一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統的製作方法
2023-05-29 06:30:01
一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，包含微控制器模塊以及與其連接的超聲波發射模塊、超聲波接收模塊、溫度測量模塊、顯示模塊、報警模塊、剎車減速模塊和電源模塊，所述微控制器模塊包含計時單元、計算單元、參數對比單元和控制單元，所述超聲波接收模塊包含依次連接的超聲波接收頭、放大電路、檢波電路、比較整形電路，其具有低成本，高精度，且能夠有效避免了環境溫度變化對測距精度的影響，有力提高了超聲波測距系統的測量精度，進而能夠通過精確計算車距有效地避免了車禍的發生。
【專利說明】一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超聲波測距系統，尤其涉及一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，屬於汽車防撞領域。
【背景技術】
[0002]超聲波是一種在彈性介質中的機械震蕩，它是由與介質相接觸的震蕩源所引起的，其頻率在20kHz以上。由於超聲波的速度相對於光速要小得多，其傳播時間就比較容易檢測，並且易於定向發射，方向性好，強度好控制，因而利用超聲波測距在很多距離探測應用中有很重要的用途，包括無損檢測、過程測量、機器人測量和定位，以及流體液面高度測裡寺。
[0003]在空氣中，常溫下超聲波的傳播速度是334m/s，但其傳播速度受空氣中溫度、溼度等因素的影響，其中受溫度影響較大，如溫度每升高l°c，聲速就會增加約0.6m / So因此在相同的間隔測量距離，由于波的傳播時間是相同的，不同溫度下的聲速不同，所以最終造成測量出來的距離不相等，在距離測量精度要求很高的情況下，必須要對溫度進行測量和補償，以避免溫度對測量精度的影響。制超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易於實現，並且測量精度高。
[0004]隨著經濟的發展，交通運輸業日益繁榮，但由於道路狀態、交通管理等硬體難以跟上，加上駕駛超車、出車開小差、錯誤估計車距等主觀的原理，使相互碰撞的交通事故頻頻發生。解決這個問題的根本措施在於給行進中的汽車安裝能自動跟蹤測距，在危險距離內自動剎車的裝置。
[0005]例如申請號為「201120488173.4」的一種基於超聲波的汽車防撞控制系統，包括防撞控制器，與防撞控制器相連的超聲波測距儀、車速傳感器、剎車控制器和發動機控制器，與剎車控制器相連的制動器，與發動機控制器相連的噴油電磁閥。該實用新型通過超聲波測距儀實時測量獲取車與前方障礙物的相對距離信息和相對速度信息，並結合車速信息，經判斷後控制車輛減速或制動，從而大大降低了車與障礙物的碰撞概率，減輕了車與障礙物的碰撞程度，有效保證了駕駛員和他人的人生安全，整個系統結構簡單，可靠性高，實用性好，但是尚未考慮溫度的影響且測量精度有待進一步提高。
[0006]又如申請號為「201210178595.0」的一種基於超聲波測距的汽車防撞報警系統。它包括AT89C2051控制模塊、超聲波測距模塊、報警模塊、顯示模塊和電源模塊。當超聲波測距模塊將檢測到的距離轉化為電平信號傳輸到AT89C2051控制模塊，AT89C2051控制模塊將接收到的信號進行處理並與設定的最大距離值進行比較，如果此距離小於設定的最大距離值，AT89C2051控制模塊將向報警模塊發送指令，使報警器發出聲音提醒司機，同時將距離值通過顯示模塊進行顯示。該發明滿足一般近距離測距的要求，且成本較低，有較好的性價比，可廣泛應用於小距離測距、機器人檢測、車輛倒車雷達中，但是尚未考慮溫度的影響且測量精度有待進一步提高。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足提供了一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，其具有低成本，高精度，且能夠有效避免了環境溫度變化對測距精度的影響，有力提高了超聲波測距系統的測量精度，進而能夠通過精確計算車距有效地避免了車禍的發生。
[0008]本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案:
一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，包含微控制器模塊以及與其連接的超聲波發射模塊、超聲波接收模塊、溫度測量模塊、顯示模塊、報警模塊、剎車減速模塊和電源模塊，所述微控制器模塊包含計時單元、計算單元、參數對比單元和控制單元，所述超聲波接收模塊包含依次連接的超聲波接收頭、放大電路、檢波電路、比較整形電路；其中，超聲波發射模塊，用於發射超聲波同時發送一個計時啟動信號至計時單元；
超聲波接收模塊，用於當第一次接收到超聲波時同時發送一個計時停止信號至計時單元;
溫度測量模塊，用於實時採集環境溫度；
計時單元，用於計算在收到超聲波發射模塊發送的計時啟動信號和超聲波接收模塊發送的計時停止信號之間的時間，進而將時間上傳至計算單元；
計算單元，用於根據v=331.4+0.61T, s=vt/2計算出距離障礙物的距離S，同時通過顯示模塊實時顯示；
其中，t為超聲波發射模塊發送的計時啟動信號和超聲波接收模塊發送的計時停止信號之間的時間差，T為實際環境溫度，V為當前環境下聲速；
參數對比單元，用於根據計算單元計算出的距離障礙物的距離與設定值進行分析對比，若距離障礙物的距離小於安全距離時，則發送信號至控制單元；
控制單元，用於根據參數對比單元發送的信號控制報警單元發出警報，同時驅動剎車減速單元。
[0009]作為本發明一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統的進一步優選方案，所述距離障礙物的安全距離為30m。
[0010]作為本發明一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統的進一步優選方案，所述微控制器模塊為AVR系列單片機。
[0011]作為本發明一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統的進一步優選方案，所述顯示模塊為LCD顯示屏。
[0012]作為本發明一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統的進一步優選方案，所述報警模塊為聲光報警單元。
[0013]本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
1、本發明結構簡單、具有低成本，高精度、成本較低且測量精度高；
2、本發明能夠有效避免環境溫度變化對測距精度的影響，有力提高了超聲波測距系統的測量精度；
3、本發明能夠通過精確計算車距及時提醒駕車者，有效地避免了車禍的發生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的結構原理圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
如圖1所示，一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，包含微控制器模塊以及與其連接的超聲波發射模塊、超聲波接收模塊、溫度測量模塊、顯示模塊、報警模塊、剎車減速模塊和電源模塊，所述微控制器模塊包含計時單元、計算單元、參數對比單元和控制單元，所述超聲波接收模塊包含依次連接的超聲波接收頭、放大電路、檢波電路、比較整形電路；
其中，超聲波發射模塊，用於發射超聲波同時發送一個計時啟動信號至計時單元；
超聲波接收模塊，用於當第一次接收到超聲波時同時發送一個計時停止信號至計時單元;
溫度測量模塊，用於實時採集環境溫度；
計時單元，用於計算在收到超聲波發射模塊發送的計時啟動信號和超聲波接收模塊發送的計時停止信號之間的時間差，進而將時間差上傳至計算單元；
計算單元，用於根據V=331.4+0.61T, s=vt/2計算出距離障礙物的距離S，同時通過顯示模塊實時顯示；
其中，t為超聲波發射模塊發送的計時啟動信號和超聲波接收模塊發送的計時停止信號之間的時間，T為實際溫度，V為當前環境下聲速；
參數對比單元，用於根據計算單元計算出的距離障礙物的距離與設定值進行分析對比，若距離障礙物的距離小於安全距離時，則發送信號至控制單元；
控制單元，用於根據參數對比單元發送的信號控制報警單元發出警報，同時驅動剎車減速單元。
[0016]其中，所述距離障礙物的安全距離為30m，所述微控制器模塊為AVR系列單片機，所述顯示模塊為LCD顯示屏，所述報警模塊為聲光報警單元。
[0017]在空氣中，常溫下超聲波的傳播速度是334m/s，但其傳播速度受空氣中溫度、溼度等因素的影響，其中受溫度影響較大，如溫度每升高l°c，聲速就會增加約0.6m/so因此在相同的間隔測量距離，由于波的傳播時間是相同的，不同溫度下的聲速不同，所以最終造成測量出來的距離不相等，在距離測量精度要求很高的情況下，必須要對溫度進行測量和補償，以避免溫度對測量精度的影響。本系統選用DS18B20溫度傳感器作為溫度測量、誤差補償裝置，與單片機交換信息僅需要一根I/O 口線，其供電電源可來源於單片機I/O 口數據線，而無需額外電源。不同溫度下超聲波在空氣中傳播速度隨溫度變化的關係如下:v=331.4+0.61T式中，T為實際溫度(°C )，V為當前環境下聲速，單位為m/s。
[0018]報警單元:由觸發器、驅動電路和小喇叭組成。當車間距為30m時單片機給觸發器一個信號，使觸發器置位產生一組脈衝，通過驅動電路，使小喇叭發出報警聲，當大於30m時，觸發器復位，停止產生脈衝。
[0019]剎車減速單元:由開關K和自動剎車減速裝置組成，當司機認為必要用到自動剎車減速裝置時，閉合開關K。當車間距小於20m時，單片機提供一個信號，啟動自動剎車減速裝置，防止碰撞。
[0020]AVR單片機具有預取指令功能，即在執行一條指令時，預先把下一條指令取進來，使得指令可以在一個時鐘周期內執行；多累加器型，數據處理速度快；AVR單片機具有32個通用工作寄存器，相當於有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應速度快。AVR單片機有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應中斷；AVR單片機耗能低。對於典型功耗情況，WDT關閉時為ΙΟΟηΑ，更適用於電池供電的應用設備；有的器件最低1.8 V即可工作；AVR單片機保密性能好。
[0021]超聲波發射電路由單片機輸出端直接驅動超聲波發送，超聲波接收電路輸出端與單片機相連接，單片機的輸出端與顯示電路輸入端相連接。單片機在TO時刻發射方波，同時啟動定時器開始計時，當收到回波後，產生一負跳變到單片機中斷口，單片機響應中斷程序，定時器停止計數。計算時間差即可得到超聲波在媒介中傳播的時間t，由此便可計算出距離。
[0022]40kHz的方波由AVR單片機驅動超聲波發射頭髮射超聲波，經反射後由超聲波接收頭接收到40kHz的正弦波，由於聲波在空氣中傳播時衰減，所以接收到的波形幅值較低，經接收電路放大、整形，最後輸出一負跳變，輸入單片機。由於單片機系統的晶振為12M晶振，所以只能產生半周期為12 μ s或13 μ s的方波信號，頻率分別為41.67kHz和38.46kHz。本系統在編程時選用了後者。接收到的信號加到BG1、BG2組成的兩級放大器上進行放大。每級放大器的放大倍數為70倍。放大的信號通過檢波電路得到解調後的信號。這裡使用的是IN4148檢波二極體，輸出的直流信號即兩二極體之間電容電壓。該接收電路結構簡單，性能較好，製作難度小。
[0023]本發明涉及一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，為了進一步提高系統測量精度和系統穩定性，在硬體上增加了溫度傳感器測溫電路，採取聲速預置和媒質溫度測量相結合的辦法對聲速進行修正，降低了溫度變化對測距精度的影響。有力提高了超聲波測距系統的測量精度。能夠通過精確計算車距及時提醒駕車者，有效地避免了車禍的發生。
[0024]本【技術領域】技術人員可以理解的是，除非另外定義，這裡使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。
[0025]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護範圍之內。上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以再不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。
【權利要求】
1.一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，其特徵在於:包含微控制器模塊以及與其連接的超聲波發射模塊、超聲波接收模塊、溫度測量模塊、顯示模塊、報警模塊、剎車減速模塊和電源模塊，所述微控制器模塊包含計時單元、計算單元、參數對比單元和控制單元，所述超聲波接收模塊包含依次連接的超聲波接收頭、放大電路、檢波電路、比較整形電路； 其中，超聲波發射模塊，用於發射超聲波同時發送一個計時啟動信號至計時單元； 超聲波接收模塊，用於當第一次接收到超聲波時同時發送一個計時停止信號至計時單元; 溫度測量模塊，用於實時採集環境溫度； 計時單元，用於計算在收到超聲波發射模塊發送的計時啟動信號和超聲波接收模塊發送的計時停止信號之間的時間，進而將時間上傳至計算單元； 計算單元，用於根據V=331.4+0.61T, s=vt/2計算出距離障礙物的距離S，同時通過顯示模塊實時顯示； 其中，t為超聲波發射模塊發送的計時啟動信號和超聲波接收模塊發送的計時停止信號之間的時間差，T為實際環境溫度，V為當前環境下聲速； 參數對比單元，用於根據計算單元計算出的距離障礙物的距離與設定值進行分析對比，若距離障礙物的距離小於安全距離時，則發送信號至控制單元； 控制單元，用於根據參數對比單元發送的信號控制報警單元發出警報，同時驅動剎車減速單元。
2.根據權利要求1所述的一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，其特徵在於:所述距離障礙物的安全距離為30m。
3.根據權利要求1所述的一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，其特徵在於:所述微控制器模塊為AVR系列單片機。
4.根據權利要求1所述的一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，其特徵在於:所述顯示模塊為LCD顯示屏。
5.根據權利要求1所述的一種基於具有溫度補償的超聲波測距裝置的汽車防撞系統，其特徵在於:所述報警模塊為聲光報警單元。
【文檔編號】B60T7/12GK104442758SQ201410736762
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】謝敏富, 胡清華, 高娟 申請人:蘇州市歐博銳自動化科技有限公司