專利名稱：一種采用無鉛傳感元件的環(huán)保型測距雷達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達探測距離的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
倒車雷達利用超聲測距原理。即通過探測雷達探頭發(fā)射超聲波，遇到障 礙物后反射回來，利用發(fā)射與反射之間的時間差通過公式S=C*t/2 (S為距 離，C為聲速，t為時間差)來計算探頭與障礙物之間的距離。
現(xiàn)有的倒車雷達通常包含三個部分 一個(或多個)發(fā)射接收信號用的 傳感器、 一個信號分析處理的主控器以及一個報警顯示器。由單片機控制發(fā) 射超聲信號，經(jīng)由一個或者多個探頭發(fā)射出去。在設(shè)計范圍內(nèi)，遇到障礙物 就返回超聲信號。超聲探頭接收到返回信號后，經(jīng)過信號處理成單片機能夠 識別的脈沖。單片機通過發(fā)射和接收到脈沖之間的時間間隔來計算探頭與障 礙物之間的距離。
常用的發(fā)射接收用的探頭一般使用鋯鈦酸鉛(PZT)作為壓電材料，這種材
料是一種非環(huán)保型的材料，其Pb0含量通常占50。/。以上，而PbO有毒并且在燒結(jié)
溫度下?lián)]發(fā)性大， 一方面對人體、環(huán)境造成危害，另一方面也使陶瓷中的化 學計量比偏離原配方，給工藝和產(chǎn)品的性能帶來諸多問題。隨著全社會對環(huán)
保問題的重視，尋找PZT替代材料，實現(xiàn)無鉛壓電陶瓷超聲探頭及其應用系統(tǒng) 成為電子領(lǐng)域的緊迫任務之一。

發(fā)明內(nèi)容
為了減少含鉛元器件的使用量，本發(fā)明提出了這項基于無鉛新材料探頭應 用系統(tǒng)的發(fā)明。同時系統(tǒng)通過程序靈活調(diào)整探測掃描頻率來實現(xiàn)了低功耗與 高靈敏度，增加溫度傳感器來實現(xiàn)聲速的校準實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的高精度。
本發(fā)明的特征在于，含有超聲探頭， 一個包含控制超聲發(fā)射和接收處理超 聲信號的主機、 一個用于顯示和報警的顯示報警頭以及一個溫度傳感器，其中超聲探頭，至少為一個，含有前向封閉式外殼、連接與所述外殼內(nèi)側(cè) 底部的無鉛壓電材料、填充于所述外殼內(nèi)的硅膠等材料，以及連接在所述外 殼開口側(cè)的兩個電極組成。所述包含控制超聲發(fā)射和接收、處理超聲信號的 主機，向指定的所述超聲探頭的兩個電極加載一個頻率設(shè)定的高壓信號使得 所述超聲探頭振動發(fā)出超聲波，然后通過內(nèi)置的探頭接收所述超聲波信號， 經(jīng)過放大、濾波、選頻放大、整形后送至內(nèi)置的單片機，在檢測到所述溫度 傳感器送來的環(huán)境溫度值T后，按下式計算所述環(huán)保型倒車雷達與被測障礙物 的距離S，并顯示距離數(shù)據(jù)和蜂鳴信號
s二c氺t/2，
c為聲波在空氣中傳播的速度，c=331.05+0.607*T， t為發(fā)射和接收所述超聲 波信號的時間間隔，T為空氣溫度。
本發(fā)明的特征又在于，所述單片機在接收到指定的超聲探頭發(fā)來的超聲波 信號后，要在lHz——10Hz調(diào)整掃描頻率依次掃描其他超聲探頭。
本發(fā)明的特征還在于，是一種倒車雷達，所述超聲探頭安裝在汽車的前或 后保險杠上，通過導線與所述主機相連，而所述主機則放置在所述汽車的后 備箱中，有汽車電瓶供電，所述顯示報警頭通過導線引至所述汽車的儀表臺。
本發(fā)明具有如下效果-
1、由于采用了無鉛探頭、無鉛元件、無鉛工藝，本系統(tǒng)最大程度上減少 了鉛的使用量，更加環(huán)保。
2、增設(shè)溫度傳感器，提高了測量的準確性。通過變頻掃描多個探頭保證了系 統(tǒng)低功耗、高靈敏度。
采用這種無鉛探頭和無鉛工藝流程，不僅可以制作出無鉛倒車雷達，而且可以制作類似的無鉛超聲應用系統(tǒng)，為無鉛超聲產(chǎn)品的的廣泛應用打下了良好 的基礎(chǔ)。


圖l :發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖； 圖2 :程序工作流程圖； 圖3 :環(huán)保型超聲探頭結(jié)構(gòu)； 圖4 :信號處理電路框圖； 圖5 :整機安裝示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所涉及的是基于無鉛超聲探頭、無鉛分立元件和無鉛加工工藝的倒 車雷達系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
本發(fā)明整個系統(tǒng)附圖l所示，系統(tǒng)包含一個(或多個)收發(fā)同體的無鉛超聲探 頭l， 一個包含控制超聲發(fā)射以及接收超聲信號處理的主機2， 一個用來顯示
距離數(shù)據(jù)和蜂鳴報警的顯示報警頭3以及一個溫度傳感器4。本系統(tǒng)采用新型
超聲探頭等無鉛元件并采用無鉛加工，因此本系統(tǒng)最大程度上減少了鉛含量， 更加環(huán)保。
本發(fā)明主機工作流程見附圖2所示，首先系統(tǒng)通過一個指定的探頭發(fā)射超聲 波，然后通過電子開關(guān)切換只接受該探頭的回波信號。接收到的回波信號通 過信號處理電路后送給單片機分析處理，這樣一個完整的過程稱作一次探頭 掃描。本發(fā)明依次掃描各個探頭，并根據(jù)各個探頭接收到的超聲信號來判斷 該探頭對應方向有無障礙物。當一個或多個探頭探測到前方報警范圍內(nèi)有障 礙物時，程序自動增大掃描頻率(1Hz到10Hz間)以提高探測靈敏度。計算溫度補償后的數(shù)據(jù)，隨后發(fā)送給數(shù)碼顯示頭。數(shù)碼管將障礙物距離車體最近的 距離顯示出來，并根據(jù)這個距離來自動調(diào)整蜂鳴器鳴響頻率。
本發(fā)明采用了高性能的壓電材料片14替代PZT來實現(xiàn)超聲探頭，探頭結(jié)構(gòu)圖如 附圖3所示。探頭采用前向封閉式的結(jié)構(gòu)的殼體15，內(nèi)部通過填充一些硅膠等 緩沖塊12來降低探頭發(fā)射后的余震。工作時，通過在探頭兩個電極ll加載探 頭固有頻率的高壓信號使得探頭振動發(fā)出超聲波。本探頭由于采用不含鉛的 材料，因此非常環(huán)保。
探頭接收到的超聲信號，經(jīng)過信號處理后才能送至單片機處理。信號處理 部分見附圖4所示，本電路中，信號經(jīng)過預放大、濾波、選頻放大、電壓比較 等部分后，輸出單片機能夠識別的數(shù)字信號。單片機通過累計這個信號和發(fā) 射之間的時間間隔通過公式swM/2 (s為距離，c為聲速，t為時間差)來計
算距離數(shù)據(jù)。由于聲波在空氣中傳播的速度受空氣溫度影響很大，可用公式 c二331.05+0.607W近似表達。式中，c為聲速，T為空氣溫度。因此本系統(tǒng)還 通過增加一個溫度傳感器來獲取氣溫，并根據(jù)氣溫來矯正倒車時顯示的距離 數(shù)據(jù)。
整機安裝示例如附圖5所示，安裝時將探頭5安裝在汽車后保險杠(或者前保 險杠)，通過導線連接在主機6上。主機6則放置在汽車后備箱或者其他位置， 通過汽車電瓶取電。顯示報警8則通過信號線7引至汽車儀表臺。
權(quán)利要求
1. 一種采用無鉛傳感元件的環(huán)保型測距雷達，其特征在于含有超聲探頭，一個包含控制超聲發(fā)射和接收處理超聲信號的主機、一個用于顯示和報警的顯示報警頭以及一個溫度傳感器，其中超聲探頭，至少為一個，含有前向封閉式外殼、連接與所述外殼內(nèi)側(cè)底部的無鉛壓電材料、填充于所述外殼內(nèi)的硅膠等材料，以及連接在所述外殼開口側(cè)的兩個電極組成。所述包含控制超聲發(fā)射和接收、處理超聲信號的主機，向指定的所述超聲探頭的兩個電極發(fā)出一個頻率設(shè)定的高壓信號使得所述超聲探頭振動發(fā)出超聲波，然后通過內(nèi)置的探頭接收所述超聲波信號，經(jīng)過放大、濾波、選頻放大、整形后送至內(nèi)置的單片機，在檢測到所述溫度傳感器送來的環(huán)境溫度值T后，按下式計算所述環(huán)保型倒車雷達與被測障礙物的距離s，并顯示距離數(shù)據(jù)和蜂鳴信號s＝c*t/2，c為聲波在空氣中傳播的速度，c＝331.05+0.607*T，t為發(fā)射和接收所述超聲波信號的時間間隔，T為空氣溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求，所述的一種采用無鉛傳感元件的環(huán)保型測距雷達，其特征在于，所述單片機在接收到指定的超聲探頭發(fā)來的返回超聲波信號后，要在1Hz——10Hz調(diào)整掃描頻率依次掃描其他超聲探頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求，所述的一種采用無鉛傳感元件的環(huán)保型測距雷達，其特征在于，是一種倒車雷達，所述超聲探頭安裝在汽車的前或后保險杠上，通過導線與所述主機相連，而所述主機則放置在所述汽車的后備箱中，由汽車電瓶供電，所述顯示報警頭通過導線引至所述汽車的儀表臺。
全文摘要
一種采用無鉛傳感元件的環(huán)保型測距雷達，屬于雷達探測距離的技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于含有超聲探頭，一個包含控制超聲發(fā)射和接收處理超聲信號的主機、一個用于顯示和報警的顯示報警頭以及一個溫度傳感器。其中，主機利用環(huán)境溫度來調(diào)查聲波在空氣中傳播的速度，并由此計算所述測距雷達和被測障礙物的距離。所述超聲探頭用無鉛傳感元件作壓電材料，所述主機能在1Hz-10Hz范圍內(nèi)調(diào)整掃描頻率，以控制不同的超聲探頭去探測不同方向的在報警范圍內(nèi)的被測障礙物，提高測量精度并減小功耗。本發(fā)明具有無污染、低功耗、高精度等優(yōu)點。
文檔編號G01S15/00GK101458335SQ200910076388
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者遠 任, 任天令, 劉理天, 孔祥明, 軼 楊, 王利剛 申請人:清華大學