脈衝電壓由發射器1變成超聲波信號發出，當車前或車後有人或障礙物3時(不論固定目標還是移動目標)，該超超聲波信號被反射回來，經接收器2轉換成脈衝電壓，由放大器進行信號放大並送入雙穩態電路，以控制計數器在聲波往返過程中所計數到的時鐘脈衝個數，該計數到的時鐘脈衝個數(脈衝信號)送至LED四位數碼管顯示器顯示，與此同時，雙穩態電路輸出的階躍波信號電壓啟動報警電路警鈴報警。由於發射器1開始發射超聲波信號與接收器2接收到回波期間，計數器計數到的時鐘脈衝個數與障礙物和接收器之間的距離及聲波速度有關，適當選擇參數即可實施LED四位數碼管顯示器直接顯示障礙物與車頭(或車尾)距離。
在本實用新型電原理圖圖2中，1是發射器，2是接收器，3是前進或倒車測距轉換開關。發射器1和接收器2置於車和／或置於車尾(為使不同型號的機動車，特別是車寬範圍大的機動車在車寬範圍內均能測到人或障礙物，在車尾可置兩付超聲波換能器，即發射器1採用兩隻並聯，接收器2採用兩隻並聯)。各元器件的連接關係如圖所示，其中主要元器件均採用IC集成電路。集成電路IC1是由N1、N2、N3、N4、N5、N6組成的六倒相緩衝轉換器(採用CD4049)，它與發射器1接成全橋式電路，構成發射電路。集成電路IC2(CD4093)，是由N7、N8、N9、N10組成的二輸入四與非門施密特觸發器(雙穩態電路)，其中N7與其外接電阻R1、R2，電位器W1，電容C2二極體D4構成振蕩器電路，N8、N9、N10構成雙穩態電路。集成電路IC3(7805)為三端穩壓器，組成5V穩壓電源。集成電路IC4(CD4060)為14位串行二進位計數／分頻／振蕩器，構成計數器電路。集成電路IC5(LM324)是由A1、A2、A3、A4組成的四運算放大器(電路中只用A1、A3、A4)，其中A3與外接電阻R7、R8，電容C9，C14構成放大器電路，A1用作電壓比較器，A4用作電壓跟隨器，集成電路IC6(CD4030)是一四異或門電路(電路中只用N11)，用作計數器外圍控制電路。集成電路IC7(CD393)是由A5、A6組成的雙比較器，用作狀態控制。集成電路IC8(CM225)為計數、解碼、鎖存、驅動四合一電路，用作計數器電路。集成電路IC9(7555)和IC10(7555)均為單時基電路，構成警鈴報警電路。本實用新型採用9V疊層電池供電，S1為電源開關，S2為測距轉換開關。本機工作時，先合S1，再合S2(其中S2－1－為倒車測距，S2－2－為前進測距)，則9V電池壓電直接加至IC1的電源腳1，IC5的電源腳4，IC7的電源腳8，為其提供工作電壓。為使IC5的工作電壓穩定，加入了旁路電容C4；另外9V電池電壓經C3濾除脈動電壓成份後，經IC3三端穩壓器穩壓後，輸出直流5V電壓，第一路經C5、C6濾波後，供給IC2、IC4、IC6的第14腳、16腳、14腳以工作電壓，第二路經R14、C13濾波後供給IC8的第1腳工作電壓，第三路經R4、R5分壓，由C7濾波後，加至A4的第12腳，A4組成電壓跟隨器，由14腳輸出2.5V直流電壓，一方面用作IC5運算放大器A1的基準電壓，一方面用作超聲波接收器2的工作電壓。此時IC4的第16腳獲5V的額定工作電壓，IC4起振。由於超聲波在正常大氣壓下以每秒334米的速度傳播，通過調整W2與R11、C10組成的振蕩迴路，將振蕩頻率設定在16.7KHZ，該時鐘信號輸至IC8的第32腳(CNT)，則IC8中的計數器計數到的1個脈衝時間(時鐘周期)恰好等於聲波前進1cm及返回1cm所需時間，也就是說計數器計數到的1個脈衝表示1cm的距離，因而計數器計數到的時鐘脈衝個數正好等於發射器或接收器(兩者在同一平面內)與目標之間以釐米(cm)計算的實際距離。又IC4輸出腳2(Q12)的分頻輸出信號為2HZ的同步脈衝信號，它輸至IC8的33腳( )，保證IC8正常計數，同時該同步脈衝信號又經C11，R2形成充放電迴路，當其處於高電平時，(約5V)，一方面使IC5的集成運算放大器A1的同向輸入端3處於高電平，而A1反向輸入端2為設定的基電壓2.5V，A1翻轉，輸出一個高電平至IC7的A5同向輸入端3，而此時接收器2還沒有收到聲波回波，故A5的反向輸入端2為低電平，因此A5輸出端1為高電平，同時IC2的與非門N8兩輸入端也為高電，故IC2的另兩個與非門N9，N10組成的雙穩態電路(施密特觸發器)輸出端10為高電平，該高電平加至IC831腳( )使IC8允許計數；同時高電平經C12、R13充放電迴路輸至IC6的異或門N11的輸入端1(輸入端2接地)，使輸出端3為高電平，該高電平供給IC8的34腳( )，保證IC8處於計數狀態；另一方面IC4的Q12輸出的2HZ同步脈衝信號經C11、R2充放電迴路輸至IC2的與非門N7，調整W1配合設定的R1、C2組成的振蕩迴路，使其與超聲波發射器1諧振，此時輸出功率最大，而連續振蕩的周期則由Q12輸出的2HZ同步脈衝信號經C11、R2組成的充放電時間常數控制在0.4ms(即16個脈衝)，連續振蕩的頻率約39.8KHZ，在時序上均由Q12輸出的2HZ同步脈衝高電平時保證。集成電路IC1的六個倒相緩衝轉換器(N1、N2、N3、N4、N5、N6)輸出接成全橋式，使發射器1上的有效電壓加倍，C1則阻塞輸入信號中的直流成份。IC1第9腳(N4)直接接到9V電池電壓，是為了使觸發脈衝取得最大能量。至此，整個電路完成超聲波信號發射過程及時鐘脈衝的計數過程。
當發射器1發射出去的聲波信號遇到車頭或車尾人或障礙物時(不論是固定目標還是移動目標)，該聲波被反射回來，由接收器2轉換為電信號(39.8KHZ的脈衝信號)，經A3進行交流放大後輸至比較器A5(脈衝信號比較)的反向輸入端2，由於在發射期間A5的輸入端3(同相輸入端)為高電平，故當A3放大後脈衝電壓為高電平時，A5翻轉，輸出一個低電平，使N8、N9、N10組成的雙穩態觸發器翻轉，使IC8的31腳( )由高電平轉為低電平，禁止IC8計數，同時該低電平經R13、C12放電路，使異或門N11的1腳變為低電平，輸出3腳變低電平，使IC8的34腳( )由高電平變為低電平，導致計數器狀態轉移到輸出鎖存器中，驅動顯示器進行顯示，而顯示器顯示出的脈衝個數即為障礙物與車頭(或車尾)之間以釐米計算的實際距離。(這個脈衝個數即從發射器1發射出聲波到接收器2接收到回波這段時間裡計數器IC8計數到的IC4、(Q12端)發出的時鐘脈衝個數)。由於此時IC8處於鎖存顯示狀態，IC8停止計數，顯示處於穩定顯示狀態，至此，完成目標的測距過程。如車頭或車尾目標(障礙物或人)是移動的，則顯示器顯示的目標距離將隨著移動的距離而變動，不斷跟蹤目標，起到提醒駕駛員的作用。
本實用新型的警鈴報警功能是這樣實現的，當本實用新型處於聲波發射期間，此時N8、N9、N10組成的雙穩態觸發器輸出端10為高電平，即IC8的31腳( )為高電平，該高電平加至警鈴報警電路中的IC9(1CM7555)的輸入端2，使IC9的輸出端3為低電平(IC9連同R15、C15組成單穩態電路)，對IC10不起調製作用，故此時發光二極體D5－D8不亮，喇叭不響，當本實用新型處於聲波接收期間(接收器接收到回波)，此時N8、N9、N10組成的雙穩態觸發器輸出端10為低電平(含2HZ成份)，該低電平加至IC9的輸入端2，使IC9的輸出端3為高電平(含2HZ成份)，對IC10組成的單穩態電路進行頻率調製，此時發光二極體D5－D8點亮，喇叭發出顫音警鈴報警聲。
本實用新型測量過程時序圖見圖3。IC4的分頻輸出(Q12端)為2HZ同步脈衝信號，在Q12為高電平時，N7、R1、C2、W1組成的振蕩電路輸出經A6比較器後輸出0.4ms脈衝信號(16個脈衝)，圖中A6－7是A6比較器第7腳的輸出信號波形，該脈衝信號轉換成超聲波信號由發射器1向外發射，接收器2接收到該聲波的回波後，將其轉換成39.8KHZ的電脈衝信號輸至放大器A3，使A3的輸出成為脈衝信號，圖中A3－8－是A3放大器第8腳的輸出信號波形，在該脈衝信號的上升沿，IC8內部禁止輸入信號即圖中的a信號波形向高電平翻轉，其存儲輸入信號即圖中的b信號波形向低電平翻轉。當沒有收到回波時，IC8內部禁止輸入信號即圖中的c信號波形和儲存輸入信號即圖中的d信號波形均在Q12的下降沿翻轉。
本實用新型的優點是將其安裝在車輛上能準確測出車輛前後障礙物或人與車頭或車尾之間的距離，並能進行數顯和報警，可提醒駕駛員注意車前障礙或車尾障礙，採取措施，避免撞車，增加駕駛安全性，且不增加駕駛員的操作負擔，還可用於其它測距場合作測距儀。
權利要求1.一種防撞測距雷達，由分頻器、計數器、顯示器、振蕩器、放大器、雙穩態電路及超聲波發射器、接收器等組成，其特徵是超聲波發射器兩端分別接入六倒向緩衝轉換器IC1的輸出端2、4(N1的2和N2的4)及12、15(N5的12和N6的15)，其11、14腳接入7腳，3、5腳接入6腳，9腳接入雙電壓比較器IC7的A6比較器的7腳，10腳接入7腳，構成全橋式發射器電路；超聲波接收器一端接四運算放大器IC5中A4的輸出端14，另一端接電阻R9後接入四運算放大器IC5中電壓放大器A3的輸入端9；振蕩器電路中的二輸入四與非門施密特觸發IC2中的N7的輸入端2一路通過電容器C2接地，另一路接可變電阻W1和電阻R1組成串聯迴路後接入N7的輸出端3和比較器A6的輸入腳5，N7的輸入腳1接入旁路電阻R2、二極體D4後串接電容C11後接入分頻器中IC4的2腳和IC5中的A1的輸入端3；雙穩態電路中的IC2的N9的輸出端10，一路接入電容C12和R13組成的串聯迴路後至三端穩壓器IC3的輸出端2，另一路直接接至計數器電路中IC8第31 和警鈴報警電路中的單時基電路IC9的輸入端2；電容C12和R13的接點處直接接入四異或門IC6中的N11輸入端1，其輸入端2直接接地，輸出端3接IC8第34腳 ；振蕩器電路中的14位串行二進位計數/分頻/振蕩器IC4的輸入端10串接電阻R11和可變電阻W2組成串聯迴路後接電容器C10接入輸入端9，輸入端11接R12後接入W2和C10的接點，其輸出端2(Q12)一路接IC8的第33腳 ，另一路接入電容C11後接IC2中的N7的輸入端1及IC5中的A1的輸入端3；計數器電路中IC8的輸出接顯示器。
2.根據權利要求1所述的防撞測距雷達，其特徵在于振蕩器電路中的二輸入四與非門施密特觸發器IC2中的N7的輸入端2和輸出端3中所接電阻R1，電位器W1及輸入端2所接電容C2的參數選擇使其能與發射器1諧振。
3.根據權利要求1所述的防撞測距雷達，其特徵在于振蕩電路中的14位串行二進位計數／分頻／振蕩器IC4的外接電阻R11、電位器W2、電阻R12、電容器C10的參數選擇使其時鐘頻率調定在16.7KHZ，其輸出端2(Q12)的分頻出頻率為2HZ，且其所接的C11、R2串聯支路的充放電時間常數選擇使振蕩器電路連續振蕩0.4ms，即16個脈衝。
4.根據權利要求所述防撞測距雷達，其特徵在於其雙穩態電路中的二輸入四與非門施密特觸發器IC2中的N9輸出端10低電平時觸發警鈴報警電路中的單時基電路IC9調製時基電路IC10，從而使警鈴報警。
專利摘要一種防撞測距雷達，由超聲波發射器及接收器、分頻器、計數顯示器、振蕩器、放大器、雙穩態電路等組成，其特點是分頻器產生時鐘脈衝至計數顯示器，並啟動振蕩器驅動超聲波發射器發射超聲波測距信號，同時計數器對時鐘計數。超聲波接收器接收到沿距信號回波後，經放大器和雙穩態電路控制，計數顯示器停止計數，進行顯示，其顯示的時鐘脈衝個數即代表所測距離。
文檔編號G01S15/00GK2204427SQ9424247
公開日1995年8月2日 申請日期1994年8月31日 優先權日1994年8月31日
發明者桑玉根 申請人:南京科洋科技開發公司, 桑玉根