一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，包含微控制器模塊以及與其連接的超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、溫度測(cè)量模塊、顯示模塊、報(bào)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(jì)時(shí)單元、計(jì)算單元、參數(shù)對(duì)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(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)距精度的影響，有力提高了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度，進(jìn)而能夠通過(guò)精確計(jì)算車距有效地避免了車禍的發(fā)生。
【專利說(shuō)明】一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波測(cè)距系統(tǒng)，尤其涉及一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，屬于汽車防撞領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械震蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的震蕩源所引起的，其頻率在20kHz以上。由于超聲波的速度相對(duì)于光速要小得多，其傳播時(shí)間就比較容易檢測(cè)，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強(qiáng)度好控制，因而利用超聲波測(cè)距在很多距離探測(cè)應(yīng)用中有很重要的用途，包括無(wú)損檢測(cè)、過(guò)程測(cè)量、機(jī)器人測(cè)量和定位，以及流體液面高度測(cè)里寺。
[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、濕度等因素的影響，其中受溫度影響較大，如溫度每升高l°c，聲速就會(huì)增加約0.6m / So因此在相同的間隔測(cè)量距離，由于波的傳播時(shí)間是相同的，不同溫度下的聲速不同，所以最終造成測(cè)量出來(lái)的距離不相等，在距離測(cè)量精度要求很高的情況下，必須要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和補(bǔ)償，以避免溫度對(duì)測(cè)量精度的影響。制超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，并且測(cè)量精度高。
[0004]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)日益繁榮，但由于道路狀態(tài)、交通管理等硬件難以跟上，加上駕駛超車、出車開(kāi)小差、錯(cuò)誤估計(jì)車距等主觀的原理，使相互碰撞的交通事故頻頻發(fā)生。解決這個(gè)問(wèn)題的根本措施在于給行進(jìn)中的汽車安裝能自動(dòng)跟蹤測(cè)距，在危險(xiǎn)距離內(nèi)自動(dòng)剎車的裝置。
[0005]例如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01120488173.4”的一種基于超聲波的汽車防撞控制系統(tǒng)，包括防撞控制器，與防撞控制器相連的超聲波測(cè)距儀、車速傳感器、剎車控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，與剎車控制器相連的制動(dòng)器，與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器相連的噴油電磁閥。該實(shí)用新型通過(guò)超聲波測(cè)距儀實(shí)時(shí)測(cè)量獲取車與前方障礙物的相對(duì)距離信息和相對(duì)速度信息，并結(jié)合車速信息，經(jīng)判斷后控制車輛減速或制動(dòng)，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(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，實(shí)用性好，但是尚未考慮溫度的影響且測(cè)量精度有待進(jìn)一步提高。
[0006]又如申請(qǐng)?zhí)枮椤?01210178595.0”的一種基于超聲波測(cè)距的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)。它包括AT89C2051控制模塊、超聲波測(cè)距模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊和電源模塊。當(dāng)超聲波測(cè)距模塊將檢測(cè)到的距離轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)傳輸?shù)紸T89C2051控制模塊，AT89C2051控制模塊將接收到的信號(hào)進(jìn)行處理并與設(shè)定的最大距離值進(jìn)行比較，如果此距離小于設(shè)定的最大距離值，AT89C2051控制模塊將向報(bào)警模塊發(fā)送指令，使報(bào)警器發(fā)出聲音提醒司機(jī)，同時(shí)將距離值通過(guò)顯示模塊進(jìn)行顯示。該發(fā)明滿足一般近距離測(cè)距的要求，且成本較低，有較好的性價(jià)比，可廣泛應(yīng)用于小距離測(cè)距、機(jī)器人檢測(cè)、車輛倒車?yán)走_(dá)中，但是尚未考慮溫度的影響且測(cè)量精度有待進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其具有低成本，高精度，且能夠有效避免了環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)距精度的影響，有力提高了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度，進(jìn)而能夠通過(guò)精確計(jì)算車距有效地避免了車禍的發(fā)生。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:
一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，包含微控制器模塊以及與其連接的超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、溫度測(cè)量模塊、顯示模塊、報(bào)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(jì)時(shí)單元、計(jì)算單元、參數(shù)對(duì)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(fā)射模塊，用于發(fā)射超聲波同時(shí)發(fā)送一個(gè)計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)至計(jì)時(shí)單元；
超聲波接收模塊，用于當(dāng)?shù)谝淮谓邮盏匠暡〞r(shí)同時(shí)發(fā)送一個(gè)計(jì)時(shí)停止信號(hào)至計(jì)時(shí)單元;
溫度測(cè)量模塊，用于實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度；
計(jì)時(shí)單元，用于計(jì)算在收到超聲波發(fā)射模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)和超聲波接收模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)停止信號(hào)之間的時(shí)間，進(jìn)而將時(shí)間上傳至計(jì)算單元；
計(jì)算單元，用于根據(jù)v=331.4+0.61T, s=vt/2計(jì)算出距離障礙物的距離S，同時(shí)通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示；
其中，t為超聲波發(fā)射模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)和超聲波接收模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)停止信號(hào)之間的時(shí)間差，T為實(shí)際環(huán)境溫度，V為當(dāng)前環(huán)境下聲速；
參數(shù)對(duì)比單元，用于根據(jù)計(jì)算單元計(jì)算出的距離障礙物的距離與設(shè)定值進(jìn)行分析對(duì)比，若距離障礙物的距離小于安全距離時(shí)，則發(fā)送信號(hào)至控制單元；
控制單元，用于根據(jù)參數(shù)對(duì)比單元發(fā)送的信號(hào)控制報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)剎車減速單元。
[0009]作為本發(fā)明一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述距離障礙物的安全距離為30m。
[0010]作為本發(fā)明一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊為AVR系列單片機(jī)。
[0011]作為本發(fā)明一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述顯示模塊為L(zhǎng)CD顯示屏。
[0012]作為本發(fā)明一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述報(bào)警模塊為聲光報(bào)警單元。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有低成本，高精度、成本較低且測(cè)量精度高；
2、本發(fā)明能夠有效避免環(huán)境溫度變化對(duì)測(cè)距精度的影響，有力提高了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度；
3、本發(fā)明能夠通過(guò)精確計(jì)算車距及時(shí)提醒駕車者，有效地避免了車禍的發(fā)生。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，包含微控制器模塊以及與其連接的超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、溫度測(cè)量模塊、顯示模塊、報(bào)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(jì)時(shí)單元、計(jì)算單元、參數(shù)對(duì)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(fā)射模塊，用于發(fā)射超聲波同時(shí)發(fā)送一個(gè)計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)至計(jì)時(shí)單元；
超聲波接收模塊，用于當(dāng)?shù)谝淮谓邮盏匠暡〞r(shí)同時(shí)發(fā)送一個(gè)計(jì)時(shí)停止信號(hào)至計(jì)時(shí)單元;
溫度測(cè)量模塊，用于實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度；
計(jì)時(shí)單元，用于計(jì)算在收到超聲波發(fā)射模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)和超聲波接收模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)停止信號(hào)之間的時(shí)間差，進(jìn)而將時(shí)間差上傳至計(jì)算單元；
計(jì)算單元，用于根據(jù)V=331.4+0.61T, s=vt/2計(jì)算出距離障礙物的距離S，同時(shí)通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示；
其中，t為超聲波發(fā)射模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)和超聲波接收模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)停止信號(hào)之間的時(shí)間，T為實(shí)際溫度，V為當(dāng)前環(huán)境下聲速；
參數(shù)對(duì)比單元，用于根據(jù)計(jì)算單元計(jì)算出的距離障礙物的距離與設(shè)定值進(jìn)行分析對(duì)比，若距離障礙物的距離小于安全距離時(shí)，則發(fā)送信號(hào)至控制單元；
控制單元，用于根據(jù)參數(shù)對(duì)比單元發(fā)送的信號(hào)控制報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)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(jī)，所述顯示模塊為L(zhǎng)CD顯示屏，所述報(bào)警模塊為聲光報(bào)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、濕度等因素的影響，其中受溫度影響較大，如溫度每升高l°c，聲速就會(huì)增加約0.6m/so因此在相同的間隔測(cè)量距離，由于波的傳播時(shí)間是相同的，不同溫度下的聲速不同，所以最終造成測(cè)量出來(lái)的距離不相等，在距離測(cè)量精度要求很高的情況下，必須要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和補(bǔ)償，以避免溫度對(duì)測(cè)量精度的影響。本系統(tǒng)選用DS18B20溫度傳感器作為溫度測(cè)量、誤差補(bǔ)償裝置，與單片機(jī)交換信息僅需要一根I/O 口線，其供電電源可來(lái)源于單片機(jī)I/O 口數(shù)據(jù)線，而無(wú)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(guān)系如下:v=331.4+0.61T式中，T為實(shí)際溫度(°C )，V為當(dāng)前環(huán)境下聲速，單位為m/s。
[0018]報(bào)警單元:由觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)電路和小喇叭組成。當(dāng)車間距為30m時(shí)單片機(jī)給觸發(fā)器一個(gè)信號(hào)，使觸發(fā)器置位產(chǎn)生一組脈沖，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，使小喇叭發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)大于30m時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，停止產(chǎn)生脈沖。
[0019]剎車減速單元:由開(kāi)關(guān)K和自動(dòng)剎車減速裝置組成，當(dāng)司機(jī)認(rèn)為必要用到自動(dòng)剎車減速裝置時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)K。當(dāng)車間距小于20m時(shí)，單片機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，啟動(dòng)自動(dòng)剎車減速裝置，防止碰撞。
[0020]AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來(lái)，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快；AVR單片機(jī)具有32個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷；AVR單片機(jī)耗能低。對(duì)于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為ΙΟΟηΑ，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備；有的器件最低1.8 V即可工作；AVR單片機(jī)保密性能好。
[0021]超聲波發(fā)射電路由單片機(jī)輸出端直接驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)送，超聲波接收電路輸出端與單片機(jī)相連接，單片機(jī)的輸出端與顯示電路輸入端相連接。單片機(jī)在TO時(shí)刻發(fā)射方波，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)收到回波后，產(chǎn)生一負(fù)跳變到單片機(jī)中斷口，單片機(jī)響應(yīng)中斷程序，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。計(jì)算時(shí)間差即可得到超聲波在媒介中傳播的時(shí)間t，由此便可計(jì)算出距離。
[0022]40kHz的方波由AVR單片機(jī)驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射頭發(fā)射超聲波，經(jīng)反射后由超聲波接收頭接收到40kHz的正弦波，由于聲波在空氣中傳播時(shí)衰減，所以接收到的波形幅值較低，經(jīng)接收電路放大、整形，最后輸出一負(fù)跳變，輸入單片機(jī)。由于單片機(jī)系統(tǒng)的晶振為12M晶振，所以只能產(chǎn)生半周期為12 μ s或13 μ s的方波信號(hào)，頻率分別為41.67kHz和38.46kHz。本系統(tǒng)在編程時(shí)選用了后者。接收到的信號(hào)加到BG1、BG2組成的兩級(jí)放大器上進(jìn)行放大。每級(jí)放大器的放大倍數(shù)為70倍。放大的信號(hào)通過(guò)檢波電路得到解調(diào)后的信號(hào)。這里使用的是IN4148檢波二極管，輸出的直流信號(hào)即兩二極管之間電容電壓。該接收電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能較好，制作難度小。
[0023]本發(fā)明涉及一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)測(cè)量精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，在硬件上增加了溫度傳感器測(cè)溫電路，采取聲速預(yù)置和媒質(zhì)溫度測(cè)量相結(jié)合的辦法對(duì)聲速進(jìn)行修正，降低了溫度變化對(duì)測(cè)距精度的影響。有力提高了超聲波測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量精度。能夠通過(guò)精確計(jì)算車距及時(shí)提醒駕車者，有效地避免了車禍的發(fā)生。
[0024]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0025]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:包含微控制器模塊以及與其連接的超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、溫度測(cè)量模塊、顯示模塊、報(bào)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(jì)時(shí)單元、計(jì)算單元、參數(shù)對(duì)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(fā)射模塊，用于發(fā)射超聲波同時(shí)發(fā)送一個(gè)計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)至計(jì)時(shí)單元； 超聲波接收模塊，用于當(dāng)?shù)谝淮谓邮盏匠暡〞r(shí)同時(shí)發(fā)送一個(gè)計(jì)時(shí)停止信號(hào)至計(jì)時(shí)單元; 溫度測(cè)量模塊，用于實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度； 計(jì)時(shí)單元，用于計(jì)算在收到超聲波發(fā)射模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)和超聲波接收模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)停止信號(hào)之間的時(shí)間，進(jìn)而將時(shí)間上傳至計(jì)算單元； 計(jì)算單元，用于根據(jù)V=331.4+0.61T, s=vt/2計(jì)算出距離障礙物的距離S，同時(shí)通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示； 其中，t為超聲波發(fā)射模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)啟動(dòng)信號(hào)和超聲波接收模塊發(fā)送的計(jì)時(shí)停止信號(hào)之間的時(shí)間差，T為實(shí)際環(huán)境溫度，V為當(dāng)前環(huán)境下聲速； 參數(shù)對(duì)比單元，用于根據(jù)計(jì)算單元計(jì)算出的距離障礙物的距離與設(shè)定值進(jìn)行分析對(duì)比，若距離障礙物的距離小于安全距離時(shí)，則發(fā)送信號(hào)至控制單元； 控制單元，用于根據(jù)參數(shù)對(duì)比單元發(fā)送的信號(hào)控制報(bào)警單元發(fā)出警報(bào)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)剎車減速單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:所述距離障礙物的安全距離為30m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器模塊為AVR系列單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示模塊為L(zhǎng)CD顯示屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于具有溫度補(bǔ)償?shù)某暡y(cè)距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:所述報(bào)警模塊為聲光報(bào)警單元。
【文檔編號(hào)】B60T7/12GK104442758SQ201410736762
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】謝敏富, 胡清華, 高娟 申請(qǐng)人:蘇州市歐博銳自動(dòng)化科技有限公司