CN1016648B - 车后障碍物测距仪 - Google Patents

车后障碍物测距仪

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卢俊
曾金
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左传庆
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Abstract

本发明提供了一种属于车(船)用较近距离的车后障碍物测距仪。由可装在车(船)尾的超声波收发射机装置和可装在车(船)驾驶室仪表盘上的信号处理及显示告警装置组成，两者通过四芯屏蔽电缆相连。超声波收发射机装置包括超声发射器和超声接收器。信号处理及显示告警装置包括触发器、计数脉冲发生器、距离计数器、数码显示器。能向驾驶员提出障碍物在车后的距离、提醒驾驶员注意安全，具有数码显示距离功能。
图1可为说明书摘要附图。

Description

本发明涉及的是一种障碍物测距仪，特别涉及的是一种属于车，船用较近距离的车后障碍物测距仪。
目前在技术上已较为成熟的测距技术大致有微波测距、激光测距、超声波测距等，而激光测距和微波测距都需要复杂而系精度的测调仪器，机械加工要求也很高。激光测距由于激光的不发散性，使得测定某条线距较为方便，但给测定某些较大范围的距离带来困难，技术成本高，民用不宜。日本三洋公司生产的超声波倒车报警器是专用汽车倒车报警用，由收发射机和报警装置组成，通过LC振荡器发射连续波，通过障碍物反射后被LC选择电路选择接收再通过接收信号的强弱来大致判断障碍物的距离，能报警2～3.5米
本发明的目的是为了提供一种能向驾驶员提供障碍物在车后的距离，提醒驾驶员注意安全、具有数码显示距离功能的车后障碍物测距仪。
本发明由安装在车（船）尾的超声波收发射装置和装在车（船）驾驶室仪表盘上的信号处理及显示告警装置组成，两者通过四芯屏蔽电缆相连（参见图1），超声波收发射机装置包括超声波发射器和左右超声波接收器，超声波发射器主要由方波振荡器、脉冲振荡器、放大器和超声发射头组成（参见图2），方波振荡器由集成块IC11、电容C11、电阻R11、R12组成，放大器包含三极管BG12、BG13、电阻R17，方波振荡器、放大器、变压器、超声发射头构成超声波发射机的主要部分，发射要求发射脉冲振荡的超声波，其脉冲振 荡器由集成块IC12、电容C12、电阻R13、R14组成，脉冲信号经由三极管BG14、电阻R19组成的放大器通过三极管BG11、电阻R5组成的射随器对方波振荡器进行调制，使发射机输出超声波脉冲，由脉冲振荡器输出的另一路信号经集成块IZ13、电容C13、C14、电阻R111组成的脉冲展宽电路将脉冲宽度展宽，再经三极管BG15、BG16、BG17、电容C15、电阻R112、R113、R114、R115、R116、R117组成的倒相放大电路分送到接收机和信号处理及显示告警装置中，发射机的信号流程是这样的：由集成块IC12等组成的脉冲振荡器中3脚输出的脉冲信号，经电阻R18到三极管BG11的b脚，放大信号由C脚输出到三极管BG11的b脚，再由e脚输出到集成块IC11的4脚，对IC11等组成的方波振荡器进行调制，被调制的方波脉冲由集成块IC1的3脚输出经电阻R16到三极管BG12的b脚后由C脚输出，送到三极管BG13的b脚，再由e脚输出到变压器B，从而推动超声波头发射脉冲超声波，脉冲振荡器中集成块IC123脚输出的脉冲从另一路输出经C13的2脚被展宽的脉冲信号由3脚输出经电容C15到三极管BG15的b脚、C脚输送到超声接收器，而另一路由3脚输出的信号经电阻R114到三极管BG17中的b脚，经C脚输出到超声发射头，由3脚输出的第三路信号经电阻R116到三极管BG16的b脚后再由e脚输送到信号处理和显示告警装置中，超声接收器包含超声波接收器M21，由三极管BG22、电阻R21、R22组成的射极跟随器，由三极管BG22、电阻R23、R24、R25、R26、电容C23组成的第一极放大电路，由集成块IC1及其外围元件电阻R28、R29、R210、R211、电容C25、C26、C29组成的第二级放大电路，由二极管BG23、BG24、电阻R212，组成的九波抑制电路，由三极管BG25、BG26，电阻R217、R218组成的射极跟随器，由二极 管BG27、电阻R219、R212、电容C214组成的检波电路，由三级管BG28、电阻R223组成的倒相放大电路，由三极管BG29、电阻R223组成（参见图3）。由障碍物反射的信号经接收器M21接收，馈入射极跟随器中三极管BG21的b极后由e极经电容C22进入第一级放大电路中三极管BG22的b脚进行放大，放大后的信号由BG22的C输出，经第二极放大电路集成块IC1中的2脚馈入进行第二次放大后经8脚输出经电容C27进入杂波抑制电路，抑制后的信号从电容C210进入射极跟随器中的三极管BG25的b极进行第三次放大，由BG25的C极输出，从而完成了对信号放大的功能，放大后的信号经容C212进入射极跟随器中三极管BG26的b极后由e极输出，经电容C213进入检波电路中的二极管BG27进行检波，检波后的信号经电阻R222进入倒相放大电路中三极管BG28的C极输出进入射随器中三极管BG29的b极后由e极输出通过四芯屏蔽电缆线馈入信号理显示告警装置中的输入端进行信号处理，信号处理及显示告警装置包括由电阻R31、R34、三极管Q31组成的放大器，由电容C31、C37、非门IZ组成的微分整形电路，通过其S端与非门IC31连接的触发器IC38分别由电阻R32、R35，三极管Q32和电阻R33、R36、三极管Q33组成的放大器，分别由电容C32、电阻R38非门IC32和容C33、电阻R39、非门IC33组成的微分整形电路，两微分整形电路的输出端分别经与或非门IC37连接触发器IC38的R端，电阻R313、R314、电容C35和集成块IC315组成计数脉冲发生器，与非门IC317的输出端接有IC325和IC326的十进距离计数器而十进距离计数器的输出端与BCD-e段译码一驱动器IC23和IC324连接，驱动器另一端接有含数码管LED的数码显示器（参见图4），发射机将脉冲输入由电阻R31、R34和三极管Q31组成的放大器中经 微分整形电路送到触发器ZC38的S端，使触发器IC38置“1”，两个接收通道送来的回波信号分别经过由电阻R32、R35、三极管Q32和电阻R33、R36三极管Q33组成的放大器以及由电容C32、电阻R38非门IC32和电容C33、电阻R39、非门IC32组成的微分整形电路，再经过与或非门IC37连接到触发器IC38的R端，使IC38置“0”，在IC38的Q端得到距离波门，电阻R313、R314、电容C35和集成块IC315组成的计数脉冲发生器产生时钟脉冲，距离波门和计时脉冲经与或非门IC317得到与距离相对应的计数脉冲，经十进距离计数器IC325、IC326输出再经译码驱动器IC323、IC324后得到LED数码管的驱动信号，使LED数码管上显示出相应的距离数字。
在上述的信号处理和告警装置中设有能产生距离限制波门的单稳态电路，由电阻R315、R316、电容C36、C37和集成块IC318组成（参见图4），单稳态电路其输入端与触发器IC38的Q端连接，输出端与或非门IC317的一个输入端连接，改变电阻R316、电容C37的参数便能改变限制波门的宽度。
在上述的信号处理与显示告警装置中设有能产生采样定时波门的单稳态电路，该单稳态电路由电阻R317、R318、电容C38、C39和集成块IC319组成（参见图4），该单稳态电路的输入端与上述的能产生距离限制波门的单稳态电路连接，输出端与译码驱动器IC323、IC324的BI端速接，该单稳态电路产生采样定时波门，由距离限制波门的后沿触发，使LED数码管显示的距离能将一定的时间便于阅读。
在上述信号处理与显示告警装置中有能得到清零脉冲的单稳态电路，由电阻R319、电容C310和非门IC320组成（参见图4），其输入 端与上述的能产生采样定时波门的单稳态电路连接而出端与计数器IC325、IC326、的清零及端连接，该单稳态电路取采样定时波门的后沿能得到清零脉冲。
在上述的信号处理及显示告警装置中设有与左右超声接收机速接的左右障碍判别器，左右障碍判别器分别由与门IC39、非门IC310，倒相能发集成块IC311、限流电阻R310、发光二极管和与门IC313非门IC314、倒相触发集成块IC312、限流电阻R11、发光二极管D32组成（参见图4），在左右判别器中设有由电容C34、电阻R312和非门C36组成的微分整形电路，该电路取距离波门的前沿，接收到的两个冋波若同时到达，则两个回波都能分别通过与门IC39、IC313、分别经倒相触发集成块IC311、和IC312的S端使此两触发器都置“1”，Q端为高电平，使发光二极管D31、D32发光即指示左右的灯同时亮，表明目标在中间，若两个回波的时间差较大，则先到达的加波使冋波使相应的触发器（IC311或IC312）置“1”，D31或D32亮，后到达的冋波将不能通过与门IC39或IC313从而不能使相应的发光管亮，故具有能判别障碍物偏左或偏右的功能。
在上述的信号处理及显示告警装置中设有近距离告警器，包括由电容C311、电阻R320，非门IC321组成的微分整形电路，由集成块IC322和三极管Q34，蜂鸣器F1组成的音响报警装置，集成块IC322首先使距离波门的前沿置“0”，使三极管Q34导通，蜂鸣器F31发声，若距离超过2米，即十进距离计数器计到20以上，脉冲将使集块IC322、将置“1”，Q为高电平，Q34截止，F31不发声，若距离小于2米，第20个计数脉冲将不能到达集成块IC322，此时ZC322不能被置“1”，因此F31将一直发声报警。
在信号处理及显示告警装置中，设有由电阻R319、电容C310、 非门IC320的微分整形电路组成，取采样定时波门的后沿，得到清零脉冲。
本发明具有以下优点：
①、能测距距离0.1～4米内高于地面0.5米的任何障碍物体;
②、测距精度±0.1M（中间部分）;
③、进入车库能准确判别距墙的位置;
④、有多个障碍物体时，显示出最近一个物体距离数字;
⑤、能判别障碍物偏左或偏右位置;
⑥、当进入障碍物距＜2米时，同时伴有嘟嘟……声告警提醒驾驶人员注意安全。
下面结合附图详细说明本发明的实施例：
图1：本发明电路框图
图2：超声发射器电路原理图
图3：超声接收器电路原理图
图4：信号处理及显示告警装置电路原理图
图5：日本三洋公司生产的汽车超声波倒车报警器电路原理图
图1给出了本发明电路框图，本发明由可安装在车（船）尾部的超声波收发射机装置1、可安装在车（船）驾驶室仪表盘上的信号处理及告警装置2组成，两装置通过四芯屏蔽电缆线连接。
超声波收发射机装置1包括超声发射器3，左超声接收器4，右超声接收器5。
信号处理及显示告警装置2包括触发器26（IC38），计数脉冲发生器31，距离计数器32，数码显示器34，告警判别装置40。
图2给出了超声发射器3的电原理图。超声发射器3包括方波振荡 器6、放大器7、变压器8、发射头9、脉冲振荡器10、放大器11、射随器12、脉宽展宽电路13、倒相放大电路14。
方波振荡器6由集成块IC11（采用NE555）及其处围电子元件电容C11、电阻R11、R12组成。放大器7由三极管BG12、BG13、（采用8050）、电阻R17组成。
脉冲振荡器10由集成块IC12（采用NE555）、电容C12、电阻R12、R13、R14组成。
放大器11由三极管BG14、（采用8550）、电阻R19组成。
射随器12由三极管BG11、电阻R15组成。
脉宽展宽电路13由集成块IC13、电容C13、C14、电阻R111组成。
倒相放大电路14由三极管BG15、BG16、BG17（采用8050、电容C15、电阻R112、R113、R114、R115、R116、R117组成。
图3给出了左右超声接收器4、5的电原理图。
左右超声接收器4、5包括超声波接收器15（M21）、射极跟随器材16、第一级放大电路17、第二级放大电路18、杂波抑制电路19、第三级放大电路20，射极跟随20，检波电路21、倒相放大电路22、射极跟随器23。
射极跟随器材6由三极管BG21（采用8050）、电阻R21、R22组成。
第一级放大电路17由三极管BG22、（采用8050）、电阻R23、R24、R25、R26、电容C23组成。
第二级放大电路18由集成块IC1及其外围电子元件电阻R28、R29、R210、R211、电容C25、C26、C29组成。
杂波抑制电路19由二极管BG23、BG24、（采用IAP10）电阻R212组成。
射极跟随器20由三极管BG25、BG26、（采用8050）、电阻R217、R218组成。
检波电路21由二极管BG27（采用IAP10）、电阻R219、R212、电容C214组成。
倒相放大电路22由三极管BG28（采用8050）、电阻R222组成。
射极跟随器23由三极管BG29（采用8050）、电阻R223组成。
来自发射机的零距离消隐脉冲信号经由图3中所示A端馈入放大器，以消除零距离信号。
电源由图3中所示B端输入，7806为三端稳压器，电容C21、C28、C215、C216、C217、C27、R230为电源滤波电路。
图4给出了信号处理及显示告警装置2的电原理图。信号处理和显示告警装置2包括放大器24，微分整形电路25、触发器26（IC38），放大器27、28，微分整形电路29、30、计数脉冲发生器31、十进距离计数器32、BCD-e段-译码驱动器33、数码显示器34。
放大器24由电阻R31、R34、三极管Q31组成。
微分整形电路25由电容C31、C37、非门IC31组成。
触发器26采用IC38，其S端与非门IC31连接。
放大器27由电阻R32、R35、三极管Q32组成。
放大器28由电阻R33、R36、三极管Q33组成。
微分整形电路29由非IC32、电容C32、电阻R38组成。
微分整形电路30由非IC33、电容C33、电阻R38组成。
微分整形电路29、30的输出端分别经与或非门IC37连接到触发器26（IC38）的R端。
计数脉冲发生器31由电阻R313、R314、电容C25和集成块IC315组成。
与或非门IC317的输出端与接有IC325和IC326的十进计数器32连接，而十进距离计数器32的输出端与BCD-e段译码驱动器33（IC323、IC324）连接，驱动器33的另一端接有含数码管LED的数码显示器34。
在信号处理及显示告警装置2中设有能产生距离限制波门的单稳态电路35。由电阻R315、R316、电容C36、C37和集成块IC318组成。其输入端与触发器26（IC38）的Q端连接，输出端与或非门IC317的一个输入端连接，改变电阻R316、电容C37的参数便能改变限制波门的宽度。
在信号处理及显示告警装置2中设有能产生采样定时波门的单稳态电路36。由电阻R317、R318、电容C38、C39和集成块IC319组成。其输入端与单稳态电路35连接。输出端与译码驱动器33的BI端连接。
在信号处理及显示告警装置2中设有与左右超声接收器3、4连接的左右障碍判别器37、38。分别由与门IC39、非门IC310、倒相触发集成块IC311、限流电阻R310、发光二极管D31或门IC313、非门IC314、倒相触发集成块IC312、限流电阻R311、发光二极管D32组成。在左右判别器中还设有微分整形电路39，由电容C34、电阻R312和非门IC36组成。
在信号处理及显示告警装置2中还设有近距离告警器40。由微分整形电路41和音响报警装置42组成。微分整形电路41由电容C311、电阻R320、非门IC321组成。音响报警装置42由集成块IC322和三极管Q34、蜂鸣器F31组成。
在信号处理及显示告警装置2中设有微分整形电路43，由电阻R319、电容C310、非门IC320组成，取采样定时波门的后沿，得到清 零脉冲。
上述的非门IC31～IC36、IC316、IC321采用六施密特触发器CD4013。
与或非门IC37、IC317采用三3与非门CD4023。
触发器IC38、IC313、IC312、IC322采用双D触发器CD4013。
IC39、IC310、IC313、IC314采用四2与非门CD4011。
IC323、IC324、采用BCD-译码-驱动器CD4511。
IC325、IC326采用十进计数器CD4518。

Claims (9)

1、车后障碍物测距仪，由安装在车后尾部的超声波收发射机装置(1)，可安装在车驾驶室仪表盘上的信号处理及显示告警装置(2)组成，超声波收发射机装置(1)通过四芯屏蔽电缆线与信号处理及显示告警装置(2)连接，其特征在于：
(1)，超声波收发射机装置(1)包括超声发射器(3)、左右超声接收器(4、5)；
(1)/、超声发射器(3)由被脉冲调制器(10、11)调制的方波振荡器(6)、放大器(7)、超声发射头(9)组成，脉冲调制器(10、11)输出的另一路信号经脉冲展宽及倒相放大送入信号处理及显示告警装置(2)中；
(2)/、左、右超声接收器(4、5)分别包含超声接收器(15)、射极跟随器(16)、放大电路(17、18)，检波抑制电路(19)、射极跟随器(20)、检波电路(21)、倒相放大电路(22)、射极跟随器(23)，超声接收器(15)接收的信号分别送入射极跟随器(16)和放大电路(17、18)，经杂波抑制电路(19)和射极跟随器(20)和检波电路(21)检波倒相后再经倒相放大电路(22)和射极跟随器(23)放大进入信号处理及显示告警装置(2)中。
(2)，信号处理及显示告警装置(2)包括放大器(24)、微分整形电路(25)、触发器(26)、放大器(27、28)、微分整形倒相电路(29、30)、计数脉冲发生器(31)、十进距计数器(32)、BCD-e段一译码驱动器(33)、数码显示器(34)，超声发射器(3)将同步脉冲输入放大器(24)、经微分整形电路(25)送到触发器(26)，两个接收途径送来的回波信号分别经过放大器(27、28)和微分整形倒相电路(29、30)送到触发器(26)，触发器(26)产生距离波门，计数脉冲发生器(31)产生时钟脉冲经十进距计数器(32)及BCD-e段一译码驱动器(33)后在数码显示器(34)中显示出来，
(3)，必要时在信号处理及显示告警装置(2)中可设置近距离告警器(40)，由微分整形电路(41)和音响报警装置(42)组成。
2、如权利要求1或2所述的车后障碍物测距仪，其特征在于所述的信号处理及告警装置（2）中设有能产生距离限制波门的单稳态电路（35）。
3、如权利要求1或2所述的车后障碍物测距仪，其特征在于所述的信号处理及显示告警装置（2）中设有能产生采样定时波门的单稳态电路（36），其输入端与单稳态电路（35）连接，输出端与译码驱动器（33）连接。
4、如权利要求1或2所述的车后障碍物测距仪，其特征在于所述的信号处理及显示告警装置（2）中设有分别与左右超声接收器（3、4）连接的左右障碍判别器（37、38）。
5、如权利要求3所述的车后障碍物测距仪，其特征于所述的信号处理及显示告警装置（2）中设有分别与左右超声接收器（3、4）连接的左右障碍判别器（37、38）。
6、如权利要求1或2所述的车后障碍物测距仪，其特征在于所述的信号处理及显示告警装置（2）中设有能得到清零脉冲信号的微分整形电路（43）。
7、如权利要求3所述的车后障碍物测距仪，其特征在于所述的信号处理及显示告警装置（2）中设有能得到清零脉冲信号的微分整形电路（43）。
8、如权利要求4所述的车后障碍物测距仪，其特征在于所述的信号处理及显示告警装置（2）中设有能得到清零脉冲信号的微分整形电路（43）。
9、如权利要求5所述的车后障碍物测距仪，其特征在于所述的信号处理及显示告警装置（2）中设有能得到清零脉冲信号的微分整形电路（43）。
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