CN206161854U - 一种超声波智能测距报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波智能测距报警系统，包括单片机控制模块、超声波测距模块、报警模块和显示模块，单片机控制模块用以通过内部定时器进行计数，记录超声波发射点至障碍物之间往返传播所用的时间，并计算障碍物与超声波发射点之间的距离；将该距离与单片机控制模块内部预设的报警阈值进行比较，当该距离小于报警阈值时，发送一报警信号至报警模块；超声波测距模块与单片机控制模块电性连接用以将单片机控制模块输出的脉冲信号发射出去，并接收超声波回波信号输入至单片机控制模块；报警模块与单片机控制模块电性连接用以根据单片机控制模块发送的报警信号进行报警；显示模块与单片机控制模块电性连接用以显示超声波发射点与障碍物之间的距离。

Description

一种超声波智能测距报警系统

技术领域

本实用新型涉及车辆倒车超车技术领域，具体涉及一种超声波智能测距报警系统。

背景技术

我国社会经济的不断发展，人们对汽车这种交通工具的依赖性也越来越大，导致了车辆的日益增加在给城市交通不断施加压力的同时，也引发了非常多行车的安全问题。一些由驾驶员反应不够迅速而导致的汽碰擦，还有很多时候是由于驾驶员对离障碍物的距离判断不准确而造成的，如果驾驶员能提前知道障碍物的存在并且知道障碍物的距离，那么驾驶员就能及时地采取措施，从而能避免事故的发生。因此，许多安全系统也应运而生，诸如为了避免交通事故发生的主动安全系统和在发生事故时的防护安全的被动安全系统，而主动安全系统对汽车交通事故的发生能起到避免的作用，所以，主动安全系统的研究更为重要。随着汽车数量的增加，停车场的数量也急剧增加，停车车辆密集，停车人多，所以汽车碰撞亦逐渐增多。而本实用新型的汽车防撞装置就是主动安全系统，通过对汽车与障碍物之间距离的提示报警避免汽车与障碍物之间的擦碰。本实用新型要求设计的汽车防撞装置能减少驾驶员的驾驶压力和判断错误，使驾驶员泊车倒车更加安全方便，本实用新型将对提高交通安全起到重要作用。

本实用新型基于单片机实现汽车防撞，将超声波测距和传感器联系在一起，利用单片机的实时控制和数据处理功能测量并显示汽车与障碍物之间的距离，并在不同距离利用蜂鸣器不同频率发出不同声音及时报警。这样驾驶员就能通过测距的显示甚至不同的声音来直接判断汽车与障碍物之间的距离。本实用新型的设计简易、规模小、外围电路简单、调试方便、成本低廉、器件更换容易、灵活性高，而且能完全满足驾驶员泊车时的需要，可以完全解除驾驶员在倒车过程中的顾虑和困扰，提高泊车的安全。

汽车防撞装置这种汽车安全辅助装置能大大减少汽车驾驶员在倒车的时候顾虑和对距离判断的失误，从而能够避免倒车的安全问题的发生，故此装置对于提高交通安全将起到重要的作用。所以，本实用新型的基于单片机的汽车防撞装置将具有极大的现实意义和市场。

实用新型内容

为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种超声波智能测距报警系统，具有结构简单、测量精确、成本低廉的特点。

为了达到上述实用新型目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型公开了一种超声波智能测距报警系统，包括单片机控制模块、超声波测距模块、报警模块和显示模块，其中：

所述单片机控制模块，用以：

通过内部的定时器进行计数，记录超声波发射点至障碍物之间往返传播所用的时间，并计算障碍物与超声波发射点之间的距离；

将障碍物与超声波发射点之间的距离与所述单片机控制模块内部预设的报警阈值进行比较，当障碍物与超声波发射点之间的距离小于报警阈值时，发送一报警信号至所述报警模块；

所述超声波测距模块与所述单片机控制模块电性连接，用以：

将所述单片机控制模块输出的脉冲信号发射出去，并接收超声波回波信号输入至所述单片机控制模块；

所述报警模块与所述单片机控制模块电性连接，用以根据所述单片机控制模块发送的报警信号进行报警；

所述显示模块与所述单片机控制模块电性连接，用以显示超声波发射点与障碍物之间的距离。

进一步的，所述超声波测距模块包括超声波发射电路和超声波接收电路，其中：

所述超声波发射电路包括超声波放大器和超声波发射探头，所述超声波放大器将所述单片机控制模块输出的脉冲信号进行放大后经所述超声波发射探头转换成机械波发射出去，所述超声波放大器采用74LS04放大电路；

所述超声波接收电路包括超声波接收探头、集成电路CX20106A芯片电路，所述超声波接收探头接收所述超声波发射探头发射的机械波经障碍物反射回来的超声波信号，所述CX20106A芯片电路用以对接收到的超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较。

进一步的，所述超声波发射探头、超声波接收探头、集成电路CX20106A芯片电路和74LS04放大电路集成为一个HR-SR04超声波集成模块。

进一步的，所述超声波发射探头和超声波接收探头位于同一水平平行直线上，且两者之间的距离在5cm-8cm之间。

优选的，所述超声波发射探头和超声波接收探头两者之间的距离为6cm。

进一步的，还包括按键输入模块，所述按键输入模块与所述单片机控制模块连接，用以设定报警距离。

优选的，所述显示模块为4位共阴极数码管。

优选的，所述单片机控制模块为STC89C52型单片机。

优选的，所述报警模块为蜂鸣器。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、由于本实用新型采用了STC89C52型单片机，数据采集频率和计算频率较高，因此，测量速度快，测量精度高，稳定性好，能够在危险情况下及时发出警报化解危机；

2、本实用新型采用超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距。在中、长距离测量时，超声波传感器的精度和方向性都要大大优于红外线传感器；

3、本实用新型结构简单，成本低廉，且测量精度高；

4、本实用新型主要采用的是以单片机为控制核心的智能超声波测距传感器和蜂鸣器报警系统，这种汽车安全辅助系统便宜耐用，而且达到了汽车电子系统网络化的发展需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本实用新型一种超声波智能测距报警系统的系统框图；

图2是本实用新型中超声波发射电路的电路图；

图3是本实用新型中超声波接收电路的电路图；

图4是本实用新型中单片机的引脚功能图；

图5是本实用新型显示模块连接电路图；

图6是本实用新型报警模块电路图；

图7是本实用新型按键输入模块电路图。

【主要符号说明】

1-单片机控制模块；

2-报警模块；

3-显示模块；

4-超声波放大器；

5-超声波发射探头；

6-超声波接收探头；

7-集成电路芯片。

具体实施方式

以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型公开了一种超声波智能测距报警系统，包括单片机控制模块1、超声波测距模块、报警模块2和显示模块3，其中：

所述单片机控制模块1，用以：

通过内部的定时器进行计数，记录超声波发射点至障碍物之间往返传播所用的时间，并计算障碍物与超声波发射点之间的距离；

将障碍物与超声波发射点之间的距离与所述单片机控制模块1内部预设的报警阈值进行比较，当障碍物与超声波发射点之间的距离小于报警阈值时，发送一报警信号至所述报警模块2；

所述超声波测距模块与所述单片机控制模块1电性连接，用以：

将所述单片机控制模块1输出的脉冲信号发射出去，并接收超声波回波信号输入至所述单片机控制模块1；

所述报警模块2与所述单片机控制模块1电性连接，用以根据所述单片机控制模块1发送的报警信号进行报警；

所述显示模块3与所述单片机控制模块1电性连接，用以显示超声波发射点与障碍物之间的距离。

进一步的，所述超声波测距模块包括超声波发射电路和超声波接收电路，其中：

所述超声波发射电路包括超声波放大器4和超声波发射探头5，所述超声波放大器4将所述单片机控制模块1输出的脉冲信号进行放大后经所述超声波发射探头5转换成机械波发射出去，所述超声波放大器4采用74LS04放大电路，本实施例中，所述超声波发射电路如图2所示，工作时，由单片机控制模块1产生40kHz的脉冲从P0.1口向超声波的发射电路部分发出信号，再经74LS04放大电路放大后，驱动超声波发射探头5将超声波发射出去；

所述超声波接收电路包括超声波接收探头6、集成电路CX20106A芯片电路7，所述超声波接收探头6接收所述超声波发射探头5发射的机械波经障碍物反射回来的超声波信号，所述CX20106A芯片电路用以对接收到的超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较，本实施例中，CX20106A芯片的前置放大器具有自动增益控制的功能，当测量的距离比较近时，放大器不会过载；而当测量距离比较远时，超声波信号微弱，前置放大器就有较大的放大增益效果。CX20106A芯片的5脚在外接电阻对它的带通滤波器的频率进行调节，而且不用再外接其他的电感，能够很好地避免外加磁场对芯片电路的干扰，而且它的可靠性也是比较高的。CX20106A芯片电路本身就具有很高的抗干扰的能力，而且灵敏度也比较高，所以，能满足本设计的要求。超声波接收电路如图3所示；

本实施中，将超声波发射探头5和超声波接收探头6分离设置，这样不会使收发信号混叠，从而能避免干扰，可以很好的提高系统的可靠性。

由于超声波的发射和接收是分开发送和接收的，所以超声波发射探头5和超声波接收探头6必须在同一条水平行直线上，这样才能准确地接收反射的回波。而由于测量的距离不同和发射扩散角所引起的误差以及超声波信号在空气中传播的过程中的超声波衰减问题，超声波发射探头5和超声波接收探头6之间的距离不可以太远，而且还要避免超声波发射探头5对超声波接收探头6在接收信号时产生的干扰，所以二者又不能靠得太近。将两探头之间的距离定在5cm～8cm最为合适，本实施例中，所用的HC-SR04超声波集成模块的超声波探头之间的距离大约在6cm左右。

优选的，所述单片机控制模块1为STC89C52型单片机，是由宏晶公司生产的高性能、低功耗的CMOS 8位单片机。STC89C52单片机具有以下几个性能特点：4k字节的闪存片内程序存储器，128字节的数据存储器，32个外部输入和输出口，2个全双工串行通信口，看门狗电路，5个中断源，2个16位可编程定时计数器，片内震荡和时钟电路且全静态工作并由低功耗的闲置和掉电模式。单片机的引脚功能图如图2所示。

优选的，所述超声波发射探头5、超声波接收探头6、集成电路CX20106A芯片电路7和74LS04放大电路集成为一个HR-SR04超声波集成模块。本实施例中，选用了HC-SR04超声波集成模块，此超声波模块的最大探测距离为5m，精度可以达到0.3cm，盲区为2cm，而且发射扩散角不大于15°，更有利于测距的准确性。而且，此模块的工作频率范围为39kHz～41kHz左右，完全能在40kHz工作频率工作。

HR-SR04超声波集成模块的工作电压为5V，而且此模块的静态工作电流是小于2mA的，工作时候可以比较稳定。而且，它的感应的角度不大于15°，可以减少了很大部分可能存在的角度干扰问题。此模块的测距范围为2cm～5m，能基本满足测距要求，而且其精度可以达到0.3cm，盲区仅仅为2cm，完全可以能够满足本设计的测距要求，而且测距也比较稳定。HR-SR04超声波集成模块采用的是I/O触发测距，给至少10us的高电平信号。另外，此模块可以自动发送8个40kHz的方波脉冲，并能够自动检测是否有信号返回，如果检测到有信号返回则通过I/O口输出高电平，高电平的持续时间就是超声波从发射到返回所用的时间，则，所测量的距离＝(高电平时间×声速)/2。

为防止发射信号对回收信号的影响，本超声波集成模块的测量周期最好定在60ms以上，所以本设计将测量周期定在80ms。

优选的，所述显示模块3为4位共阴极数码管，共阴极就是数码管里面的发光二极管的阴极接在一起作为公共引脚即公共阴极，在使用时此引脚接到电源负极。本实施例中，单片机对数码管的显示可以分为静态显示和动态显示，静态显示能够稳定地显示数值，但是搭建电路时比较烦索，而动态显示是数码管轮流显示再利用人眼的“视觉暂留”特性，这样看出来的就是在显示不同数值。数码管的动态显示比较实用，电路构建简单，所以本设计采用动态扫描的方法显示测量距离，只要轮流显示的速度足够快的时候就能够实现测量数值的显示。显示模块3选用4位共阴极数码管进行动态扫描，此扫描方式能完全达到显示要求。显示模块连接电路图如图5所示。

优选的，所述报警模块2为蜂鸣器，报警模块电路图如图6所示。

进一步的，还包括按键输入模块，所述按键输入模块与所述单片机控制模块1连接，用以设定报警距离。按键输入模块电路图如图7所示。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，包括单片机控制模块、超声波测距模块、报警模块和显示模块，其中：

所述单片机控制模块，用以：

通过内部的定时器进行计数，记录超声波发射点至障碍物之间往返传播所用的时间，并计算障碍物与超声波发射点之间的距离；

将障碍物与超声波发射点之间的距离与所述单片机控制模块内部预设的报警阈值进行比较，当障碍物与超声波发射点之间的距离小于报警阈值时，发送一报警信号至所述报警模块；

所述超声波测距模块与所述单片机控制模块电性连接，用以：

将所述单片机控制模块输出的脉冲信号发射出去，并接收超声波回波信号输入至所述单片机控制模块；

所述报警模块与所述单片机控制模块电性连接，用以根据所述单片机控制模块发送的报警信号进行报警；

所述显示模块与所述单片机控制模块电性连接，用以显示超声波发射点与障碍物之间的距离。

2.根据权利要求1所述的一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，所述超声波测距模块包括超声波发射电路和超声波接收电路，其中：

所述超声波发射电路包括超声波放大器和超声波发射探头，所述超声波放大器将所述单片机控制模块输出的脉冲信号进行放大后经所述超声波发射探头转换成机械波发射出去，所述超声波放大器采用74LS04放大电路；

所述超声波接收电路包括超声波接收探头、集成电路CX20106A芯片电路，所述超声波接收探头接收所述超声波发射探头发射的机械波经障碍物反射回来的超声波信号，所述CX20106A芯片电路用以对接收到的超声波信号进行放大、限幅、带通滤波、峰值检波、整形、比较。

3.根据权利要求2所述的一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，所述超声波发射探头、超声波接收探头、集成电路CX20106A芯片电路和74LS04放大电路集成为一个HR-SR04超声波集成模块。

4.根据权利要求2所述的一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，所述超声波发射探头和超声波接收探头位于同一水平平行直线上，且两者之间的距离在5cm-8cm之间。

5.根据权利要求4所述的一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，所述超声波发射探头和超声波接收探头两者之间的距离为6cm。

6.根据权利要求1或2所述的一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，还包括按键输入模块，所述按键输入模块与所述单片机控制模块连接，用以设定报警距离。

7.根据权利要求1所述的一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，所述显示模块为4位共阴极数码管。

8.根据权利要求1所述的一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，所述单片机控制模块为STC89C52型单片机。

9.根据权利要求1所述的一种超声波智能测距报警系统，其特征在于，所述报警模块为蜂鸣器。