CN2938140Y - 一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统，包括汽车、人机接口、温度传感器左前侧超声波传感器、左后侧超声波传感器、右前侧超声波传感器、右后侧超声波传感器、检测装置，人机接口安装在汽车的驾驶台上，检测装置安装在汽车内，温度传感器安装在汽车上；人机接口与检测装置连接。本实用新型仅用一个微处理器总体控制，超声波脉冲由信号分析和处理装置直接产生；采用收发一体传感器、可以适用于不同温度环境下工作；对汽车两侧障碍物检测，防止擦挂事故发生，设有人机接口，可以声光报警、数字显示距离，工作方式分为汽车低速行驶即包括倒车和城市密集交通中行使和高速行驶；本实用新型的一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统，体积小，制造成本低、使用范围广。

Description

一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统

技术领域  本实用新型涉及一种预警系统，特别涉及一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统。

背景技术  汽车在行驶过程中容易发生擦挂事故，在低速行驶时，往往由于汽车两边离障碍物太近。在高速行驶中，超车时，汽车左右两边与障碍物的距离太小，两车之间容易产生低气压导致交通事故发生。超声波在汽车安全行驶中得到了重要的应用，其原理都是利用超声波具有的直线传播和良好的反射特性。但是现有超声波装置具有很大的局限性。中国发明专利申请号为200410014332.1，申请日为2004.3.16、发明名称《一种超声波测距安全警示汽车》其特征是汽车的前端设有超声波，对汽车前端障碍物距离检测预警，主要功能是防止汽车发生追尾事故，但是这种装置在汽车转弯的时候效果很不好，因为超声波是直线传播的。中国专利申请号01221308.X，申请日为2001.5.11，名称为《超声波车用测距装置》其特征是使司机通过本设备准确出前方(或后方)100米范围内有无障碍物，为了测得100米的距离，采用的是大功率超声波换能器。但超声波所测的距离被它的测距原理限制，容易被干扰。

发明内容  本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种对汽车行驶过程中，对左右两边非安全距离障碍物进行超声波防擦挂预警系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统，包括汽车、人机接口、温度传感器左前侧超声波传感器、左后侧超声波传感器、右前侧超声波传感器、右后侧超声波传感器、检测装置，人机接口安装在汽车的驾驶台上，检测装置安装在汽车内，温度传感器安装在汽车上；左前侧超声波传感器设在汽车的左前侧，左后侧超声波传感器设在汽车的左后侧，右前侧超声波传感器设在汽车的右前侧，右后侧超声波传感器设在汽车的右后侧；人机接口与检测装置连接；

其中：检测装置用于信号检测与分析，包括信号分析和处理装置、检波及二值化电路、滤波及放大电路、多路选择电路、发射驱动电路、前置放大电路；

左前侧超声波传感器输入端与发射驱动电路输出段连接，发射驱动电路输入段与多路选择电路输出端连接，左前侧超声波传感器输出端与前置放大电路的输入端连接，前置放大电路的输出端与多路选择电路输入端连接；左后侧超声波传感器输入端与发射驱动电路输出段连接，发射驱动电路输入段与多路选择电路输出端连接，左后侧超声波传感器输出端与前置放大电路的输入端连接，前置放大电路的输出端与多路选择电路输入端连接；右前侧超声波传感器输入端与发射驱动电路输出段连接，发射驱动电路输入段与多路选择电路输出端连接，右前侧超声波传感器输出端与前置放大电路的输入端连接，前置放大电路的输出端与多路选择电路输入端连接；右后侧超声波传感器输入端与发射驱动电路输出段连接，发射驱动电路输入段与多路选择电路输出端连接，右后侧超声波传感器输出端与前置放大电路的输入端连接，前置放大电路的输出端与多路选择电路输入端连接；

多路选择电路的另一输出端与滤波及放大电路的输入端连接，滤波及放大电路的输出端与检波及二值化电路输入段连接，检波及二值化电路的输出端与信号分析和处理装置连接。

所述的人机接口包括工作状态选择电路、声报警电路、距离显示以及光报警，工作状态选择电路输出端与检测装置的输入端连接；声报警电路、光报警电路以及距离显示电路的输入端与信号分析和处理装置的输出端连接。

首先，超声波防擦挂预警系统处于待机状态；

通过人及接口的按钮选择工作方式，工作方式分为汽车低速行驶和高速行驶；

信号分析和处理装置给多路选择电路选通信号，选通四路的其中一路，启动温度传感器。其中设定每一路信号的发送/接收工作周期为10ms，即整个系统检测周期为40ms；

发射驱动电路得到信号之后驱动超声波传感器，发出超声波；

超声波传感器收到返回来的超声波，通过前置放大电路对信号进行放大到与多路开关电路相匹配的电平，送到多路选择电路；

多路选择电路得到放大信号，送到带通滤波及放大电路对信号进行滤波和对有效频带内的超声波信号进行选择放大；

放大的有效频率内的信号送到检波及二值化电路，检测回波信号和变成单一极性的信号，再二值化，即A/D，设置阈值电平，把模拟回波变成电平信号，根据阈值产生触发中断信号给信号分析和处理装置；

信号分析和处理装置得到中断信号，停止计数器计数，读取当前计数器中的计数值，计算出回波传输所用时间ΔT及障碍物距离S＝ΔTV/2；

信号分析和处理装置根据汽车的工作方式，如果是低速行驶就把人机接口的显示部分和声光报警都启动；如果是高速行驶就只需要启动声光报警部分。根据设定报警阈值进行声光报警。

本实用新型的一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统，仅用一个微处理器总体控制，超声波脉冲由信号分析和处理装置直接产生；采用收发一体传感器；有温度补偿电路，可以适用于不同温度环境下工作；对汽车两侧障碍物检测，防止擦挂事故发生，测得的距离要求在1.5m之内，完全可以克服外界对超声波的干扰；设有人机接口，可以声光报警、数字显示距离，工作方式分为汽车低速行驶即包括倒车和城市密集交通中行使和高速行驶；本实用新型的一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统，体积小，制造成本低、使用范围广。

附图说明  图1是本实用新型结构框图

图2是本实用新型的电路图

图3是本实用新型的工作原理图

图4是本实用新型在汽车上的安装示意图

具体实施方式

一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统，包括汽车1、人机接口2、温度传感器3左前侧超声波传感器4、左后侧超声波传感器5、右前侧超声波传感器6、右后侧超声波传感器7、检测装置8，人机接口2安装在汽车1的驾驶台上，检测装置8安装在汽车1内，温度传感器3安装在汽车6上；左前侧超声波传感器4设在汽车1的左前侧，左后侧超声波传感器5设在汽车1的左后侧，右前侧超声波传感器6设在汽车1的右前侧，右后侧超声波传感器7设在汽车1的右后侧；人机接口2与检测装置8连接；

其中：检测装置8用于信号检测与分析，包括信号分析和处理装置81、检波及二值化电路82、滤波及放大电路83、多路选择电路84、发射驱动电路85、87、89、811、前置放大电路86、88、810、812；

左前侧超声波传感器4输入端与发射驱动电路85输出段连接，发射驱动电路85输入端与多路选择电路84输出端连接，左前侧超声波传感器4输出端与前置放大电路86的输入端连接，前置放大电路86的输出端与多路选择电路84输入端连接；左后侧超声波传感器5输入端与发射驱动电路87输出段连接，发射驱动电路87输入段与多路选择电路84输出端连接，左后侧超声波传感器5输出端与前置放大电路88的输入端连接，前置放大电路88的输出端与多路选择电路84输入端连接；右前侧超声波传感器6输入端与发射驱动电路89输出段连接，发射驱动电路89输入段与多路选择电路84输出端连接，右前侧超声波传感器6输出端与前置放大电路810的输入端连接，前置放大电路810的输出端与多路选择电路84输入端连接；右后侧超声波传感器7输入端与发射驱动电路811输出段连接，发射驱动电路811输入段与多路选择电路84输出端连接，右后侧超声波传感器7输出端与前置放大电路812的输入端连接，前置放大电路812的输出端与多路选择电路84输入端连接；

多路选择电路84的另一输出端与滤波及放大电路83的输入端连接，滤波及放大电路83的输出端与检波及二值化电路82输入段连接，检波及二值化电路82的输出端与信号分析和处理装置81连接。

人机接口2包括工作状态选择电路21、声报警电路22、距离显示23以及光报警24，工作状态选择电路21输出端与检测装置8的输入端连接；声报警电路22、光报警电路24以及距离显示23电路的输入端与信号分析和处理装置81的输出端连接。

工作原理  人机接口电路包括按钮S1、发光二极管D1，D2、电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，反向器7406、蜂鸣器BELL1、八位移位寄存器74HC595、电阻组RP1，RP2，RP3、数码管DS1，DS2，DS3组成。其中八位移位寄存器74HC595具有把串行数据转化为并行数据在数码管显示所测的距离数据。当按钮S1按下，发光二极管D2发光，表示汽车低速行驶，如在许多障碍物中行驶。当按钮S1没有按下，发光二极管D2不发光，表示汽车高速行驶。当所测距离小于阈值，是报警，发光二极管D2和蜂鸣器BELL1同时工作，实现声光报警。

信号分析和处理装置81包括单片机8052、晶振Y1、电容C7，C8、复位器MAX813、按钮S2.这里的处理芯片单片机可以采用8位，16位的单片机如AT89C52、SST39C54等，复位器也采用常见的复位器如MAX708等，微处理器是本发明装置的核心部分，总体控制作用，计算距离、报警控制、产生超声波脉冲、控制多路开关等。

温度补偿电路包括芯片DS1620、电容C1，C2。其中芯片可以采用DS1820、MAX1457、LM95010等，此部分的功能是检测外界的温度，把信号传给微处理器，因为超声波在不同温度下有不同的速度。速度的单位为m/s，按照下面公式进行补偿，其中θ是检测到外界的温度。

$v=331.45\sqrt{\frac{\mathrm{\θ}+273.16}{273.16}}$

多路开关电路包括芯片CD4052、电容C9、电阻R21，R22，R23。其中芯片可以采用MAX350、AD7502等多路开关芯片。

带通滤波及放大电路包括电阻R37，R38，R39，R40，R41，R42，R43，R44、电容C19，C20，C21，C22，C23，C24，C25和两个运算放大器NE5532。

检波及二值化电路包括电阻R20，R35，R36、三极管Q6、电容C17，C18、二极管D7，D8。检测回波信号和变成单一极性的信号，再二值化，即A/D，设置阈值电平，把模拟回波变成电平信号，根据阈值产生触发中断信号给微处理器。

发射驱动电路包括中频变压器T2、三极管Q1，Q4、电阻R13，R13，R17、接口J2连接超声波传感器。发射驱动电路是驱动超声波传感器。

前置放大电路包括三极管Q5、电阻R15，R16，R18，R19、电容C6、二极管D4。前置放大电路对信号进行放大到与多路开关电路相匹配的电平，送到多路开关电路。

装置的电源包括接口J5、二极管D5，D6、电容C15、电解电容C13，C14，C16、电阻R33，R34、电源变换器LM78051。其中电源转换器可以采用MAX638等相关的输入为正12V，输出能调节到5V的电源转换器。

工作流程图，见图13：

装置启动，打开电源；

输入汽车状态，驾驶员通过人机接口按钮S1，发光二极管D2发光，表示汽车低速行驶，如在许多障碍物中行驶。当按钮S1没有按下，发光二极管D2不发光，表示汽车高速行驶；

启动计数器和温度传感器，由微处理器8052设定计算器，并启动温度传感器DS1620；

切换工作路数，微处理器通过多路开关电路CD4052选择工作路数，其中设定每一路信号的发送/接收工作周期为10ms，即整个系统检测周期为40ms；脉冲发射，这是有微处理器通过软件直接产生脉冲；

驱动超声波传感器，发射驱动电路得到脉冲信号驱动超声波传感器；回波前置放大，这里采用的是收发一体式传感器，收到回波时，通过前置放大电路对对信号进行放大到与多路开关电路相匹配的电平；

滤波和信号放大，通过带通滤波及放大电路对信号进行滤波和对有效频带内的超声波信号进行选择放大；

判断回波，通过检波及二值化电路，检测回波信号和变成单一极性的信号，再二值化，即A/D，设置阈值电平，把模拟回波变成电平信号，根据阈值产生触发中断信号给微处理器；

读当前计数器和温度，微处理器8052得到中断信号，停止计数器计数，读取当前计数器中的计数值和温度，速度的单位为m/s，按照下面公式进行补偿，其中θ是检测到外界的温度。

$v=331.45\sqrt{\frac{\mathrm{\θ}+273.16}{273.16}}$

计算出回波传输所用时间ΔT及障碍物距离

$S=\frac{\mathrm{\ΔT}\·V}{2};$

微处理器8052根据汽车的工作方式，如果是低速行驶就把人机接口的显示部分和声光报警都启动；如果是高速行驶就只需要启动声光报警部分。根据设定报警阈值进行声光报警。

本发明设置低速状态为：1)不在高速公路上行驶；2)在两侧有许多障碍物的情况下行驶；需要通过人接口按钮S1按下确定，指示灯D2点亮。

高速状态为：就是在高速公路上行驶。

对于汽车的工作状态判断，本发明设置了人机接口，驾驶员可以根据实际情况通过按钮S1设定。

对于报警阈值，在低速状态设定为0.3m～0.4m；在高速状态设定为1.0m～1.1m；

通过在不同天气，不同地点的测试，本装置的测距精度误差≤2％，误报率：≤1‰，漏报率：≤1‰。所以本发明装置可以准确地提醒驾驶员，避免擦挂事故发生。

Claims (2)

1、一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统，包括汽车(1)、人机接口(2)、温度传感器(3)、左前侧超声波传感器(4)、左后侧超声波传感器(5)、右前侧超声波传感器(6)、右后侧超声波传感器(7)、检测装置(8)，其特征在于：人机接口(2)安装在汽车(1)的驾驶台上，检测装置(8)安装在汽车(1)内，温度传感器(3)安装在汽车(1)上；左前侧超声波传感器(4)设在汽车(1)的左前侧，左后侧超声波传感器(5)设在汽车(1)的左后侧，右前侧超声波传感器(6)设在汽车(1)的右前侧，右后侧超声波传感器(7)设在汽车(1)的右后侧；人机接口(2)与检测装置(8)连接；

其中：检测装置(8)用于信号检测与分析，包括信号分析和处理装置(81)、检波及二值化电路(82)、滤波及放大电路(83)、多路选择电路(84)、发射驱动电路(85)、(87)、(89)、(811)、前置放大电路(86)、(88)、(810)、(812)；

左前侧超声波传感器(4)输入端与发射驱动电路(85)输出段连接，发射驱动电路(85)输入端与多路选择电路(84)输出端连接，左前侧超声波传感器(4)输出端与前置放大电路(86)的输入端连接，前置放大电路(86)的输出端与多路选择电路(84)输入端连接；左后侧超声波传感器(5)输入端与发射驱动电路(87)输出段连接，发射驱动电路(87)输入段与多路选择电路(84)输出端连接，左后侧超声波传感器(5)输出端与前置放大电路(88)的输入端连接，前置放大电路(88)的输出端与多路选择电路(84)输入端连接；右前侧超声波传感器(6)输入端与发射驱动电路(89)输出段连接，发射驱动电路(89)输入段与多路选择电路(84)输出端连接，右前侧超声波传感器(6)输出端与前置放大电路(810)的输入端连接，前置放大电路(810)的输出端与多路选择电路(84)输入端连接；右后侧超声波传感器(7)输入端与发射驱动电路(811)输出段连接，发射驱动电路(811)输入段与多路选择电路(84)输出端连接，右后侧超声波传感器(7)输出端与前置放大电路(812)的输入端连接，前置放大电路(812)的输出端与多路选择电路(84)输入端连接；

多路选择电路(84)的另一输出端与滤波及放大电路(83)的输入端连接，滤波及放大电路(83)的输出端与检波及二值化电路(82)输入段连接，检波及二值化电路(82)的输出端与信号分析和处理装置(81)连接。

2、根据权利要求1所述的一种汽车行驶超声波防擦挂预警系统，其特征在于：人机接口(2)包括工作状态选择电路(21)、声报警电路(22)、距离显示电路(23)以及光报警电路(24)，工作状态选择电路(21)输出端与检测装置(8)的输入端连接；声报警电路(22)、光报警电路(24)以及距离显示电路(23)的输入端与信号分析和处理装置(81)的输出端连接。

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