CN101078767A - 泊车辅助系统中的三态数字传输方法 - Google Patents

Abstract

泊车辅助系统中的三态数字传输方法，涉及一种泊车辅助装置。提供一种泊车辅助系统中的三态数字传输方法。当系统处于障碍物探测激活状态时发射控制电路输出超声波发送控制信号，经控制态发送电路转换成传输线上的控制态信号，经传输线传至传感器，由控制态提取电路提取发射超声波信号，经发射驱动电路产生传感器驱动信号；驱动信号驱动传感器发射超声波信号。当传感器收到超声波信号时超声波信号经接收放大电路放大送接收态发送电路；接收态发送电路将接收到的超声波信号转换成传输线上的接收态信号并由传输线传至主机，由接收态提取电路提取接收到的超声波信号；提取的超声波信号送回波处理电路，用于判断障碍物是否存在和计算障碍物的位置。

Description

泊车辅助系统中的三态数字传输方法

技术领域

本发明涉及一种泊车辅助装置，尤其是涉及一种采用超声波的泊车辅助系统中的三态数字传输方法。

背景技术

汽车用超声波泊车辅助系统是通过由主机控制具有收发双功能的超声波传感器发射超声波信号，并接收被汽车后面或前面的障碍物反射回来的同频超声波信号。主机通过判断超声波被发送和接收的时间差来判断汽车周围的障碍物距离，主机通过声音报警或者距离显示等方式来提醒驾驶人员，起到辅助安全驾驶的目的。

泊车辅助系统的主要部件是控制主机和超声波传感器。与一般的传感器不同，泊车辅助系统中的超声波传感器与控制主机的信号传输是双向的，也就是控制主机要通过传输线控制超声波传感器发射超声波；发射超声波后传感器要通过传输线返回接收到的超声波信号。

有关汽车倒车或泊车的报警、距离显示等装置已有不少报道。公开号为CN1598614的发明专利申请中提供一种车辆倒车告警系统，该系统使用安装在CPU内部能够根据输入程序常数值产生各种基准电压值的内置式可编程基准电压模块，完全检测出需要告警的障碍物并准确检测出无须告警的障碍物。公开号为CN1818714的发明专利申请中提供一种汽车倒车雷达，包括控制主机、一或多个探头，主机包括电源稳压电路，主机中，中心处理器连接超声发射电路和超声接收电路，每路超声发射电路包括发射信号转换器、发射信号放大器、与传输线的A端相连接的发射叠加器，超声接收电路包括电子开关和回波处理电路。倒车雷达还包括传感器组件，其包括发射分离器和发射信号升压器，传输线的B端连接发射分离器，而探头连接发射信号升压器，还包括回波叠加器和回波选频预放大器，超声接收电路包括连接在传输线A端和电子开关之间的回波分离电路。公告号为CN2202678的实用新型专利提供一种主动式汽车倒车的雷达装置，由电源电路、前置放大电路、滤波及谐振放大电路、射极跟随及限幅器电路、锁相环电路、中央控制部分及辅助、报警电路、超声波发生及功率驱动电路、模拟开关电路、升压电路和自增益控制电路组成，采用中央CPU控制，用1个超声波传感器完成超声波信号的反射和反射波检测，通过计算反射波到达时间来确定障碍物距离。

在现有的汽车用超声波泊车辅助系统中，为了不造成双向数据的冲突，一般采用以下方法来实现双向传输。1.采用两根传输线，一根作为主机向传感器发送控制信号，另一根作为传感器向主机传输接收到的超声波信号。2.模拟与数字信号混合传输，主机向传感器的控制命令采用大幅度的数字信号，传感器向主机传输接收到的超声波信号采用很小幅度的模拟信号。信号幅度随接收到超声波强度变弱会变得很小，尤其是在障碍物离传感器比较远的情况下，接收到的超声波信号很微弱，这时传输线上的电压幅度也很小。3.主机和传感器中都采用单片机，由软件控制发送和接收的时序来避免双向数据传输冲突。

在上述方案中：方案1：增加了一根传输线，增加了成本和整车布线的复杂度(泊车辅助系统都由多个传感器组成，一般有4个)。方案2：传感器回传的超声波电信号在障碍物很远时幅度很小，且要在比较长的传输线上传输，很容易受干扰。方案3：由于在传感器中增加了单片机，而传感器的个数又比较多，因此成本明显增加。

发明内容

本发明的目的在于针对以上方法所存在的缺陷，提供一种泊车辅助系统中的三态数字传输方法。

本发明的技术方案是采用一根传输线来完成双向传输，为了避免传输冲突，引入三态数字信号传输的方法。

本发明所述的泊车辅助系统中的三态数字传输方法的具体步骤为：

1)当泊车辅助系统处于障碍物探测激活状态时，发射控制电路输出超声波发送控制信号；

2)超声波发送控制信号经过控制态发送电路转换成传输线上的控制态信号；

3)控制态信号经过传输线传输到传感器内，由控制态提取电路提取发射超声波信号；

4)发射超声波信号经过发射驱动电路处理后产生压电陶瓷传感器驱动信号；

5)压电陶瓷传感器发射超声波驱动信号驱动压电陶瓷传感器发射超声波信号；

6)当压电陶瓷传感器接收到超声波信号时，超声波信号经过接收放大电路放大后送接收态发送电路；

7)接收态发送电路将接收到的超声波信号转换成传输线上的接收态信号；

8)接收态信号由传输线传输到主机，由接收态提取电路提取接收到的超声波信号；

9)提取的超声波信号送回波处理电路，用于判断障碍物是否存在和计算障碍物的位置。

本发明是将传输线上的电位区分成3个不同的区域分别表示以下3个不同的状态：

1)当传输线上的电位大于高电位门限时称为高电位状态；

2)当传输线上的电位介于高电位门限到低电位门限之间时称为中间电位状态；

3)当传输线上的电位低于低电位门限时称为低电位状态。

3个不同状态中一个表示传输线上没有信号传输，为空闲态；一个表示传输线的信号方向是主机向传感器发出控制命令，为控制态；一个表示传输线的信号方向是传感器向主机传输接收到的超声波信号，为接收态。不同的电位状态对应不同的传输状态可以根据不同的电路形式来随意组合。例如空闲态为高电位状态，控制态为低电位状态，接收态为中间电位状态。也可以空闲态为低电位状态，控制态为高电位状态，接收态为中间电位状态。等等。

当系统处于障碍物探测激活状态时，发射控制电路输出超声波发送控制信号，该信号经过控制态发送电路转换成传输线上的控制态信号，该信号经过传输线传输到传感器内，控制态提取电路提取发射超声波的信号，该信号经过发射驱动电路处理后产生压电陶瓷传感器发射超声波驱动信号，驱动压电陶瓷传感器发射超声波信号。

当压电陶瓷传感器接收到超声波信号时，该信号经过接收放大电路放大后送接收态发送电路。该电路将接收到的超声波信号转换成传输线上的接收态信号。接收态信号由传输线传输到主机，接收态提取电路提取接收到的超声波信号，提取的超声波信号送回波处理电路，用于判断障碍物的是否存在和计算障碍物的位置。

本发明所述的泊车辅助系统的电路结构是控制态提取电路只提取控制态信号，确保接收态信号不会触发发射驱动电路驱动压电陶瓷传感器发射超声波，导致系统无法正常工作。

当传输线上的空闲态为高电位状态时，空闲态还可以作为超声波传感器的馈电用。系统利用在空闲态来传输传感器所需要的电能。并通过储能器件来储存能量，以在其他电位状态时可以给传感器提供电能。储能器件通常由比较大的电容来实现。这样传感器的电源线和数据传输线就可以共用一根导线，进一步简化整车布线，节约成本。

由此可见，与现有的泊车辅助系统中的信号传输方法相比，本发明具有以下突出优点：

1.回波信号电压幅度基本恒定(例如1V)，不随障碍物的远近发生变化。

2.系统中主机和传感器的信号传输采用三态数字传输，系统抗干扰性强。

3.传输线只采用一根线，整车布线简单，节约成本。

附图说明

图1为本发明三态电压波形示意图。

图2为本发明实施例的电路组成框图。

图3为本发明实施例的带传感器电源馈电电路组成框图。

图4为图3的实际电压波形图。

图5为本发明实施例的电路组成原理图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明将传输线上的电位区分成3个不同的区域分别表示三个不同的状态。当传输线上的电位大于高电位门限V1时，称为高电位状态A；当传输线上的电位介于高电位门限V1至低电位门限V2之间时，称为中间电位状态B；当传输线上的电位低于低电位门限V2时，称为低电位状态C。三个不同状态中一个表示传输线上没有信号传输，为空闲态，一个表示传输线的信号方向是主机向传感器发出控制命令，为控制态；一个表示传输线的信号方向是传感器向主机传输接收到的超声波信号，为接收态。在图1中，地电位为D。

不同的电位状态对应不同的传输状态可以根据不同的电路形式来随意组合。例如空闲态为高电位状态；控制态为低电位状态，接收态为中间电位状态。也可以空闲态为低电位状态，控制态为高电位状态，接收态为中间电位状态。等等。

具体实现电路连接图如图2所示，当系统处于障碍物探测激活状态，发射控制电路111输出超声波发送控制信号，该信号经过控制态发送电路112转换成传输线上的控制态信号，该信号经过传输线103传输到传感器102内，控制态提取电路121提取发射超声波的信号，该信号经过发射驱动电路122处理后产生压电陶瓷传感器发射超声波驱动信号，驱动压电陶瓷传感器发射超声波信号。

当压电陶瓷传感器123接收到超声波信号，该信号经过接收放大电路124放大后送接收态发送电路125。接收态发送电路125将接收到的超声波信号转换成传输线上的接收态信号。接收态信号由传输线103传输到主机101，接收态提取电路114提取接收到的超声波信号，提取的超声波信号送回波处理电路113，用于判断障碍物的是否存在和计算障碍物的位置。

该电路结构的是控制态提取电路只提取控制态信号，确保接收态信号不会触发发射驱动电路驱动压电陶瓷传感器发射超声波，导致系统无法正常工作。

当传输线上的空闲态为高电位状态时，空闲态还可以作为超声波传感器的馈电用。系统利用在空闲态来传输传感器所需要的电能。并通过储能器件来储存能量，以在其他电位状态时可以给传感器提供电能。储能器件通常由比较大的电容来实现。这样传感器的电源线和数据传输线就可以共用一根导线，进一步简化整车布线，节约成本。

图3给出本发明应用实施例的带传感器电源馈电电路组成框图，该应用实施例采用空闲态为高电位状态，控制态为低电位状态，接收态为中间电位状态的形式。这样电源线和数据传输线可以共用一根传输线(参见图1)。

该系统由主机电路201、传感器电路202和信号传输线203组成(参见图3)。

主机201由发射控制电路211、控制态发送电路212、回波处理电路213、接收态提取电路214和馈电电路215组成。发射控制电路211的输出端与控制态发送电路212的输入端连接，控制态发送电路212的输出端连接在传输线203上。接收态提取电路214的输入端与传输线203连接，接收态提取电路214的输出端与回波处理电路213的输入端连接。馈电电路215的输出端与传输线203连接。

传感器202由控制态提取电路221、发射驱动电路222、压电陶瓷传感器223、接收放大电路224、接收态发送电路225和电源电路226组成。控制态提取电路221的输入端与传输线203连接，控制态提取电路221的输出端与发射驱动电路222的输入端连接。发射驱动电路222的输出端与压电陶瓷传感器223连接。电源电路226的输入端与传输线203连接。

当系统处于障碍物探测激活状态时，发射控制电路211输出超声波发送控制信号；超声波发送控制信号经过控制态发送电路212转换成传输线上的控制态信号；控制态信号经过传输线203传输到传感器内，控制态提取电路221提取发射超声波的信号；该信号经过发射驱动电路222处理后产生压电陶瓷传感器223发射超声波驱动信号；驱动压电陶瓷传感器223发射超声波驱动信号；当压电陶瓷传感器223接收到超声波驱动信号，超声波驱动信号经过接收放大电路224放大后送接收态发送电路225；该电路将接收到的超声波信号转换成传输线上的接收态信号；接收态信号由传输线203传输到主机，接收态提取电路214提取接收到的超声波信号；提取的超声波信号送回波处理电路213，用于判断障碍物的是否存在和计算障碍物的位置。传输线203在空闲状态时是高电位态。馈电电路215通过传输线给传感器提供电源，同时电源电路226储存电能供其他态时给传感器持续提供电源。

图5给出本发明应用实例的电路组成原理图，在图5中只画出一个传感器通道，其他通道类似。

参见图3和5，在控制主机电路中电阻R4作为馈电电路215。发射控制电路211由单片机CPU组成。电阻R2与R3和三极管Q1组成控制态发送电路212。接收态提取电路214由比较器U1A及其外围元器件组成。电阻R7与R8和电容C1组成分压电路，产生接收态提取电路214的参考电压值。回波处理电路213由电阻R1和电容C11及单片机CPU组成。

传感器内二极管D1和电容C4与C5构成传感器电源电路226。控制态提取电路221采用稳压二极管ZD1来实现，三极管Q3，中周变压器T1，电阻R12、R16、R19以及电容C10构成发射驱动电路222。放大器U2A和反馈电阻R17及外围电路构成接收放大电路224。放大器U2B、电阻R11，R13，电容C6，三极管Q2和电阻R9构成接收态发送电路225。接收态在传输线上的电压由主机内的馈电电阻R4和传感器内的电阻R9分压得到。

当需要发射超声波时，单片机CPU输出固定频率的方波信号驱动三极管。当单片机CPU输出高电平时，三极管Q1导通，传输线上处于低电平，为控制态；当单片机CPU输出低电平时，三极管Q1截止，传输线上处于高电平，为空闲态，传输线上得到如图4所示的波形311，此波形为发射控制信号。当传输线上为低电平时(控制态)通过ZD1和R16驱动三极管Q3导通，VCC向C10充电；当传输线上为高电平时(空闲态)三极管Q3截止，电容C10通过电阻R19放电。C10的充放电电流通过中周变压器的初级线圈，该信号经过变压器升压后驱动超声波传感器发射超声波。

当接收到反射回来的超声波时，超声波传感器产生微弱的电信号，该电信号经过接收放大电路224后形成一定电压幅度的信号。当回波电压低于门限电压时，放大器U2B输出高电位，通过电阻R10驱动三极管Q2导通，+12V电源电压经过R4、R9和Q2到地。传输线上的电压为R4和R9分压得到的中间电压，为接收态。当回波电压高于门限电压时，放大器U2B输出低电位，三极管Q2截止，传输线上是高电压为空闲态。传输线上得到如图4中的波形314，此波形为接收到超声波回波信号在传输线上的波形。该信号波形经过接收态提取电路214取出回波信号，送回波处理电路。单片机通过判断发射超声波和接收到反射回来超声波的时间差来计算障碍物离传感器的距离。

图4给出图3所示的实施例的一个工作过程中传输线上的电压波形。当传输线上的电压高于电压321时，为高电位状态，作为传输的空闲态；当传输线上的电压在321和322之间时，为中间电位状态，作为传输的接收态；当传输线上的电压低于322时，为低电位状态，作为传输的控制态。波形312和313为空闲态，在此状态下主机通过传输线给传感器馈电。波形311为控制态信号，在此状态下主机控制传感器发送超声波信号。波形314为接收态信号，表示传感器接收到超声波信号。波形314也为接收态，它是由于传感器在发送超声波后不能立即停止振荡，存在一定的余振，该余振被传感器电路认为是接收到超声波。

由上可知，传输线上的控制态信号对应于电位区3个不同区域分别所表示的3个不同的状态，当传输线上的电位大于高电位门限时称为高电位状态；当传输线上的电位介于高电位门限到低电位门限之间时称为中间电位状态；当传输线上的电位低于低电位门限时称为低电位状态；3个不同状态中一个表示传输线上没有信号传输，为空闲态；一个表示传输线的信号方向是主机向传感器发出控制命令，为控制态；一个表示传输线的信号方向是传感器向主机传输接收到的超声波信号，为接收态。

当传输线上的空闲态为高电位状态时，空闲态作为超声波传感器的馈电用，系统利用在空闲态来传输传感器所需要的电能，通过储能器件储存能量，并以在其他电位状态时给传感器提供电能，数据传输线与电源线共用一根导线。

图5中的主要元器件的参考型号与参考数值参见表1。

                           表1

编号	参考型号或参考参数	编号	参考型号或参考参数
				R1	电阻10K	R20	电阻1K
R2	电阻4.7K	C1	电容10nF
				R3	电阻4.7K	C2	电容10nF
R4	电阻470	C3	电容10nF
				R5	电阻10K	C4	电容470uF
R6	电阻10K	C5	电容100nF
				R7	电阻15K	C6	电容10nF
R8	电阻10K	C7	电容10nF
				R9	电阻470	C8	电容10nF
R10	电阻4.7K	C9	电容1nF
				R11	电阻20K	C10	电容150nF
R12	电阻4.7K	C11	电容10nF
				R13	电阻22K	Q1	三极管2SC1623
R14	电阻20K	Q2	三极管2SC1623
				R15	电阻20K	Q3	三极管2SA1162
R16	电阻1K	U1	比较器LM2903
				R17	电阻1M	U2	放大器OP292
R18	电阻1K	ZD1	7V稳压管
				R19	电阻100	T1	1∶40升压变压器

Claims (3)

1.泊车辅助系统中的三态数字传输方法，其特征在于其具体步骤为：

1)当泊车辅助系统处于障碍物探测激活状态时，发射控制电路输出超声波发送控制信号；

2)超声波发送控制信号经过控制态发送电路转换成传输线上的控制态信号；

3)控制态信号经过传输线传输到传感器内，由控制态提取电路提取发射超声波信号；

4)发射超声波信号经过发射驱动电路处理后产生压电陶瓷传感器驱动信号；

5)压电陶瓷传感器驱动信号驱动压电陶瓷传感器发射超声波信号；

6)当压电陶瓷传感器接收到超声波信号时，超声波信号经过接收放大电路放大后送接收态发送电路；

7)接收态发送电路将接收到的超声波信号转换成传输线上的接收态信号；

8)接收态信号由传输线传输到主机，由接收态提取电路提取接收到的超声波信号；

9)提取的超声波信号送回波处理电路，用于判断障碍物是否存在和计算障碍物的位置。

2.如权利要求1所述的泊车辅助系统中的三态数字传输方法，其特征在于传输线上的控制态信号对应于电位区3个不同区域分别所表示的3个不同的状态，当传输线上的电位大于高电位门限时称为高电位状态；当传输线上的电位介于高电位门限到低电位门限之间时称为中间电位状态；当传输线上的电位低于低电位门限时称为低电位状态；3个不同状态中一个表示传输线上没有信号传输，为空闲态；一个表示传输线的信号方向是主机向传感器发出控制命令，为控制态；一个表示传输线的信号方向是传感器向主机传输接收到的超声波信号，为接收态。

3.如权利要求2所述的泊车辅助系统中的三态数字传输方法，其特征在于当传输线上的空闲态为高电位状态时，空闲态作为超声波传感器的馈电用，系统利用在空闲态来传输传感器所需要的电能，通过储能器件储存能量，并以在其他电位状态时给传感器提供电能，数据传输线与电源线共用一根导线。

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