CN102590803B - 一种倒车雷达超声波回波信号处理电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种倒车雷达超声波回波信号处理电路、方法及倒车雷达装置，其中信号处理电路包括：电压比较器，所述电压比较器的反向输入端与回波信号输入端相连；该所述信号处理电路还包括：计时器模块，用于记录超声波传播时间；以及参考电压产生模块，与所述计时器模块相连，用于根据所述超声波传播时间，产生对应的参考电压输出给所述电压比较器的正向输入端。本发明在超声波回波的比较处理环节进行了改进，由传统的固定式比较改为动态可调式比较，当障碍物距离比较近，回波信号幅度比较大，相应的参考电压也会比较大；当障碍物距离比较远，回波信号幅度比较小，相应的参考电压也会比较小；本发明电路简单，成本低，灵活性高，产品性能更稳定。

Description

一种倒车雷达超声波回波信号处理电路及方法

技术领域

本发明涉及倒车雷达装置技术，更具体地说，涉及一种倒车雷达超声波回波信号处理电路、方法和倒车雷达装置。

背景技术

超声波信号在空气中传播随着时间而衰减，当障碍物距离探头较近时，发射回来的回波信号强度大；当障碍物距离探头较远时，发射回来的回波信号是非常微弱。传统的倒车雷达装置采用的倒车雷达超声波回波信号处理电路如图1和图2所示。超声波回波信号经过放大滤波电路90后接入电压比较电路。如图1中电压比较电路采用电压比较器10，因此放大滤波的回波信号接入电压比较器10的反向输入端，分压电阻R1和分压电阻R2串联对高电平VCC进行分压后产生参考电压Vref输出给电压比较器10的正向输入端，电压比较器10的输出端输出电压比较结果。图2中电压比较电路采用三极管Q1，放大滤波的回波信号接入三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R3接高电平VCC，三极管Q1的发射极接地，Q1的集电极作为电压比较电路的输出端输出电压比较结果。因此当图1放大滤波的回波信号高于参考电压Vref的值，或者当图2中放大滤波的回波信号高于三极管Q1的导通电压(相当于参考电压)时，电压比较电路的输出端输出低电平，其代表回波信号较大，障碍物距离超过最小安全距离，后续主控芯片根据该电压比较结果产生倒车报警信号。图1和图2中放大滤波电路90可以进一步包括信号放大电路91、二阶带通滤波电路92和信号检波电路93。

从上述现有电路的实例可以看到，目前倒车雷达装置的电压比较电路的参考电压Vref只设定为一个固定的值。而参考电压Vref不能设置为太小也不能太小，如果太大则当信号微弱的时候，电压比较电路不能有效地跳变，后侧主控芯片检测不到电压比较电路的电压比较结果发生改变；如果参考电压Vref设置为太小就更容易引起误报，因此亟待提高一种对回波信号大小进行准确检测的倒车雷达超声波回波信号的处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有倒车雷达装置容易出现误报的缺陷，提高一种抗误报的倒车雷达超声波回波信号处理电路、方法和倒车雷达装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种倒车雷达超声波回波信号处理电路，包括：电压比较器，所述电压比较器的反向输入端与回波信号输入端相连；所述信号处理电路还包括：

计时器模块，用于记录超声波传播时间；

参考电压产生模块，与所述计时器模块相连，用于根据所述超声波传播时间，产生对应的参考电压输出给所述电压比较器的正向输入端。

在根据本发明所述的倒车雷达超声波回波信号处理电路中，所述参考电压产生模块进一步包括：

微控制芯片，具有至少两个电压输出端口，所述微控制芯片用于判断所述超声波传播时间对应的障碍物距离的区间，并根据该区间使能对应的电压输出端口；

线性分压比不同的至少两组分压电阻，其中每组分压电阻的一端与所述微控制芯片的一个电压输出端口连接，另一端接地，且所述每组分压电阻的分压输出节点连接至参考电压产生模块的输出端，将产生的参考电压输出给所述电压比较器的正向输入端。

在根据本发明所述的倒车雷达超声波回波信号处理电路中，所述微控制芯片具有4个电压输出端口；所述至少两组分压电阻包括：第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13、第四分压电阻R14和共用接地分压电阻R；所述第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的第一端分别与微控制芯片的4个电压输出端口连接，第二端连接在一起并通过共用接地分压电阻R接地，所述第二端与所述电压比较器的正向输入端连接。

在根据本发明所述的倒车雷达超声波回波信号处理电路中，所述第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的第二端通过电容C接地。

在根据本发明所述的倒车雷达超声波回波信号处理电路中，所述信号处理电路还包括：依次连接在所述回波信号输入端与所述电压比较器的正向输入端之间的信号放大电路、二阶带通滤波电路和信号检波电路。

本发明还提供了一种倒车雷达超声波回波信号处理方法，包括以下步骤：

A1、记录超声波传播时间；

A2、根据所述超声波传播时间，产生对应的参考电压输出给电压比较器的正向输入端，所述电压比较器的反向输入端与回波信号输入端相连接收超声波回波信号；

A3、所述电压比较器的输出端产生电压比较结果，并根据所述电压比较结果产生倒车报警信号。

在根据本发明所述的倒车雷达超声波回波信号处理方法中，所述步骤A2进一步包括：

A21、微控制芯片判断所述超声波传播时间对应的障碍物距离的区间，并根据该区间使能微控制芯片对应的电压输出端口；

A22、微控制芯片对应的电压输出端口通过分压电阻产生对应的参考电压输出给所述电压比较器的正向输入端。

本发明还提供了另一种倒车雷达超声波回波信号处理电路，包括：放大滤波电路，与回波信号输入端相连，用于对接收的回波信号进行放大滤波；电压比较电路，与所述放大滤波电路相连，用于将放大滤波后的回波信号与固定的参考电压进行比对，产生电压比较结果；该信号处理电路还包括：计时器模块，用于记录超声波传播时间；以及电压增益调整模块，与所述计时器模块相连，用于根据所述超声波传播时间，调整所述放大滤波电路的电压增益。

本发明还提供了另一种倒车雷达超声波回波信号处理方法，包括以下步骤：

B1、记录超声波超声波传播时间；

B2、根据所述超声波传播时间，计算电压增益；

B3、根据所述电压增益，对接收的回波信号进行放大滤波；

B4、将放大滤波后的回波信号与固定的参考电压进行比对，产生电压比较结果。

本发明还提供了一种倒车雷达装置，包括如上所述的倒车雷达超声波回波信号处理电路。

实施本发明的倒车雷达超声波回波信号处理、方法及倒车雷达装置，具有以下有益效果：本发明在超声波回波的比较处理环节进行了改进，由传统的固定式比较改为动态可调式比较，当障碍物距离比较近，回波信号幅度比较大，相应的参考电压也会比较大；当障碍物距离比较远，回波信号幅度比较小，相应的参考电压也会比较小；并且相比传统设计，本发明的外围只需增加几个电阻和一个电容，其成本得到控制，电子线路亦简单，比传统设计更具灵活性，产品性能更稳定。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有的倒车雷达装置的第一种倒车雷达超声波回波信号处理电路；

图2是现有的倒车雷达装置的第二种倒车雷达超声波回波信号处理电路；

图3为根据本发明的倒车雷达超声波回波信号处理电路的第一实施例的原理图；

图4为本发明改进前的回波信号和参考电压的波形图；

图5为本发明改进后的回波信号和参考电压的波形图；

图6为根据本发明的倒车雷达超声波回波信号处理电路的第二实施例的原理图；

图7为根据本发明的倒车雷达超声波回波信号处理电路的第三实施例的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图3，为根据本发明的倒车雷达超声波回波信号处理电路的第一实施例的原理图。如图3所示，第一实施例提供的倒车雷达超声波回波信号处理电路采用电压比较器10实现。该信号处理电路主要包括电压比较器10、计时器模块20和参考电压产生模块30。

其中，计时器模块20用于记录超声波传播时间，超声波传播时间是指从倒车雷达装置发送超声波起到接收回波之前超声波在介质中传播的时间。该计时器模块20可以采用具有计时功能的芯片实现。

参考电压产生模块30与计时器模块20相连，用于根据计时器模块20检测的超声波传播时间，产生对应的参考电压Vref输出给电压比较器10的正向输入端。电压比较器10的反向输入端与回波信号输入端相连，电压比较器10根据正向输入端和反向输入端的电压，输出电压比较结果，以供后续主控芯片根据该电压比较结果产生倒车报警信号。例如，当障碍物距离越来越小，回波信号高于参考电压Vref的值时，电压比较电路的输出端跳转，电压比较结果从高电平跳变为低电平，其代表障碍物距离超过最小安全距离，后续主控芯片将产生倒车报警信号。

由于超声波传播时间越长，表示障碍物距离越远，所产生的回波信号的强度越低，因此本发明的独特之处在于，可以根据超声波传播时间的不同，调整参考电压Vref的大小，使之更与回波信号的强度接近，进而电压比较电路产生准确的电压比较结果，以供倒车雷达装置做出相应的反应。当超声波传播时间越长时，参考电压产生模块30提供的参考电压Vref越小。参考电压产生模块30提供的参考电压Vref可以与超声波传播时间呈反比，也可以如后续将介绍的采用分段调整的方法。

优选地，超声波回波信号也可以经过放大滤波电路90后接入电压比较器10的正向输入端。该放大滤波电路90包括依次连接的信号放大电路91、二阶带通滤波电路92和信号检波电路93。其中，信号放大电路91主要对回波信号进行放大，而二阶带通滤波电路92主要对放大后的回波信号进行带通滤波，信号检波电路93用于从幅度调制波中不失真的检出调制信号，即准确地提取出回波信号。

在本发明的一些具体实施例中，如图3所示，参考电压产生模块采用微控制芯片MCU来进行控制。该参考电压产生模块进一步包括：微控制芯片31和至少两组分压电阻。

其中，微控制芯片31，具有至少两个电压输出端口，微控制芯片31用于判断超声波传播时间对应的障碍物距离的区间，并根据该区间使能对应的电压输出端口。每个障碍物距离的区间对应一个电压输出端口，且每个电压输出端口通过一组分压电阻接地。每组分压电阻的线性分压比不同，进而在使能不同的电压输出端口时，可以使每组分压电阻的分压输出节点所输出的电压不同。每组分压电阻的分压输出节点连接至参考电压产生模块的输出端，将产生的参考电压提供给电压比较器10的正向输入端。每组分压电阻可以包括至少2个分压电阻。在本实施例中，至少两组分压电阻也可以采用共用接地分压电阻的方式实现。

在本实施例中，以4个障碍物距离的区间为例进行说明，相应地微控制芯片的电压输出端口为4个，即端口IO1-IO4。应该理解地是，本发明并不限定为将障碍物距离分为4个区间，还可以采用其它的划分数量，例如5个或以上区间。

如图3所示，上述至少两组分压电阻具体包括：第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13、第四分压电阻R14和公共接地分压电阻R。其中，第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的第一端分别与微控制芯片31的4个电压输出端口连接，例如分别与电压输出端口IO1-IO4连接。第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的第二端连接在一起并通过公共接地分压电阻R接地，该第二端作为参考电压产生模块30的输出端，与电压比较器10的正向输入端连接。优选地，还可以在第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的第二端与地之间连接电容C，以平滑两分压等级之间的跳变。

在本实施例中，第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的电阻不同，进而使得分别与公共接地分压电阻R构成的4组分压电阻的分压比不同。

微控制芯片31可以通过软件设定，根据超声波传播时间判断回波信号的障碍物距离，例如当为0～0.6米，软件判断为第一段区间；当为0.7～1.1米，软件判断为第二段区间；当为1.2～1.5米，软件判断为第三段区间；当为≥1.6米，软件判断为第四段区间。通过大致测量回波信号的幅度值设定好第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13、第四分压电阻R14和公共接地分压电阻R的值，可以先取R为10K，C为0.01uF。当判断为第一段时，设置电压输出端口IO1输出高，电压输出端口IO2，IO3，IO4为输入，由第一分压电阻R11和公共接地分压电阻R的值设定参考电压Vref；当判断为第二段时，设置电压输出端口IO2输出高，电压输出端口IO1，IO3，IO4为输入，由第二分压电阻R12和公共接地分压电阻R的值设定参考电压Vref；当判断为第三段时，设置电压输出端口IO3输出高，电压输出端口IO1，IO2，IO4为输入，由第三分压电阻R13和公共接地分压电阻R的值设定参考电压Vref；当判断为第四段时，设置电压输出端口IO4输出高，电压输出端口IO1，IO2，IO3为输入，由第四分压电阻R14和公共接地分压电阻R的值设定参考电压Vref。在本实施例中，第一分压电阻R11、第二分压电阻R12、第三分压电阻R13和第四分压电阻R14的电阻值依次升高，使得输出的参考电压Vref依次降低。

请参阅图4和图5，分别为本发明改进前和改进后的回波信号和参考电压的波形图。其中，曲线A为回波信号，曲线B为改进前的参考电压的波形，曲线B’为改进后的参考电压的波形。从图4中可以看到，参考电压固定不变，而回波信号的强度随着障碍物距离的不同，在较大的范围内存在浮动，因此容易产生误判或者漏判。而本发明中参考电压根据障碍物距离的不同，进行了一定的调整，使之与回波信号的强度相适应。

请参阅图6和图7，分别为根据本发明的倒车雷达超声波回波信号处理电路的第二实施例和第三实施例的原理图。第二、三实施例与第一实施例的共同点在于均利用超声波传播时间的长短，初步判断障碍物距离，随后判断回波信号的强度大小，进而对电压比较操作中的参数进行调整，使得回波信号的强度与参考电压Vref的强度接近。第二、三实施例与第一实施例的的区别点在于，不改变参考电压Vref的值，而是通过根据记录的超声波传播时间对对信号放大倍数进行调节，因此使得回波信号的强度与参考电压Vref的强度接近。

如图6和图7所示，倒车雷达超声波回波信号处理电路包括放大滤波电路90、计时器模块20、电压增益调整模块40和电压比较电路。其中，放大滤波电路90，与回波信号输入端相连，用于对接收的回波信号进行放大滤波。放大滤波电路90输出的放大滤波后的回波信号送入电压比较电路与固定的参考电压进行比对，产生电压比较结果。本发明中增设了计时器模块20和电压增益调整模块40，其中

计时器模块20用于记录超声波传播时间，即从倒车雷达装置发送超声波起到接收回波之前超声波在介质中传播的时间。该计时器模块20也可以采用具有计时功能的芯片实现。

电压增益调整模块40与计时器模块20相连，用于根据计时器模块20检测的超声波传播时间，调整放大滤波电路90的电压增益。例如，当超声波传播时间越长时，采集的回波信号的强度约小，因此电压增益调整模块40需要增大放大滤波电路90的电压增益，以使得放大滤波后的回波信号的强度与参考电压Vref越接近，进而减小误报或者漏报。

图6所示的第二实施例与图7所示的第三实施例的区别在于，电压比较电路采用不同的方式实现。其中图6中电压比较电路采用电压比较器10，因此放大滤波的回波信号接入电压比较器10的反向输入端，分压电阻R1和分压电阻R2串联对高电平VCC进行分压后产生参考电压Vref输出给电压比较器10的正向输入端，电压比较器10的输出端输出电压比较结果。图7中电压比较电路采用三极管Q1，放大滤波的回波信号接入三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R3接高电平VCC，三极管Q1的发射极接地，Q1的集电极作为电压比较电路的输出端输出电压比较结果。

放大滤波电路90可以进一步包括信号放大电路91、二阶带通滤波电路92和信号检波电路93。因此，电压增益调整模块40调整放大滤波电路90的电压增益可以通过调整信号放大电路91和/或二阶带通滤波电路92的电压增益实现。

本发明还相应提供了采用上述倒车雷达超声波回波信号处理电路的倒车雷达装置。

此外，本发明还提供了两种倒车雷达超声波回波信号处理方法。第一种倒车雷达超声波回波信号处理方法与如图3所示的倒车雷达超声波回波信号处理电路的第一实施例的原理一致，包括以下步骤：

首先，在步骤A1中，记录超声波传播时间。该步骤的执行与对第一实施例中计时器模块的描述一致。

随后，在步骤A2中，根据所述超声波传播时间，产生对应的参考电压输出给电压比较器的正向输入端，该电压比较器的反向输入端与回波信号输入端相连接收超声波回波信号。该步骤的执行与对第一实施例中参考电压产生模块的描述一致。该步骤A2进一步包括：步骤A21，由微控制芯片判断所述超声波传播时间对应的障碍物距离的区间，并根据该区间使能微控制芯片对应的电压输出端口；步骤A22，由微控制芯片对应的电压输出端口通过分压电阻产生对应的参考电压输出给电压比较器的正向输入端。

随后，在步骤A3中，该电压比较器的输出端产生电压比较结果，并根据所述电压比较结果产生倒车报警信号。

第二种倒车雷达超声波回波信号处理方法与如图6或图7所示的倒车雷达超声波回波信号处理电路的第二实施例或第三实施例的原理一致，包括以下步骤：

首先，在步骤B1中，记录超声波传播时间。该步骤的执行与对第二或第三实施例中计时器模块的描述一致。

随后，在步骤B2中，根据所述超声波传播时间，计算电压增益。该步骤的执行与对第二或第三实施例中电压增益调整模块的描述一致。

随后，在步骤B3中，根据所述电压增益，对接收的回波信号进行放大滤波。该步骤的执行与对第二或第三实施例中放大滤波电路的描述一致。

随后，在步骤B4中，将放大滤波后的回波信号与固定的参考电压进行比对，产生电压比较结果。该步骤的执行与对第二或第三实施例中电压比较电路的描述一致。

综上所示，本发明提供了一种对倒车雷达超声波回波信号的处理方法和电路，可以起到抗误报和提高超声波探头探测灵敏度的作用，主要是在超声波回波的比较处理环节进行了改进，由传统的固定式比较改为动态可调式比较，当障碍物距离比较近，回波信号幅度比较大；相应的参考电压也会比较大；当障碍物距离比较远，回波信号幅度比较小，相应的参考电压也会比较小，而传统的设计直接采用一个固定的电压比较值或者直接驱动三极管，其适应性不强。本发明中微控制芯片可以选用内置电压比较器的芯片，如型号为EM78P372N，也可以使用独立的电压比较器芯片如型号为LM393来实现，相比传统设计，本发明的外围只需增加几个电阻和一个电容，其成本得到控制，电子线路亦简单。因此，本发明通过软件结合硬件的方法，根据超声波的传播时间动态的调整比较电压值，比传统设计更具灵活性，使产品性能更稳定.

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (1)

1.一种倒车雷达超声波回波信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、记录超声波传播时间；

A2、根据所述超声波传播时间，产生对应的参考电压输出给电压比较器的正向输入端，所述电压比较器的反向输入端与回波信号输入端相连接收超声波回波信号；

A3、所述电压比较器的输出端产生电压比较结果，并根据所述电压比较结果产生倒车报警信号；

所述步骤A2进一步包括：

A21、微控制芯片判断所述超声波传播时间对应的障碍物距离的区间，并根据该区间使能微控制芯片对应的电压输出端口；

A22、微控制芯片对应的电压输出端口通过分压电阻产生对应的参考电压输出给所述电压比较器的正向输入端。