CN2204427Y - 防撞测距雷达 - Google Patents

Abstract

一种防撞测距雷达，由超声波发射器及接收器、 分频器、计数显示器、振荡器、放大器、双稳态电路等 组成，其特点是分频器产生时钟脉冲至计数显示器， 并启动振荡器驱动超声波发射器发射超声波测距信 号，同时计数器对时钟计数。超声波接收器接收到沿 距信号回波后，经放大器和双稳态电路控制，计数显 示器停止计数，进行显示，其显示的时钟脉冲个数即 代表所测距离。

Description

本实用新型涉及一种防撞测距雷达，特别是机动车防撞测距雷达。

改革开放以来，我国的汽车工业正飞速发展，与此同时交通安全问题又亟待解决。目前市面上已经有的一种倒车语言提醒器，虽能起到提示、警示作用，但主要缺点是不论车后有无人或障碍物，一律发出“倒车、请注意！”的语言，是一种被动式、驱赶式的提示信号，还造成噪声污染，驾驶员并不能掌握车后状况，也不能测出车前状况，从而没从根本上减轻驾驶员的负担。

本实用新型的目的是提供一种测距雷达，它能准确测出车前、车后人或障碍物与汽车之间的距离，并在驾驶室的主机数显屏上直接读出，同时警铃报警，提醒驾驶员注意操作安全，了解倒车车后障碍物的状况，并能及时消除司机倒车时碰撞的危险。

本实用新型的目的是通过如下技术解决方案实现的。下面结合附图，对本实用新型作详细说明：

图1是本实用新型的方框图。

图2是本实用新型的电原理图。

图3是本实用新型的测量过程时序图。

在图1方框图中，本实用新型的超声波发射器1和超声波接收器2可置于车前或置于车后，汽车前进或倒车时，分频器工作，产生时钟脉冲信号输至计数器计数并显示，同时振荡器起振产生脉冲电压，该脉冲电压由发射器1变成超声波信号发出，当车前或车后有人或障碍物3时（不论固定目标还是移动目标），该超超声波信号被反射回来，经接收器2转换成脉冲电压，由放大器进行信号放大并送入双稳态电路，以控制计数器在声波往返过程中所计数到的时钟脉冲个数，该计数到的时钟脉冲个数（脉冲信号）送至LED四位数码管显示器显示，与此同时，双稳态电路输出的阶跃波信号电压启动报警电路警铃报警。由于发射器1开始发射超声波信号与接收器2接收到回波期间，计数器计数到的时钟脉冲个数与障碍物和接收器之间的距离及声波速度有关，适当选择参数即可实施LED四位数码管显示器直接显示障碍物与车头（或车尾）距离。

在本实用新型电原理图图2中，1是发射器，2是接收器，3是前进或倒车测距转换开关。发射器1和接收器2置于车和／或置于车尾（为使不同型号的机动车，特别是车宽范围大的机动车在车宽范围内均能测到人或障碍物，在车尾可置两付超声波换能器，即发射器1采用两只并联，接收器2采用两只并联）。各元器件的连接关系如图所示，其中主要元器件均采用IC集成电路。集成电路IC₁是由N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆组成的六倒相缓冲转换器（采用CD4049），它与发射器1接成全桥式电路，构成发射电路。集成电路IC₂（CD4093），是由N₇、N₈、N₉、N₁₀组成的二输入四与非门施密特触发器（双稳态电路），其中N₇与其外接电阻R₁、R₂，电位器W₁，电容C₂二极管D₄构成振荡器电路，N₈、N₉、N₁₀构成双稳态电路。集成电路IC₃（7805）为三端稳压器，组成5V稳压电源。集成电路IC₄（CD4060）为14位串行二进制计数／分频／振荡器，构成计数器电路。集成电路IC₅（LM324）是由A₁、A₂、A₃、A₄组成的四运算放大器（电路中只用A₁、A₃、A₄），其中A₃与外接电阻R₇、R₈，电容C₉，C₁₄构成放大器电路，A₁用作电压比较器，A₄用作电压跟随器，集成电路IC₆（CD4030）是一四异或门电路（电路中只用N₁₁），用作计数器外围控制电路。集成电路IC₇（CD393）是由A₅、A₆组成的双比较器，用作状态控制。集成电路IC₈（CM225）为计数、译码、锁存、驱动四合一电路，用作计数器电路。集成电路IC₉（7555）和IC₁₀（7555）均为单时基电路，构成警铃报警电路。本实用新型采用9V叠层电池供电，S₁为电源开关，S₂为测距转换开关。本机工作时，先合S₁，再合S₂（其中S_2－1－为倒车测距，S_2－2－为前进测距），则9V电池压电直接加至IC₁的电源脚1，IC₅的电源脚4，IC₇的电源脚8，为其提供工作电压。为使IC₅的工作电压稳定，加入了旁路电容C₄；另外9V电池电压经C₃滤除脉动电压成份后，经IC₃三端稳压器稳压后，输出直流5V电压，第一路经C₅、C₆滤波后，供给IC₂、IC₄、IC₆的第14脚、16脚、14脚以工作电压，第二路经R₁₄、C₁₃滤波后供给IC₈的第1脚工作电压，第三路经R₄、R₅分压，由C₇滤波后，加至A₄的第12脚，A₄组成电压跟随器，由14脚输出2.5V直流电压，一方面用作IC₅运算放大器A₁的基准电压，一方面用作超声波接收器2的工作电压。此时IC₄的第16脚获5V的额定工作电压，IC₄起振。由于超声波在正常大气压下以每秒334米的速度传播，通过调整W₂与R₁₁、C₁₀组成的振荡回路，将振荡频率设定在16.7KHZ，该时钟信号输至IC₈的第32脚（CNT），则IC₈中的计数器计数到的1个脉冲时间（时钟周期）恰好等于声波前进1cm及返回1cm所需时间，也就是说计数器计数到的1个脉冲表示1cm的距离，因而计数器计数到的时钟脉冲个数正好等于发射器或接收器（两者在同一平面内）与目标之间以厘米（cm）计算的实际距离。又IC₄输出脚2（Q₁₂）的分频输出信号为2HZ的同步脉冲信号，它输至IC₈的33脚（ ），保证IC₈正常计数，同时该同步脉冲信号又经C₁₁，R₂形成充放电回路，当其处于高电平时，（约5V），一方面使IC₅的集成运算放大器A₁的同向输入端3处于高电平，而A₁反向输入端2为设定的基电压2.5V，A₁翻转，输出一个高电平至IC₇的A₅同向输入端3，而此时接收器2还没有收到声波回波，故A₅的反向输入端2为低电平，因此A₅输出端1为高电平，同时IC₂的与非门N₈两输入端也为高电，故IC₂的另两个与非门N₉，N₁₀组成的双稳态电路（施密特触发器）输出端10为高电平，该高电平加至IC₈31脚（

）使IC₈允许计数；同时高电平经C₁₂、R₁₃充放电回路输至IC₆的异或门N₁₁的输入端1（输入端2接地），使输出端3为高电平，该高电平供给IC₈的34脚（ ），保证IC₈处于计数状态；另一方面IC₄的Q₁₂输出的2HZ同步脉冲信号经C₁₁、R₂充放电回路输至IC₂的与非门N₇，调整W₁配合设定的R₁、C₂组成的振荡回路，使其与超声波发射器1谐振，此时输出功率最大，而连续振荡的周期则由Q₁₂输出的2HZ同步脉冲信号经C₁₁、R₂组成的充放电时间常数控制在0.4ms（即16个脉冲），连续振荡的频率约39.8KHZ，在时序上均由Q₁₂输出的2HZ同步脉冲高电平时保证。集成电路IC₁的六个倒相缓冲转换器（N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆）输出接成全桥式，使发射器1上的有效电压加倍，C₁则阻塞输入信号中的直流成份。IC₁第9脚（N₄）直接接到9V电池电压，是为了使触发脉冲取得最大能量。至此，整个电路完成超声波信号发射过程及时钟脉冲的计数过程。

当发射器1发射出去的声波信号遇到车头或车尾人或障碍物时（不论是固定目标还是移动目标），该声波被反射回来，由接收器2转换为电信号（39.8KHZ的脉冲信号），经A₃进行交流放大后输至比较器A₅（脉冲信号比较）的反向输入端2，由于在发射期间A₅的输入端3（同相输入端）为高电平，故当A₃放大后脉冲电压为高电平时，A₅翻转，输出一个低电平，使N₈、N₉、N₁₀组成的双稳态触发器翻转，使IC₈的31脚（

）由高电平转为低电平，禁止IC₈计数，同时该低电平经R₁₃、C₁₂放电路，使异或门N₁₁的1脚变为低电平，输出3脚变低电平，使IC₈的34脚（ ）由高电平变为低电平，导致计数器状态转移到输出锁存器中，驱动显示器进行显示，而显示器显示出的脉冲个数即为障碍物与车头（或车尾）之间以厘米计算的实际距离。（这个脉冲个数即从发射器1发射出声波到接收器2接收到回波这段时间里计数器IC₈计数到的IC₄、（Q₁₂端）发出的时钟脉冲个数）。由于此时IC₈处于锁存显示状态，IC₈停止计数，显示处于稳定显示状态，至此，完成目标的测距过程。如车头或车尾目标（障碍物或人）是移动的，则显示器显示的目标距离将随着移动的距离而变动，不断跟踪目标，起到提醒驾驶员的作用。

本实用新型的警铃报警功能是这样实现的，当本实用新型处于声波发射期间，此时N₈、N₉、N₁₀组成的双稳态触发器输出端10为高电平，即IC₈的31脚（

）为高电平，该高电平加至警铃报警电路中的IC₉（1CM7555）的输入端2，使IC₉的输出端3为低电平（IC₉连同R₁₅、C₁₅组成单稳态电路），对IC₁₀不起调制作用，故此时发光二极管D₅－D₈不亮，喇叭不响，当本实用新型处于声波接收期间（接收器接收到回波），此时N₈、N₉、N₁₀组成的双稳态触发器输出端10为低电平（含2HZ成份），该低电平加至IC₉的输入端2，使IC₉的输出端3为高电平（含2HZ成份），对IC₁₀组成的单稳态电路进行频率调制，此时发光二极管D₅－D₈点亮，喇叭发出颤音警铃报警声。

本实用新型测量过程时序图见图3。IC₄的分频输出（Q₁₂端）为2HZ同步脉冲信号，在Q₁₂为高电平时，N₇、R₁、C₂、W₁组成的振荡电路输出经A6比较器后输出0.4ms脉冲信号（16个脉冲），图中A_6－7是A6比较器第7脚的输出信号波形，该脉冲信号转换成超声波信号由发射器1向外发射，接收器2接收到该声波的回波后，将其转换成39.8KHZ的电脉冲信号输至放大器A₃，使A₃的输出成为脉冲信号，图中A_3－8－是A₃放大器第8脚的输出信号波形，在该脉冲信号的上升沿，IC₈内部禁止输入信号即图中的a信号波形向高电平翻转，其存储输入信号即图中的b信号波形向低电平翻转。当没有收到回波时，IC₈内部禁止输入信号即图中的c信号波形和储存输入信号即图中的d信号波形均在Q₁₂的下降沿翻转。

本实用新型的优点是将其安装在车辆上能准确测出车辆前后障碍物或人与车头或车尾之间的距离，并能进行数显和报警，可提醒驾驶员注意车前障碍或车尾障碍，采取措施，避免撞车，增加驾驶安全性，且不增加驾驶员的操作负担，还可用于其它测距场合作测距仪。

Claims (4)

1、一种防撞测距雷达，由分频器、计数器、显示器、振荡器、放大器、双稳态电路及超声波发射器、接收器等组成，其特征是超声波发射器两端分别接入六倒向缓冲转换器IC₁的输出端2、4(N₁的2和N₂的4)及12、15(N₅的12和N₆的15)，其11、14脚接入7脚，3、5脚接入6脚，9脚接入双电压比较器IC₇的A₆比较器的7脚，10脚接入7脚，构成全桥式发射器电路；超声波接收器一端接四运算放大器IC₅中A₄的输出端14，另一端接电阻R₉后接入四运算放大器IC₅中电压放大器A₃的输入端9；振荡器电路中的二输入四与非门施密特触发IC₂中的N₇的输入端2一路通过电容器C₂接地，另一路接可变电阻W₁和电阻R₁组成串联回路后接入N₇的输出端3和比较器A₆的输入脚5，N₇的输入脚1接入旁路电阻R₂、二极管D₄后串接电容C₁₁后接入分频器中IC₄的2脚和IC₅中的A₁的输入端3；双稳态电路中的IC₂的N₉的输出端10，一路接入电容C₁₂和R₁₃组成的串联回路后至三端稳压器IC₃的输出端2，另一路直接接至计数器电路中IC₈第31

和警铃报警电路中的单时基电路IC₉的输入端2；电容C₁₂和R₁₃的接点处直接接入四异或门IC₆中的N₁₁输入端1，其输入端2直接接地，输出端3接IC₈第34脚

；振荡器电路中的14位串行二进制计数/分频/振荡器IC₄的输入端10串接电阻R₁₁和可变电阻W₂组成串联回路后接电容器C₁₀接入输入端9，输入端11接R₁₂后接入W₂和C₁₀的接点，其输出端2(Q₁₂)一路接IC₈的第33脚 ，另一路接入电容C₁₁后接IC₂中的N₇的输入端1及IC₅中的A₁的输入端3；计数器电路中IC₈的输出接显示器。

2、根据权利要求1所述的防撞测距雷达，其特征在于振荡器电路中的二输入四与非门施密特触发器IC₂中的N₇的输入端2和输出端3中所接电阻R₁，电位器W₁及输入端2所接电容C₂的参数选择使其能与发射器1谐振。

3、根据权利要求1所述的防撞测距雷达，其特征在于振荡电路中的14位串行二进制计数／分频／振荡器IC₄的外接电阻R₁₁、电位器W₂、电阻R₁₂、电容器C₁₀的参数选择使其时钟频率调定在16.7KHZ，其输出端2（Q12）的分频出频率为2HZ，且其所接的C₁₁、R₂串联支路的充放电时间常数选择使振荡器电路连续振荡0.4ms，即16个脉冲。

4、根据权利要求所述防撞测距雷达，其特征在于其双稳态电路中的二输入四与非门施密特触发器IC₂中的N₉输出端10低电平时触发警铃报警电路中的单时基电路IC₉调制时基电路IC₁₀，从而使警铃报警。

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