專利名稱：一種單片機(jī)控制的組合汽車防撞裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中的單片微型計(jì)算機(jī)在汽車中的應(yīng)用這一技術(shù)領(lǐng)域。
國(guó)內(nèi)與汽車防撞有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)檢索中國(guó)專利信息有以下8項(xiàng)1.壓電式汽車倒車報(bào)警器，專利號(hào)87201456，已授權(quán)。但無距離檢測(cè)和顯示，單純?cè)诘管嚂r(shí)間斷發(fā)聲報(bào)警。
2.汽車倒車語言報(bào)警器，專利號(hào)87212762，已授權(quán)。但無距離檢測(cè)和顯示，單純?cè)诘管嚂r(shí)用語言提出警告。
3.汽車倒車安全報(bào)警器，專利號(hào)88203824，已授權(quán)。當(dāng)障礙物進(jìn)入車后0.6米時(shí)用聲音報(bào)警。
4.汽車防撞預(yù)警器，專利號(hào)90213220，已授權(quán)。紅外線距離檢測(cè)，無顯示，距離太近時(shí)用聲光報(bào)警。
5.焰火式汽車防撞報(bào)警器，專利號(hào)92113035，已視同撤銷。無距離檢測(cè)和顯示，碰撞后放出焰火報(bào)警防止連續(xù)性撞車。
6.汽車防撞報(bào)警剎車器，專利號(hào)92229804，已授權(quán)。紅外線距離檢測(cè)，距離太近時(shí)用聲光報(bào)警并自動(dòng)剎車。
7.汽車多功能防撞警示電路，專利號(hào)93101862，已授權(quán)。測(cè)試后方來車的光強(qiáng)，用LED陣列向后方車輛顯示報(bào)警。
8.汽車紅外防撞報(bào)警自動(dòng)剎車，專利號(hào)93115167，已進(jìn)入實(shí)審。紅外線距離檢測(cè)，前車發(fā)送，后車接收，距離太近時(shí)用聲光報(bào)警并自動(dòng)剎車。
近年來國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)介紹國(guó)內(nèi)外與汽車防撞有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)經(jīng)檢索還有1.董子和等，超聲波測(cè)距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)中的應(yīng)用，汽車電器，1997年第一期。該法在許多先進(jìn)國(guó)家中已用于高檔汽車防撞。但它僅能用于汽車進(jìn)入停車位的近距離、低速狀況下的防撞。
2.盧紅等，汽車防撞的激光監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，19(3)，1997，該文介紹的相控激光測(cè)距法雖不受目標(biāo)反射率等條件的限制，在美、日、俄等國(guó)也已成功地應(yīng)用于相控激光雷達(dá)，但所使用的氣體激光器難于適應(yīng)汽車行駛環(huán)境。
3.戚兵等，用于汽車實(shí)時(shí)障礙檢測(cè)的光學(xué)傳感系統(tǒng)，激光與紅外，29(1)，1999，該文介紹，面陣CCD立體視角成象系統(tǒng)和三維掃描激光雷達(dá)成象系統(tǒng)的成象速度太慢，非掃描成象激光雷達(dá)和彩色CCD色散成象則因測(cè)程太短，難以在汽車防撞中實(shí)際應(yīng)用。文章推薦日本松田公司和日本電氣公司設(shè)計(jì)的一維掃描脈沖式激光雷達(dá)。該系統(tǒng)以雷達(dá)屏幕顯示，測(cè)程150米。但其光學(xué)掃描和雷達(dá)顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，價(jià)格較高，難以為普通車輛普遍采用，且不具有后向防撞功能。
本實(shí)用新型的目的是提供一種單片機(jī)控制的組合汽車防撞裝置，它能在正常行駛速度下檢測(cè)和顯示前方較遠(yuǎn)距離內(nèi)有無障礙物并在必要時(shí)報(bào)警，同時(shí)或特別是在慢速倒車時(shí)檢測(cè)和顯示后方一定距離內(nèi)有無障礙物體并在必要時(shí)報(bào)警，從而有效防止在車輛行駛或倒車時(shí)發(fā)生撞車、撞人等安全事故。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的以裝于駕駛室旁后視鏡背側(cè)的激光-光電檢測(cè)組件中的激光二極管向前發(fā)射脈沖激光，以雪崩光電二極管接收前方障礙物體的回波，左、右二路前向檢測(cè)組件中的激光二極管均旋轉(zhuǎn)90度角安裝，利用其旋轉(zhuǎn)后平行路面方向的24度發(fā)散角使發(fā)射波束在前方3米內(nèi)交迭以取代一維掃描，由單片機(jī)的數(shù)據(jù)口讀入前向發(fā)送接受時(shí)差信號(hào)，計(jì)數(shù)收發(fā)脈沖前沿之間的高頻脈沖，換算得出到前方障礙物間的距離；以裝于車尾的超聲波檢測(cè)組件檢測(cè)并經(jīng)HSO\HSI口得到后向發(fā)送接收時(shí)差信號(hào)并換算為到后方障礙物間的距離；對(duì)本車前后方左、右側(cè)的障礙物的不同距離分別采用4組各8單元(分紅、黃、綠三色)發(fā)光二極管作擬圖形顯示以取代雷達(dá)屏幕顯示，采用單片微型計(jì)算機(jī)對(duì)前后向檢測(cè)作組合控制、完成時(shí)差到距離的變換、距離顯示碼和報(bào)警信號(hào)的輸出，組成一種單片機(jī)控制的組合汽車防撞裝置。
與
背景技術(shù)：
相比較，本實(shí)用新型具有以下更能滿足普通客貨車輛實(shí)際防撞要求的有益效果(1)以半導(dǎo)體激光器發(fā)射脈沖激光，以雪崩光電二極管接收回波，使前向測(cè)程達(dá)150-200米；同時(shí)又以二組激光二極管旋轉(zhuǎn)90度角安裝的前向檢測(cè)部件代替一維掃描，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了造價(jià)。
(2)采用超聲波檢測(cè)作為后向防撞，具有前后雙向防撞功能，既符合前向要求快速，后向主要用于慢速的實(shí)際需要，且又避免了前后向之間的相互干擾。
(3)采用單片機(jī)對(duì)前后向檢測(cè)作組合控制，數(shù)據(jù)處理和輸出。用三色LED擬圖形顯示代替數(shù)碼管或雷達(dá)屏幕顯示，比前者直觀醒目，比后者簡(jiǎn)單便宜。
附圖的圖面說明如下


圖1是本實(shí)用新型的總體框圖。分為6個(gè)部件①單片機(jī)系統(tǒng)，②前向檢測(cè)部件(左、右各一組)，③后向檢測(cè)部件(左、右各一組)，④LED擬圖形顯示，⑤報(bào)警部件，⑥電源部件。
圖2是本實(shí)用新型使用的單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成框圖。選用8098單片機(jī)，由2片74 LS373鎖存地址，外接2732 EPROM存放程序。由地址譯碼器LS138選擇地址為80H和84H的2片LS374數(shù)據(jù)鎖存器讀入前向距離值；選擇地址為90H、94H、98H、和9CH的四片74 LS273顯示鎖存器輸出要顯示的當(dāng)前距離編碼。HSO輸出后向發(fā)射信號(hào)，HSI輸入后向回波信號(hào)。
圖3是前向檢測(cè)部件框圖。發(fā)射激光脈沖的前沿經(jīng)微分電路(1)將SR觸發(fā)器置1，打開計(jì)數(shù)門，對(duì)晶體振蕩器(2)輸出的30MHz填充脈沖計(jì)數(shù)，反射脈沖的前沿經(jīng)前置放大(3)和微分電路(4)將SR觸發(fā)器清零從而關(guān)閉計(jì)數(shù)門。計(jì)數(shù)器(5)在每個(gè)門控方波中5次累計(jì)的計(jì)數(shù)值經(jīng)3μs延時(shí)電路(6)延時(shí)后鎖存在鎖存器(7)中，經(jīng)10μs延時(shí)電路(8)延時(shí)后清零，準(zhǔn)備下一輪計(jì)數(shù)。左右兩路的工作原理相同。
圖4是前向檢測(cè)時(shí)序波形圖。自上向下依次為(1)發(fā)射方波，周期3.3μs；(2)十分頻輸出，周期33μs；(3)前向測(cè)試電路自動(dòng)鎖存和刷新方波，周期67μs；(4)左路發(fā)射門控方波，寬17μs，周期67μs(5)左路實(shí)際發(fā)射方波，每個(gè)門控方波周期內(nèi)5個(gè)；(6)左鎖存脈沖；(7)左清零脈沖；(8)右路發(fā)射門控方波；(9)右路實(shí)際發(fā)射方波；(10)右鎖存脈沖(11)右清零脈沖；左、右兩路錯(cuò)開半個(gè)周期。
圖5是后向檢測(cè)部件框圖。后向檢測(cè)采用400ET/R250型的超聲波收發(fā)頭，配用美國(guó)半導(dǎo)體公司的LM1812超聲波收發(fā)專用集成電路。1腳接LC回路，L1選用TOKO公司的CIN-2A 900HM，發(fā)射時(shí)調(diào)諧振蕩頻率，接受時(shí)作為選頻負(fù)載。2、3腳為接收級(jí)聯(lián)。4腳為接收輸入。6腳為發(fā)射輸出，L6選用TOKO公司的719VXA-A017A0。8腳為發(fā)射控制輸入。11腳時(shí)限保護(hù)。12腳電源。13腳電源去耦。16腳接收電平輸出。17腳噪聲抑制。18腳外接積分電容。
圖6是LED擬圖形顯示器的平面布局圖(A)和單元電路圖(B)。當(dāng)Vi＝3.6V時(shí)，輸入電流約為10μA，流過LED的驅(qū)動(dòng)電流為20mA；當(dāng)Vi＝0.3V時(shí)，晶體管截止。
本實(shí)用新型最好以以下方式實(shí)現(xiàn)前向檢測(cè)部件安裝在汽車后視鏡背面，后向檢測(cè)部件則安裝在車尾外側(cè)，其余部分均在駕駛室內(nèi)的主機(jī)中。主機(jī)與前、后向檢測(cè)部件之間以長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器連接。主機(jī)的擬圖形顯示面板和電源開關(guān)安排在駕駛室儀表盤上，并自汽車蓄電池取得電源。其總體框圖見附
圖1。單片機(jī)系統(tǒng)、前向檢測(cè)部件、后向檢測(cè)部件、三色LED擬圖形顯示等各部份分別說明如下1)單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(見附圖2)選用8098單片機(jī)，由2片74LS373鎖存地址，外接2732 EPROM存儲(chǔ)器地址從2000H到2FFFH，程序從2080H單元開始執(zhí)行初始化。由LS138選擇地址為80H和84H的2片LS373數(shù)據(jù)鎖存器，用30MHz脈沖計(jì)數(shù)前向時(shí)差，單向距離分辨率5米，最大量程200米，每次測(cè)量讀數(shù)5組，當(dāng)計(jì)數(shù)值)250時(shí)自動(dòng)停止計(jì)數(shù)。前向測(cè)試電路自動(dòng)鎖存和刷新的周期為67μs。后向左右測(cè)試電路分別由8098的2個(gè)HSO端輸出正脈沖控制LM1812的端子8，發(fā)出寬度為200μs，調(diào)制頻率為40KHz的超聲波脈沖。回波電平信號(hào)從LM1812的端子14輸送到8098的2個(gè)HSI端。單片機(jī)的HSI/HSO時(shí)間分辨率為2μs，相當(dāng)于超聲波大約單程0.3mm的距離，有足夠高的測(cè)量精度。由單片機(jī)將前向鎖存的計(jì)數(shù)脈沖值和HSI與HSO的時(shí)差轉(zhuǎn)換為距離顯示編碼，并送給相應(yīng)地址為90H、94H、98H、和9CH的四個(gè)顯示鎖存器，以供顯示前后左右最近障礙物的當(dāng)前距離。
單片機(jī)的軟件分為主程序、HSO中斷服務(wù)程序、HSI中斷服務(wù)程序和軟件定時(shí)到中斷服務(wù)程序，主程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行初始化后，先將首次后向發(fā)射時(shí)間放入指定單元，向HSO預(yù)置左右各發(fā)射一個(gè)200μs寬方波脈沖的四個(gè)事件，然后進(jìn)入前向顯示循環(huán)(前向檢測(cè)由硬件自動(dòng)完成)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)置的發(fā)射時(shí)間，HSO控制LM1812向后發(fā)射方波脈沖，同時(shí)請(qǐng)求HSO中斷。在HSO中斷服務(wù)程序中清零相應(yīng)的回波信號(hào)記憶單元，指定軟件定時(shí)器和最長(zhǎng)回波時(shí)差后即返回。如在限定的最長(zhǎng)回波時(shí)間之內(nèi)HSI收到了后向回波，則請(qǐng)求HSI中斷。在HSI中斷服務(wù)程序中先將相應(yīng)的回波記憶單元置1，求出時(shí)差換算為距離碼送相應(yīng)顯示鎖存，重新設(shè)置下次發(fā)射事件后返回。如果超過限定時(shí)間仍未收到回波，軟件定時(shí)器請(qǐng)求中斷，在其中斷服務(wù)程序中將最大距離送相應(yīng)的顯示鎖存，重置下次發(fā)射事件后返回。前向或后向障礙物距離小于規(guī)定值時(shí)，均向報(bào)警部件輸出信號(hào)報(bào)警。
2)前向檢測(cè)部件(見附圖3)激光二極管采用松下MEL4744型，輸出功率25mW，閾值電流70mA，峰值電流125mA，正向壓降2.7V，漏電流0.5μA，波長(zhǎng)830nm，旋轉(zhuǎn)90度角安裝，垂直發(fā)散角為8度，水平發(fā)散角24度。硅雪崩光電二極管為nip型，接收波長(zhǎng)范圍500-1100nm，暗電流2-30nA，量子效率150，響應(yīng)時(shí)間0.5ns，反向偏壓60-160V。從30MHz晶振取得寬17μs周期67μs的發(fā)射門控方波，每個(gè)門控方波中發(fā)射5個(gè)寬度各1.7μs的脈沖，其前沿將SR觸發(fā)器置1，打開計(jì)數(shù)門對(duì)30MHz填充脈沖計(jì)數(shù)，反射脈沖的前沿將SR觸發(fā)器清零從而關(guān)閉計(jì)數(shù)門。5次累計(jì)計(jì)數(shù)值經(jīng)3μs延時(shí)后鎖存，10μs延時(shí)后清零，準(zhǔn)備下一輪計(jì)數(shù)。
前向檢測(cè)的時(shí)序波形圖見附圖4。
3)后向檢測(cè)部件(見附圖5)后向檢測(cè)采用400ET/R250型的超聲波收發(fā)頭，E表示為密封防水型，配用美國(guó)半導(dǎo)體公司的LM1812超聲波收發(fā)專用集成電路組成單頭收發(fā)共體系統(tǒng)。工作頻率40KHz，發(fā)射脈沖寬度一般取200μs，發(fā)射后需要有一段大約1ms的余振衰減時(shí)期。最大輸入電壓為20Vrms，發(fā)射聲級(jí)為118dB，接收靈敏度為-68dB。當(dāng)從LM1812的端子8輸入3.6V以上的高電平脈沖(輸入電流1mA)時(shí)，端子6將輸出頻率40KHz，峰值電流1A，峰值功率12W的電脈沖，經(jīng)超聲波收發(fā)頭轉(zhuǎn)換為超聲波發(fā)射。遇障礙物返回的反射波亦由400ET/R250接受，經(jīng)選頻放大、積分檢測(cè)后由端子16輸出。從發(fā)射輸出到接收電平輸出的時(shí)差反映了最近障礙物到車輛的距離。后向檢測(cè)組件的單向有效測(cè)程在空氣中為6米。發(fā)射控制信號(hào)來自單片機(jī)的HSO，接收電平信號(hào)送單片機(jī)的HSI。當(dāng)單片機(jī)HSI和HSO的時(shí)間分辨率均為2μs時(shí)，后向距離單向檢測(cè)精度不低于1mm。
4)三色LED擬圖形顯示器(見附圖6)在汽車駕駛室內(nèi)儀表盤上，以前左、前右、后左、后右各一組三色LED單元擬圖形顯示車輛到障礙物的最近距離。每組各8個(gè)單元，每單元含2個(gè)同色LED。近距離4單元為紅色，中距離2單元為黃色，遠(yuǎn)距離2單元為綠色。前方透光字樣依次為200、150、100、75、50、25、15和5m，后方依次為6、5、4、3、2、1.5、1和0.5m。均與水平線成60度角排列。點(diǎn)模式顯示時(shí)最多4個(gè)單元同時(shí)導(dǎo)通，最大電流80mA，最大功耗0.4W。線模式顯示時(shí)，最多全部單元導(dǎo)通，最大功耗3.2W。附圖6(A)為L(zhǎng)ED擬圖形顯示的平面布局，圖6(B)是單元電路。當(dāng)Vi＝3.6V時(shí)，輸入電流約為10μA，流過LED的驅(qū)動(dòng)電流為20mA當(dāng)Vi＝0.3V時(shí)，晶體管截止。
5)報(bào)警部件(常規(guī)電路，略)。
6)電源部件(常規(guī)電路，略)。
權(quán)利要求1.一種單片機(jī)控制的組合汽車防撞裝置，前向檢測(cè)部件安裝在汽車駕駛室旁后視鏡背面，后向檢測(cè)部件則安裝在車尾外側(cè)，其余部分均在駕駛室內(nèi)的主機(jī)中，主機(jī)與前、后向檢測(cè)部件之間以長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器連接，主機(jī)的擬圖形顯示面板和電源開關(guān)安排在駕駛室儀表盤上，由汽車蓄電池取得電源，前向檢測(cè)采用激光一光電組件(即由激光二極管發(fā)射，雪崩光電二極管接收)，后向采用超聲波檢測(cè)組件，分別測(cè)量發(fā)射光脈沖或超聲波脈沖從障礙物返回的間隔時(shí)間并送往主機(jī)，由主機(jī)顯示距離，當(dāng)距離小于預(yù)定值時(shí)報(bào)警，其特征是由單片機(jī)的數(shù)據(jù)口讀入前向發(fā)送接受時(shí)差信號(hào)，經(jīng)HSO\HSI口得到后向發(fā)送接收時(shí)差信號(hào)，并由單片機(jī)完成時(shí)差到距離的變換、距離顯示碼和報(bào)警信號(hào)的輸出；左、右二路前向檢測(cè)組件中的激光二極管均旋轉(zhuǎn)90度角安裝，利用其旋轉(zhuǎn)后平行路面方向的24度發(fā)散角使發(fā)射波束在前方3米以內(nèi)交迭以取代一維掃描；對(duì)本車前后方左、右側(cè)的障礙物的不同距離分別采用4組紅、黃、綠三色發(fā)光二極管作擬圖形顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車防撞裝置，其特征是擬圖形顯示為點(diǎn)模式或?yàn)榫€模式，點(diǎn)模式只使與最近障礙物距離相應(yīng)的一個(gè)發(fā)光管發(fā)光；線模式則使從最遠(yuǎn)距離到相應(yīng)距離的發(fā)光管全部發(fā)光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車防撞裝置，其特征是后向距離檢測(cè)也采用激光一光電檢測(cè)組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車防撞裝置，其特征是增加或減少前后向檢測(cè)的路數(shù)，可增加到前、后向各3路或以上；或減少到各1路；或前、后向檢測(cè)的路數(shù)不相同或只有前向檢測(cè)；或只有后向檢測(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中的單片微型計(jì)算機(jī)在汽車中的應(yīng)用這一技術(shù)領(lǐng)域,主要解決汽車行駛中的前后向防撞這一技術(shù)問題。本實(shí)用新型以二組激光光電部件進(jìn)行前向不掃描防撞檢測(cè),二組超聲波部件進(jìn)行后向防撞檢測(cè),采用單片微型計(jì)算機(jī)對(duì)前后向檢測(cè)作組合控制,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和輸出,采用三色LED擬圖形顯示障礙物距離,組成一種單片機(jī)控制的組合汽車防撞裝置。
文檔編號(hào)B60R19/42GK2384816SQ99215758
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1999年7月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月7日
發(fā)明者華強(qiáng) 申請(qǐng)人:華強(qiáng)