超聲波雨霧行車自動測距報警儀的製作方法

2023-08-07 06:01:31 3

專利名稱：超聲波雨霧行車自動測距報警儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及保證汽車(或火車)在雨霧雪中行車安全的裝置，特別是一種能自動監汕(裝有本裝置的)汽車與前面汽車之間的距離，並在近距離接近危險值時能自動報警及提供制動自控信號。
目前，汽車在國內外均是一種普遍的交通和運輸工具，而汽車在雨霧雪中行車時，因肉眼能見度低，最容易出撞車等事故。尤其是現在高速公路愈來愈多，行車速度也愈來愈快，這種情況下相撞事故也隨之大大增加，甚至經常發生連續相鄰行駛的幾十輛、一百多輛汽車互相碰撞的大事故。國外某些新型高檔汽車上有在雨霧雪中行駛時能監測與前面汽車之間距離的儀器，但一般都是用紅外技術實現，其設備複雜，成本極高。所以不能普及應用。我國國產各種汽車上一概均沒有這種安全裝置。火車也沒有這種安全裝置。
本實用新型的目的在於提供一種汽車能在雨霧雪中能見度低的情況下行車時，對前面汽車相隔距離進行連續自動監測和接近危險近距離時自動報警及提供制動自控信號的安全儀器。並還可供火車在雨霧雪中時，對前面較大障礙物等，進行自動監測報警及提供制自控信號。
本實用新型的目的是通過以下過程實現的開脈衝控制電路[1]中產生的開脈衝信號，經過集成塊IC1的輸出端U01與振蕩器中的集成塊IC2的輸入端U12電連接，觸發振蕩器[2]工作；經振蕩器的集成塊IC3的輸出端U02與電壓放大器[3]集成塊IC4的輸入端Ui3電連接，以及IC4的輸出端與功率放大器[4]的輸入端(BG2、BG3的發射極)電連接，順序進行電壓放大和功率放大；放大後的電振蕩經功率放大器[4]的輸出端(BG3、BG4的集電極)電連接至輸出變壓器T1的初級線圈，再由變壓器T1的次級線圈輸出端U03電連接至超聲波換能器[5]轉換為同頻率的超聲波發射到空間；而被汽車(或較大障礙物)反射回的超聲波，被超聲波換能器[5]接收後，還原為同頻率的電振蕩(Ui4)，然後經與換能器[5]電連接的變壓器T2的初級線圈，耦合到次級線圈，再經與次級線圈電連接的調諧式放大器[6]的集成塊IC5的輸入端，將電振蕩信號進行調揩放大後，經集成塊IC5的輸出端與變壓器T3初級線圈電連接，再耦合到次級線圈，次級線圈與檢波器[7]的輸入端(二極體D7正極)電連接，然後經檢波器[7]的輸出端(二極體D7負極)與微分電路[8]輸入端(電容C15)電連接，將檢波後的信號變成關脈衝信號，從微分電路輸出(U04或Ui1)；微分電路的輸出端(二極體D6的負極)電連接至時鐘計數器[9]輸入端(以及開關電路[1]中集成塊IC0的輸入端)；時鐘計數器[9]的輸出端(Ui5)與解碼器[10]的輸入端(電容C17)電連接，時鐘計數器[9]進行時間差計數後，再經過解碼器[10]轉換為距離計數，然後經解碼器集成塊IC7的輸出端U05與數值顯示器[12]電連接，將距離計數在數值顯示器[12]中的數碼管上顯示出來，計數器[9]的另一輸出端(Ui6)與報警器[11]電連接，以實現汽車接近危險近距離時自動報警同時，報警器[11]通過傳輸線[13]輸出信號(U06)，以提供自動自控信號。所述開脈衝控制電路[1]主要由倒相器IC0及延遲電路(電阻RT、電容CT)與調節比較集成塊IC1順序電連接組成，調節RT和CT可控制開制開關脈衝之間的延遲時間在0.1—0.5s之間。前述的振蕩器[2]主要由倒相器IC2、電容C3、RC橋式振蕩集成塊IC3順序電連接組成。功率放大器[4]主要由BG2、BG3、BG4、BG5四個三極體電連接為互補對稱放大電路及輸出變壓器T1組成。超聲波換能器[5]由電致伸縮材料(如鋯鈦酸鉛)或者磁致伸縮材料(如鎳)構成。射頻放大器[6]由調諧式三級放大集成塊IC5及調諧變壓器T3電連接組成。報警器[11]主要由模擬聲集成塊或者蜂音報警電路構成。顯示器[12]主要由數碼管或者數字管構成。
本實用新型是利用汽車(或大型障礙物)能反射具有穿過雨霧雪傳播特點的超聲波的原理而設計的。我們測量超聲波在空間來回傳播的時間距離間隔，並根據超聲波的速度(約330m/s)，換算為超聲波傳播的空間距離間隔，從而得到相鄰兩汽車(或車輛與較大障礙物)之間的相距間隔。因超聲波收發設備比其他現有技術(如紅外技術)有設備簡單、性能穩定、成本低的各項優點，兼有監測和報警兩項功能，所以本實用新型能解決目前絕大多數汽車擁有者無法利用現有技術的困難，故本實用新型適宜於廣泛推廣普及在現有各種型號的汽車(特別在高速公路行駛的汽車)上應用。還能應用在火車上。


圖1是本實用新型各部份組成的總方框圖，其各方框意義如下序號名稱 序號名稱1開脈衝控制電路8 微分電路2振蕩器9 時鐘計數器3電壓放大器10解碼器4功率放大器11報警器5超聲波換能器 12數值顯示器6射頻放大器13傳輸線7檢波器圖2是開脈衝控制電路原理圖圖3是振蕩器電原理圖圖4是電壓、功率放大器和換能器(發射)電原理圖圖5是換能器(接收)射頻放大器、檢波器、微分電路原理圖圖6是解碼器電原理圖
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明由開脈衝控制電路[1]產生的正觸發開脈衝U01(Ui2)，進入文式電橋振蕩器[2]，通過IC2倒相，C3放電，BG1由導通轉換為截止，從而使以集成電路IC3為主要元件的振蕩器[2]起振，產生正弦電振蕩，振蕩頻率可通過R10、R11、C3、C6進行調節(f=12RC]]>，其中R＝R10＝R11，C＝C5＝C6，f＝30～300kc)，直到C3放電結束，BG1重新回到導通狀態使使振蕩器停振，振蕩的持續時間(脈衝寬度)約1ms。振蕩器輸出的電信號U02(亦Ui3)經以運算放大器IC4及BG2-5主要元件的電壓放大器[3]和功率輸出放大器[4]放大，功率放大器採用互補對稱功率放大電路(也可採用變壓器耦合推挽功率放大電路)，放大後的電振蕩訊號經變壓器T1耦合至由電致伸縮或磁伸縮材料構成的超聲波換能器H[5]，將電振蕩U03轉換為同頻率的機械振動，同時以超聲波向前方發射出去。當超聲波訊號被前方的汽車反射回來後，經超聲波換能器H[5]接收。發射與接收超聲波的換能器，可以合用一個超聲波換能器件(也可以分別用兩個超聲波換能器件擔任)。換能器將超聲波信號重新轉換為同頻率的電信號Ui4，再經變壓器T2耦合至以IC5為主要元件的調諧式三級射頻放大器[6]進行放大，然後經變壓器T3傳輸至以D7為主要元件構成的檢波器[7]進行檢波，並經由C15、D6為主要元件構成的微分電路[8]將正弧形電信號變為正脈衝即關脈衝U04(亦Ui1)。關脈衝進入開脈衝控制電路[1]中，經倒相IC0反相，再經調節比較IC1及RT、CT等元件作用後，得到比關脈衝延遲0.1-0.5s後的開脈衝輸出。然後，再開始如前所述的第二次發射過程。另外，開脈衝和關脈衝還均傳輸給由時鐘集成電路構成的時鐘計數器[9]，得到開、關脈衝之間時間間隔計數。一方面，此時間間隔計數送至解碼器[10]，調節R27、R28、C19可轉換為相應的距離間隔計數，並送至數值顯示器[12]的數碼管或數字管，呈現兩汽車相隔距離的數字顯示；另一方面，上述時間間隔計數(或距離間隔計數)送至報警器[11]，報警器為通用蜂音報警電路或模擬聲集成電路，實現預置近距離接近危險值時的報警功能。並通過傳輸線[13]對制動自控的裝置提供自控信號。
以下是本實用新型的最佳實施實例如圖2所示的開脈衝控制電路[1]的集成電路IC1採用調節比較器LM311，其輸入端與電位器RT＝250K固定端之一電連接，固定定端之二與IC0集成電路SN7404的輸出端電連接，SN7404的輸入端與微分電路[8]中的C15、D6電連接，而輸出端U01與振蕩器中的集成電路IC2—SN7404的輸入端Ui2電連接。CT＝0.01μ。如圖3所示的振蕩器[2]的集成電路IC3採用CM101A，其輸入端與R7、C4電連接。選擇如下電阻R10＝R11＝R，C5＝C6＝C，使f=12RC]]>＝20～300kc為宜。選取C3＝0.047μf。如圖4所示的電壓放大器[3]中的主要元件集成電路IC4採用μA741，其輸入端與振蕩器的IC3即CM101A的輸出端U02電連接，輸出端與功率放大器[4]中的三極體BG2即2N3642及BG4即2N2905的兩端入端電連接，而BG2、BG4的兩輸出端分別與BG3即2N5876的輸入端、BG5即2N5878的輸入端電連接。BG3和BG5的輸出端與變壓器T1的初級輸入端電連接，而T1的次級輸出端與換能器H[5]電連接。換能器可採用鋯鈦酸鉛電致伸縮材料(亦可用鎳磁致伸縮材料)。如圖5所示的射頻放大器[6]中的主要元件集成電路IC5採用CA3012，其輸入端與變壓器T2的輸出端電連接，其輸出端與變壓器T3的輸入端電連接，而變壓器T3的輸出端與檢波器[7]中的主要元件二極檢波管D7即2AP16的輸入端電連接，2AP16的輸出端與微分電路[8]的主要元件電容器C15＝0.1μf之一端電連接，C15的另一端與微分電路中的另一主要元件D6亦為2AP16進行電連接。時針計數器[9]中的主要元件採用集成電路SA2251，其輸入端與IC1即LM311的輸出端及D6即2AP16的輸出端電連接，其輸出端之一與解碼器[10]中的主要元件集成電路IC6即CH7555的輸入端TR電連接，其輸出端之二與報警器[11]中的主要元件模擬聲集成電路9561的輸入端電連接，9561的輸出端U06用同軸屏蔽傳輸線[13]對外輸出。解碼器[10]中的主要元件集成電路IC7(亦為CH7555)的輸出端Q即U05與數值顯示器[12]中的主要元件通用型七段式發光二極磷化鎵數碼管電路的輸入端電連接。
權利要求1.一種超聲波雨霧行車自動測距報警儀，其特徵在於開脈衝控制電路[1]中產生的開脈衝信號，經過集成塊IC1的輸出端U01與振蕩器中的集成塊IC2的輸入端Ui2電連接，觸發振蕩器[2]工作；經振蕩器的集成塊IC3的輸出端U02與電壓放大器[3]集成塊IC4的輸入端Ui3電連接，以及IC4的輸出端與功率放大器[4]的輸入端BG2、BG3的發射極電連接，順序進行電壓放大以及功率放大；放大後的電振蕩經功率放大器[4]的輸出端BG3、BG4的集電極成電連接至輸出變壓器T1的初級線圈，再由變壓器T1的次級線圈輸出端U03電連接至超聲波換能器[5]轉換為同頻率的超聲波發射到空間；而被汽車或較大障礙物反射回的超聲波，被超聲波換能器[5]接收後，還原為同頻率的電振蕩Ui4，然後經與換能器[5]電連接的變壓器T2的初級線圈，耦合到次級線圈，再經與次級線圈電連接的調諧式放大器[6]的集成塊IC5的輸入端，將電振蕩信號進行調諧放大後，經集成塊IC5的輸出端與變壓器T3初級線圈電連接，再耦合到次級線圈，次級線圈與檢波器[7]的輸入端，二級管D7正極電連接，然後經檢波器[7]的輸出端，二極體D7負極與微分電路[8]輸入端，電容C15電連接，將檢波後的信號變成關脈衝信號，從微分電路輸出U04或Ui1；微分電路的輸出端二極體D6的負極電連接至時鐘計數器[9]輸入端以及開關電路[1]中集成塊IC0的輸入端；時鐘計數器[9]的輸出端UI5與解碼器[10]的輸入端電容C17電連接，時鐘計數器[9]進行時間差計數後，再經過解碼器[10]轉換為距離計數，然後經解碼器集成塊IC7的輸出端U05與數值顯示器[12]電連接，將距離計數在數值顯示器[12]中的數碼管上顯示出來；時鐘計數器[9]的另一輸出端UI6與報警器[11]電連接，以實現汽車接近危險近距離時自動報警，同時，報警器[11]通過傳輸線[13]輸出信號U06，以提供自動自控信號。
2.根據權利要求1所述的測距報警儀其特徵在於開脈衝控制電路[1]主要由倒相器IC0及延遲電路電阻RT、電容CT與調節比較集成塊IC1的順序電連接組成，調節RT和CT可控制開關脈衝之間的延遲時間在0.1—0.5s之間。
3.根據權利要求1所述的測距報警儀，其特徵在于振蕩器[2]主要由倒相器IC2、電容C3、RC橋式振蕩集成塊IC3順序電連接組成。
4.根據權利要求1所述的測距報警儀，其特徵在於功率放大器[4]主要由BG2、BG3、BG4、BG5四個三極體電連接為互補對稱放大電路及輸出變壓器T1組成。
5.根據權利要求1所述的測距極警儀，其特徵在於超聲波換能器[5]由電致伸縮材料，如鋯鈦酸鉛或者磁致伸縮材料如鎳構成。
6.根據權利要求1所述的測距報警儀，其特徵在於射頻放大器[6]由調諧式三極放大器集成塊IC5及調諧變壓器T3電連接組成。
專利摘要一種能在雨霧雪中隨時自動監測裝有本裝置的汽車(或火車)與前面汽車(或較大障礙物)之間的距離，並在危險值時自動報警及提供自控信號的儀器。它利用超聲波能穿過雨霧雪，並能被汽車等反射的原理製成。本儀器由順序電連接的開關電路、振蕩器、放大器、換能器，以及順序電連接的換能器、放大器、檢波器、微分電路、時鐘發生器、解碼器、顯示器和報警器組成。它具有準確度高，性能穩定、成本較低的優點，特點適宜在高速公路上應用。
文檔編號G06F3/02GK2227861SQ94206180
公開日1996年5月22日 申請日期1994年3月29日 優先權日1994年3月29日
發明者胡傳鏞 申請人:胡傳鏞