CN2791663Y - 汽车倒车提示器 - Google Patents

Abstract

一种汽车倒车提示器，包括控制单元、超声测距模块、人体探测模块、数码显示器和语音读数及报警器，超声测距模块和人体探测模块分别与控制单元的不同输入端连接，控制单元的不同输出端分别与所述的数码显示器和语音读数及报警器连接。超声波测距应用于汽车倒车可以有效防止倒车时可能发生事故，保障行人与车辆自身安全。红外检测系统运用新型热释红外传感器对人体进行探测，当车后有人出现后发出报警信号。超声波测出车后的距离用数字显示及语音提示、车后有人时有语音报警。本实用新型融合超声波测距技术、红外探测技术、语音技术为一体。具有集成度高，测量数据精度高、性价比高等特点。具有较强的实用价值和广阔的市场前景。

Description

汽车倒车提示器

技术领域

本实用新型涉及一种汽车倒车提示器，具体是一种在汽车倒车时能够检测车后的障碍物(包括人体)的距离，并能够探测是否有人在车后，以及显示障碍物或人体的距离和用语音读出该距离或提示有人在车后。

背景技术

现代汽车测距主要有微波测距、激光测距和超声波测距等多种方法。微波系统测距范围较远，由于采用相控阵天线成像技术，已达到了实用化的程度，只是目前成本居高不下。国内已有公司设计出激光汽车防撞系统样品，但由于激光波束较窄、路障报告率偏低而暂时不能推广。现有的倒车提示器主要功能是在倒车时只有固定的语音提示，而没有有关车后障碍物或人员的任何信息，驾驶员只能通过向后观察了解相关情况，当对于较低的障碍物或人员则不能看到。由于倒车而导致的事故时有发生。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种汽车倒车提示器，以便在汽车倒车时能够检测车后的障碍物(包括人体)的距离，并能够探测是否有人在车后，以及显示障碍物或人体的距离和用语音读出该距离或提示有人在车后。

本实用新型的技术方案是：包括控制单元、超声测距模块、人体探测模块、数码显示器和语音读数及报警器，超声测距模块和人体探测模块分别与控制单元的不同输入端连接，控制单元的不同输出端分别与所述的数码显示器和语音读数及报警器连接。

所述的控制单元由两片CPLD集成电路及常规外围电路相互连接构成。

所述的超声测距模块包括发射电路和接收电路，该发射电路包括放大器和超声波发射头，放大器的输入端与所述的控制器的超声波输出端连接，放大器的输出端与超声波发射头连接；所述的接受电路包括超声波换能器和信号处理电路，超声波换能器通过信号处理电路后与所述的控制单元的对应输入端连接。

所述的人体探测模块由热释红外传感器和处理电路构成。

所述的处理电路由热释红外检测专用集成电路BISS0001与常规外围电路连接而成，由该电路输出的信号传送给CPLD进行判断，并控制语音芯片进行提醒车后行人情况。

所述的语音读数及报警器包括单片语音录放电路ISD25120、、一个麦克风、一个喇叭、两个按钮和常规连接的电阻电容。

所述的数码显示器采用CPLD直接通过限流电阻驱动四位七段数码管显示。

所述的四位七段数码管采用循环扫描方式，即CPLD通过四个I/O口SEL_BUFF[3..0]使四位数码管的COM1、COM2、COM3、COM4依次出现低电平的同时，在A、B、C、D、E、F、G、H七个管脚送出所要显示的数据，扫描频率在千赫兹左右。

在所述的控制单元设有温度采集模块，用于检测和采集周围的温度并将相应的数据输送到控制单元，由该控制单元进行处理后对所述的超声波测距模块进行温度补偿，消除温度变化对测距精度的影响。

声波的发射和接收是自然界中的普遍现象。频率低于20KHz的声波人耳可辨，进行着各式各样、错综复杂的自然声音传递，因背景复杂而不利做测试媒体使用。频率高于20kHz的超声波不仅波长短、方向性好、而且能够呈射线定向传播，碰到界面就会有显著反射。这些特性有利于选用超声波做媒体，测定物体的位置、距离甚至形状等。超声波不受无线电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计。另外，超声波的发射接收探头价格低廉，国内有很多工厂在大量生产，性能稳定，选择的余地也很大，超声系统成本低、性能稳定可靠。

超声波测距应用于汽车倒车可以有效防止倒车时可能发生事故，保障行人与车辆自身安全。红外检测系统运用新型热释红外传感器对人体进行探测，当车后有人出现后发出报警信号。超声波测出车后的距离用数字显示及语音提示、车后有人时有语音报警。

本实用新型采用复杂可编程逻辑器件作为控制核心，它将控制超声波发射和接收电路进行距离测量，并设计了温度采集电路用来修正系统的测量误差。红外检测系统还运用新型热释红外传感器对人体进行探测，当车后有人出现后发出报警信号，复杂可编程逻辑器件将控制语音芯片把测量数据自动读出，并报告车后状况。

本实用新型融合超声波测距技术、红外探测技术、语音技术为一体。具有集成度高，测量数据精度高、性价比高等特点。具有较强的实用价值和广阔的市场前景。

附图说明

图1是本实用新型的构成电路框图；

图2是本实用新型的控制单元的实施例电路图；

图3是本实用新型的超声波测距模块的发射电路的实施例电路图；

图4是本实用新型的超声波测距模块的接收电路的实施例电路图；

图5是本实用新型的人体探测模块的实施例电路图；

图6是本实用新型的温度采集模块的实施例电路图；

图7是本实用新型的语音读数及报警器的实施例电路图；

图8是本实用新型的数码显示器的实施例电路图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型总体构成包括控制单元1、超声测距模块2、人体探测模块3、温度采集模块4、数码显示器5和语音读数及报警器6，超声测距模块2、人体探测模块3和温度采集模块4分别与括控制单元1的不同输入端连接，控制单元1的不同输出端分别与所述的数码显示器5和语音读数及报警器6连接。

参见图2，本实用新型的控制单元1由两片CPLD(即ALTERA公司生产的EPM7128SLC84-15)为核心配以常规外围电路相互连接组成。其中FENPIN_40K、FENPIN20000是时钟产生模块，KONNGZHI是超声波发射接收控制模块，LUCHENG_LI是距离计量模块，SEL_4和DISP是显示模块，ISD25120是语音芯片控制模块。CPLD内部超声波控制电路总体设计：本题测量周期定为0.5秒因此定时启动模块每0.5秒发出一低脉冲信号给发送控制模块，发送模块将立即启动送出32个频率为40KHZ的方波给外围发射电路把超声波信号发送出去。同时还启动接收控制模块，此模块将负责超声波信号接收控制，它将屏蔽掉干扰信号(主要是未经过反射而直接从发射探头绕射回来的信号)和二次回波信号，并在启动信号和接收到有效信号期间给出计数阀门信号，此信号将是渡越时间计量模块的计时起始结束的标准。渡越时间计量及距离计算模块是系统测距的关键所在，它通过一个单独时钟对(该时钟频率受温度测量模块的数据控制)其周期将始终保持在或接近声波在现在温度下传播2毫米所用的时间。这样计数器每收到一个计数时钟脉冲就加一计数，对应的距离增加1毫米，计数器将数据输出到数码显示模块去显示。

参见图3和图4，本实用新型的超声测距模块2由发射电路和接收电路组成。

超声波发射电路采用CPLD来产生传感器驱动控制信号，再由CPLD控制将其送至由两个三极管Q1和Q2组成的放大器(反相器)和超声波发射头X1的发射电路中发射出去。

本系统要求精确发出40KHZ的方波送到超声波发射头X1上作为驱动信号，在CPLD控制下产生的驱动信号稳定性好，精度高，与传感器的频率匹配度比传统型的要高得多。

由于CPLD输出电流比较小不足以驱动超声波发射探头X1发出足够强度的超声波信号，因此用一反相器拉升输出电流，该反相器由2个9018复合而成。如图3所示。

参见图4，所述的接收电路由接收换能器M(超声波接收探测头)、运算放大器Q、比较器等环节组成。超声波碰到障碍物会发生透射和反射，其中反射到探头M的超声波被换能器变成电压信号。由于超声波在空气中衰减较严重，探头接收到的反射波很微弱，故换能器输出的电压信号也很微弱(毫伏级)，为此设计了将信号放大100万倍左右的放大电路。采用三级放大：前两级各放大100倍，采用高速精密放大器NE5532，其带宽为10MHz，放大倍数为100倍时，能充分满足要求。

第三级采用NE5534运算放大器，带宽10MHZ对于100倍的放大倍数，能充分满足条件。

放大后的交流信号经光UA741电压跟随后进入比较器LM311，比较器的作用是将交流信号整形输出一个方波信号，此方波信号送回CPLD处理。

参见图5，所述的人体探测模块3由热释红外探头和处理电路构成。所述的处理电路由热释红外检测专用集成电路BISS0001与常规外围电路连接而成，由该电路输出的信号传送给CPLD进行判断，并控制语音芯片进行提醒车后行人情况。

参见图6，所述的温度采集系统以CPLD为控制核心，温度采集硬件部分主要有A/D转换器AD0809及其接口电路，温度传感器AD590及其接口电路。主要功能是通过A/D转换将传感器AD590采集到的温度信号转换为数据，将数据发送到超声波测距模块，对其计数时钟的的频率进行修正。由于只用一路数据采集所以AD0809的A，B，C三端分别连接好电平值选中任选一路通道即可。ADC0809的8位数据输出是带有三态缓冲器的，由输出允许信号(OE)控制，所以8根数据线可直接与CPLD的8个I/O口相接。地址锁存信号(ALE)和启动转换信号(START)，输出允许信号(OE)也由CPLD产生。CPLD中的分频电路分频出的40KHZ方波送到ADC0809作为时钟信号。转换完成信号EOC送入CPLD的端口，通过查询方式就可以完成温度数据的采集。

采用电桥电路用两极运放构成电平转换放大电路。采用高精度运放OP07，将微弱的电流信号放大为0-5V之间的电压，R1、R2起到矫正作用，调整R1、R2两个电阻的参数，使得在0℃的时候输出电压为0V，50℃的时候输出电压为5V。经过该电路处理，输出的电压值与温度具有很好的线性度，并且精度和灵敏度都比较高。

参见图7，本实用新型的语音读数及报警器6采用的语音录放芯片为为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路ISD25120。与市场现有定制好的语音IC(例如市场上的“倒车请注意”语音IC)相比不仅语音质量优美，而且语音可以自己自由定制语音内容，比如可以录入自己家人的提醒语音，这样驾驶人员听了会倍感亲切，提醒效果更好。

ISD25120由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利——直接模拟存储技术(DAST TM)实现的。利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。该语音读数及报警器6具有以下特点：

1)使用方便的单片录放系统，外部元件最少。

2)重现优质原声，没有常见的背景噪音。

3)放音可由边沿或电平触发。

4)无耗电信息存储，省掉备用电池。

5)信息可保存100年，可反复录放10万次。

6)较强的分段选址能力可处理多达600段信息。

7)具有自动节电模式。

8)录或放后立即进入维持状态，仅需0.5μA电流。

9)单一5伏电源供电。

本实用新型以CPLD为控制核心对语音芯片进行寻址组合放音将距离用优美的语音读出来，无需占用驾驶员的视觉，驾驶员可以全神贯注地注视车前场景，因而倒车更加轻松、更加安全。

参见图8，本实用新型采用CPLD直接通过限流电阻驱动四位七段数码管显示，为了进一步降低功耗，还采用循环扫描方式，即CPLD通过四个I/O口SEL_BUFF[3..0]使四位数码管的COM1、COM2、COM3、COM4依次出现低电平的同时在A、B、C、D、E、F、G、H七个管脚送出所要显示的数据，由于扫描频率在千赫兹左右，所以人眼所见到的数据依然是稳定的。

本实用新型以两片与单片机不同的是CPLD支持并行处理技术，所以超声波测距、温度测量、语音芯片的控制都是采用并行的处理方式。CPLD通过定时器在启动超声波电路进行测距的同时也启动AD0809对温度传感器AD590进行温度采集，返回的温度数据将对超声波测距控制电路进行温度补偿和修正，以提高系统测量精度。此外，CPLD同时还监测人体探测模块的输出信号，把超声波、热释红外探测、温度测量模块的数据进行综合处理后送往人机界面模块，当有人出现后，通过数码管进行显示出距离并由CPLD控制语音芯片将数据用语音组合读出来。

本实用新型具体功能和指标：

1).超声波测距功能：可以有效测量出车后方3.5米内的障碍物或行人与车的距离，测量精度为0.01米。(由于时间和器件限制本题没有加大发射功率，如果需要更远的距离只需增加功率放大电路和超声波探头的功率，CPLD程序作适当的修改就可以)。

2).人体探测功能：可以探测车后5到7米的走动的人体。对于与车相对静止的人无法探测到，不过由于倒车时车与行人保持相对静止的可能性非常小，因此可以说能很可靠的监测车后人体的有无，如果进入超声波测量范围内亦可以测出距离。

3).温度测量功能：系统可以对环境温度进行实时监测并对超声波测距电路进行修正。范围0至50摄氏度，精度为0.2摄氏度。

4).良好的人机界面：系统用四位红色数码管适时显示车后测量范围内的障碍物距离，按读音键可以用语音连贯读出距离值。系统可以区分出车后是行人还是障碍物，无人时三色发光二极管发绿色光，在超声波探测范围外有人后发红光，进入超声波探测范围内发光管变为橙色。如果有人体突然出现在车后，系统将自动启动语音芯片报出离车的距离并警告驾驶员车后有人。加入语音系统后，可以让驾驶员将视野更好的集中在车外情况而不必分散精力看显示屏的数值。

5).电源：实际应用中可以采用汽车12伏直流电瓶供电，经过电源变换电路转换出-12伏和+5伏电源对电路供电。本题在实验室条件下采用220伏市电经过变压器和电源稳压电路得出所需电源。

Claims (9)

1、一种汽车倒车提示器，其特征在于：包括控制单元、超声测距模块、人体探测模块、数码显示器和语音读数及报警器，超声测距模块和人体探测模块分别与控制单元的不同输入端连接，控制单元的不同输出端分别与所述的数码显示器和语音读数及报警器连接。

2、根据权利要求1所述的汽车倒车提示器，其特征在于：所述的控制单元由两片CPLD集成电路及常规外围电路相互连接构成。

3、根据权利要求1所述的汽车倒车提示器，其特征在于：所述的超声测距模块包括发射电路和接收电路，该发射电路包括放大器和超声波发射头，放大器的输入端与所述的控制器的超声波输出端连接，放大器的输出端与超声波发射头连接；所述的接受电路包括超声波换能器和信号处理电路，超声波换能器通过信号处理电路后与所述的控制单元的对应输入端连接。

4、根据权利要求1所述的汽车倒车提示器，其特征在于：所述的人体探测模块包括热释红外传感器和处理电路。

5、根据权利要求1所述的汽车倒车提示器，其特征在于：所述的处理电路由热释红外检测专用集成电路BISS0001与常规外围电路连接而成，由该电路输出的信号传送给CPLD进行判断，并控制语音芯片进行提醒车后行人情况。

6、根据权利要求1所述的汽车倒车提示器，其特征在于：所述的语音读数及报警器包括单片语音录放电路ISD25120、、一个麦克风、一个喇叭、两个按钮和常规连接的电阻电容。

7、根据权利要求2所述的汽车倒车提示器，其特征在于：所述的数码显示器采用CPLD直接通过限流电阻驱动四位七段数码管显示。

8、根据权利要求7所述的汽车倒车提示器，其特征在于：所述的四位七段数码管采用循环扫描方式，即CPLD通过四个I/O口SEL_BUFF[3..0]使四位数码管的COM1、COM2、COM3、COM4依次出现低电平的同时，在A、B、C、D、E、F、G、H七个管脚送出所要显示的数据，扫描频率在千赫兹左右。

9、根据权利要求1～8任何一项所述的汽车倒车提示器，其特征在于：在所述的控制单元设有温度采集模块，用于检测和采集周围的温度并将相应的数据输送到控制单元，由该控制单元进行处理后对所述的超声波测距模块进行温度补偿，消除温度变化对测距精度的影响。

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