CN109188440A - 超声波全向测距与测速雷达 - Google Patents

超声波全向测距与测速雷达 Download PDF

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Abstract

一种超声波全向测距与测速雷达，主要是防护罩内设置由电动机和主控制电路板构成的机电控制系统及雷达旋转机构。由电动机驱动雷达旋转机构旋转并带动主控制电路板旋转。利用主控制电路板的超声波探测周围静止或运动物体，通过微处理器的运算处理，得到物体的距离、运动方向、运动速度等信息，实现超声波雷达全方位的探测，达到对周围物体接近距离的有效示警。应用在机动车上，可以减少车辆安装超声波雷达数量，降低车辆成本；应用在交通管制部门，可实现对多个方向机动车辆行驶的探测，能简化管理，降低维护和使用费；应用在无人驾驶汽车上，可以替代价格昂贵的激光雷达、微波雷达等现有测距、测速设备，能一机多用，性价比极高。

Description

超声波全向测距与测速雷达
技术领域
本发明涉及一种测距与测速雷达，特别是超声波全向测距与测速雷达。具备全向探测周围静止或运动物体的距离、运动方向、运动速度的功能。
背景技术
目前，常用的超声波雷达主要用于对周围有限角度内物体接近距离的示警，其主要最大的缺点就是检测角度太小，这是由于该超声波雷达不具备全向探测周围静止或运动物体的距离、运动方向、运动速度的功能，因此，需要在不同角度安装多个雷达，以达到扩大检测角的目地。当前，所用的门禁雷达、车载超声波雷达和交通管制超声波雷达都存在类似的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波全向测距与测速雷达，它能够克服已有技术的不足，可有效地全向探测周围静止或运动物体的距离、运动方向及运动速度，从而达到对周围有限角度内物体接近距离的有效示警。
其解决方案是：防护罩内设置雷达旋转机构及机电控制系统。机电控制系统包括主控制电路板及电动机。主控制电路板通过支撑盘与连接在雷达旋转机构主轴上且接外电源的转套连接，电动机与雷达旋转机构的主轴连接。电动机工作，带动主轴旋转，并迫使转套及与其连接的主控制电路板旋转，主控制电路板上的超声波发射器发出超声波信号，经主控制电路板的电路传输给主控制电路板的中央处理器，利用中央处理器内置的软件，对周围静止和运动物体的反射信号进行信号滤波、智能判断、运算处理，并得到所探测对象的距离、运动方向、运动速度等信息，实现超声波雷达全方位的探测，计算结果经主控制电路板的接口输出。
所述雷达旋转机构由主轴及其上设置的轴承，装配在轴承上的转套，与转套连接的支撑盘，绝缘装配在转套上且与外供电源连接又与机电控制系统的主控制电路板连接的导电环，以及套装在转套外面并与主轴连接的套筒构成。本发明采用上述技术方案，主要是在防护罩内设置由电动机和主控制电路板构成的机电控制系统及雷达旋转机构。由电动机驱动雷达旋转机构旋转并带动主控制电路板旋转。利用主控制电路板的超声波探测周围静止或运动物体，通过微处理器的运算处理，得到物体的距离、运动方向、运动速度等信息，实现超声波雷达全方位的探测，达到对周围物体接近距离的有效示警。若本发明应用在机动车上，在保证车辆驾驶安全和功能的前提下，可以减少车辆所需安装超声波雷达的数量，降低车辆成本；若本发明应用在交通管制部门，只需在道路上安装1台本发明超声波雷达，即可实现对多个方向的机动车辆行驶的探测，能简化管理，降低维护和使用费用；若本发明应用在无人驾驶汽车上，可以替代价格昂贵的激光雷达、微波雷达等现有测距、测速设备，能实现一机多用，性价比极高。
附图说明
图1为超声波全向测距与测速雷达的结构示意主视图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的左视图。
图4为超声波全向测距与测速雷达的结构示意半部立体图。
图5为超声波全向测距与测速雷达的工作流程图。
图6为几何计算关系图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
图1至图6中，防护罩2内设置雷达旋转机构及机电控制系统。雷达旋转机构由主轴1及其上安装的呈上、下布置的三个轴承13，通过套筒3和螺母14将所述轴承13与主轴1固定连接，在所述轴承13上套装有转套8，并通过加紧环12固定。支撑盘9套装在主轴1上并与 转套8上部连接，转套8外表面装配2只导电环10，在转套8和导电环10之间设置有绝缘环11进行电气隔离绝缘。导电环10与外部供电源连接又与机电控制系统的主控制电路板5连接，构成雷达的旋转机构。机电控制系统包括：具有同时探测对象距离、运动方向、运动速度等信息功能的主控制电路板5及与其连接的电动机6，该主控制电路板5通过支撑柱4与装配在转套8上的支撑盘（9）连接。电动机6的动力输出轴与主轴1连接。
主轴1在电动机6的驱动下旋转，并迫使转套8及与其连接的主控制电路板5稳定旋转，主控制电路板5上的超声波发射器7发出超声波信号，经主控制电路板5的电路传输给中央处理器，利用中央处理器内置的软件，对周围静止和运动物体的反射信号进行信号滤波、智能判断、运算处理，并得到所探测对象的距离、运动方向、运动速度等信息，实现超声波雷达全方位的探测，计算结果经主控制电路板5上的接口输出。
主控制电路板5的工作流程及几何计算关系如图5、图6所示。主控制电路板5在旋转过程中，主控制电路板5的超声波发射器7不断向外发出超声波。当超声波发射器7的发射器向某一方向发射超声波时，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波发射器7的接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340(m/s)，根据主控制电路板5的计时器记录的时间Δt1（s），算出发射点距障碍物的距离s1 (m)，即：s1=340 Δt1 /2。
同时，主控制电路板5的计时器记录主控制电路板5旋转3600所用的时间t2（s）,当超声波发射器7的发射器向某一方向发射超声波，并接收到反射波时，计时器立即记下这个时间t3（s）；根据计时器记录的时间算出物体初始方位角α，即：α=360 t3/t2。
主控制电路板5继续旋转，当超声波发射器7在方位角α附近某一方向发射超声波，并接收到反射波时，计时器立即记下这个时间t4（s）；根据计时器记录的时间算出物体二次方位角β，即：β=360t4 /t2，以及反射时间Δt5,（s）算出发射点距障碍物的距离s2(m)，即：s2=340Δt5 /2。
主控制电路板5的中央处理器利用智能算法对以上数据进行分析，判断t3和t4探测到的物体是否是同一物体，如果是同一物体，则根据如图6的几何关系，OA=S1,OB=S2 , ∠AOB=α－β , Δt=t4－t3，计算得出位移AB，从而得出物体运动速度=AB/Δt（m/s），物体运行方向和x轴的夹角=∠BAO+α－180。，并进行计算数据存储，即可。

Claims (2)

1.一种超声波全向测距与测速雷达，其特征在于，防护罩（2）内设置雷达旋转机构及机电控制系统，机电控制系统包括主控制电路板（5）及电动机（6），主控制电路板（5）通过支撑盘（9）与连接在雷达旋转机构主轴（1）上且接外电源的转套（8）连接，电动机（6）与雷达旋转机构的主轴（1）连接；电动机（6）工作，带动主轴（1）旋转，并迫使转套（8）及与其连接的主控制电路板（5）旋转，由主控制电路板（5）上的超声波发射器（7）发出超声波信号，经主控制电路板（5）的电路传输给主控制电路板（5）上的中央处理器，利用中央处理器内置的软件，对周围静止和运动物体的反射信号进行信号滤波、智能判断、运算处理，并得到所探测对象的距离、运动方向、运动速度等信息，实现超声波雷达全方位的探测，计算结果经主控制电路板（5）上的接口输出。
2.如权利要求1所述的超声波全向测距与测速雷达，其特征在于，所述雷达旋转机构由主轴（1）及其上设置的轴承（13），装配在轴承（13）上的转套（8），与转套（8）连接的支撑盘（9），绝缘装配在转套（8）上且与外供电源连接又与机电控制系统的主控制电路板（5）连接的导电环（10），以及套装在转套（8）外面上并与主轴（1）连接的套筒（3）构成。
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