一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，包括顺序相连的超声波测距模块组、超声波测距模块组收发控制电路、主控单元，所述超声波测距模块组包括处于同一高度的位于中心位置的中心模块组、位于中心模块组两侧的左模块组和右模块组，其中中心模块组包括竖直向下设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超声波测距模块二、斜向上设置的超声波测距模块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测距模块四、斜向上设置的超声波测距模块五，右模块组包括斜向下设置的超声波测距模块组六、斜向上设置的超声波测距模块七。本发明的系统及方法，利用七个超声波测距模块的特定组合形式，将探测预警范围拓展到三维空间并锁定障碍物具体方位。
【专利说明】一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置及方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声波测距领域，特别涉及一种基于多个超声波探测器的障碍物检测 报警装置及方法。

【背景技术】
[0002] 目前，在测距技术方面，除超声波探测外，被广泛使用的有核辐射测距、微波测距、 光学测距等。但超声波测位移有很多优点，与放射性技术相比不需防护；与目前的激光测距 相比，超声技术虽在精度上略逊一筹，但比较简单、价格低廉；更重要的是在恶劣环境下，激 光测距将受到严重干扰，此时超声测量的高精度就会体现出来。
[0003] -般来说，超声波位移测量无须有运动的部件，所以在安装和维护上占有很大的 优越性。超声波位移测量具有很大的适应性，因此，在使用要求不大时，超声测距作为一种 成熟的非接触式测量技术，在测距与避障等相关领域广泛应用。
[0004] 一般的超声波测距探头大都测量范围狭小，很多仅能探测正前方的障碍物，对周 围环境难以进行准确探测；现有的一些改进型超声波测距仪器，尽管采用了多个超声波收 发模块，但由于未能有效地超声波模块组合起来，仍然存在探测盲区多、范围小等问题，不 能实现三维立体检测，对三维空间进行避障，尤其是像避开护栏这些近地面部分被掏空的 物体，或者进出像车门这些需要屈首来避免碰撞的场合，普通的超声波探测仪难以满足我 们的需求。
[0005] 因此，有必要设计一种新的障碍物检测报警装置来满足人们的需求。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于多个超声波探测器 的障碍物检测报警装置。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警方法。
[0008] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：
[0009] -种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，包括顺序相连的超声波测距 模块组、超声波测距模块组收发控制电路、主控单元，以及与主控单元相连的供电装置、蜂 鸣器，所述的超声波测距模块组有三组，分别为位于中心位置的中心模块组，位于中心模块 组两侧的左模块组和右模块组，三组模块组处于同一高度，其中中心模块组包括坚直向下 设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超声波测距模块二、斜向上设置的超声波测距模 块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测距模块四、斜向上设置的超声波测距模块五，右 模块组包括斜向下设置的超声波测距模块组六、斜向上设置的超声波测距模块七。
[0010] 所述的斜向下设置的超声波测距模块二、四、六与坚直方向的夹角范围为25?65 度。实际应用中，根据放置位置和具体需要而定。
[0011] 所述的斜向上设置的超声波测距模块三、五、七与水平方向的夹角范围为〇?65 度。实际应用中，根据放置位置和具体需要而定。
[0012] 所述的左模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30?60度， 所述的右模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30?60度。
[0013] 所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，还包括与主控单元相连接 IXD显示屏。
[0014] 所述的超声波测距模块带有温度补偿装置。
[0015] 本发明的另一目的通过以下的技术方案来实现：
[0016] 一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警方法，包含以下顺序的步骤：
[0017] S1.主控单元通过三个收发控制电路分别控制中心模块组、左模块组、右模块组初 始化其中左模块组、右模块组分别位于中心模块组同一高度的两侧；
[0018] S2.中心模块组、左模块组、右模块组的超声波测距模块接收到主控单元的探测命 令后开始工作，其中中心模块组包括坚直向下设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超 声波测距模块二、斜向上设置的超声波测距模块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测 距模块四、斜向上设置的超声波测距模块五，右模块组包括斜向下设置的超声波测距模块 组六、斜向上设置的超声波测距模块七；
[0019] S3.七个超声波测距模块将探测的七个距离数值同时传输给主控单元，主控单元 对七个距离数值进行并行处理分析，并判断行动方向上是否具有威胁性障碍物；
[0020] S4.若任意方向存在威胁性障碍物，则主控单元驱动蜂鸣器发出三声短促的蜂鸣 警报提示音，若无威胁则不发出提示音；同时将主控单元具体判断结果显示在LCD显示屏 上。
[0021] 所述的步骤S3具体包含步骤：
[0022] (1)设安全高度％和安全浮动距离％，设超声波测距模块一对地距离为h，斜 向下设置的超声波测距模块二、四、六与坚直方向的夹角为Θ，斜向上设置的超声波测 距模块三、五、七与水平方向的夹角为Y，则超声波测距模块二、四、六的安全探测距离

【权利要求】
1. 一种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，包括顺序相连的超声波测距模 块组、超声波测距模块组收发控制电路、主控单元，以及与主控单元相连的供电装置、蜂鸣 器，其特征在于：所述的超声波测距模块组有三组，分别为位于中心位置的中心模块组，位 于中心模块组两侧的左模块组和右模块组，三组模块组处于同一高度，其中中心模块组包 括坚直向下设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超声波测距模块二、斜向上设置的超 声波测距模块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测距模块四、斜向上设置的超声波测 距模块五，右模块组包括斜向下设置的超声波测距模块组六、斜向上设置的超声波测距模 块七。
2. 根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在 于：所述的斜向下设置的超声波测距模块二、四、六与坚直方向的夹角范围为25?65度。
3. 根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在 于：所述的斜向上设置的超声波测距模块三、五、七与水平方向的夹角范围为〇?65度。
4. 根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在 于：所述的左模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30?60度，所述的 右模块组的探测平面与中心模块组的探测平面的夹角范围为30?60度。
5. 根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在 于：所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，还包括与主控单元相连接LCD 显示屏。
6. 根据权利要求1所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警装置，其特征在 于：所述的超声波测距模块带有温度补偿装置。
7. -种基于多个超声波探测器的障碍物检测报警方法，其特征在于，包含以下顺序的 步骤：
51. 主控单元通过三个收发控制电路分别控制中心模块组、左模块组、右模块组初始 化，其中左模块组、右模块组分别位于中心模块组同一高度的两侧；
52. 中心模块组、左模块组、右模块组的超声波测距模块接收到主控单元的探测命令后 开始工作，其中中心模块组包括坚直向下设置的超声波测距模块一、斜向下设置的超声波 测距模块二、斜向上设置的超声波测距模块三，左模块组包括斜向下设置的超声波测距模 块四、斜向上设置的超声波测距模块五，右模块组包括斜向下设置的超声波测距模块组六、 斜向上设置的超声波测距模块七；
53. 七个超声波测距模块将探测的七个距离数值同时传输给主控单元，主控单元对七 个距离数值进行并行处理分析，并判断行动方向上是否具有威胁性障碍物；
54. 若任意方向存在威胁性障碍物，则主控单元驱动蜂鸣器发出三声短促的蜂鸣警报 提示音，若无威胁则不发出提示音；同时将主控单元具体判断结果显示在LCD显示屏上。
8. 根据权利要求7所述的基于多个超声波探测器的障碍物检测报警方法，其特征在 于，所述的步骤S3具体包含步骤： (1)设安全高度Η〇和安全浮动距离％，设超声波测距模块一对地距离为h，斜向下设置 的超声波测距模块二、四、六与坚直方向的夹角为Θ，斜向上设置的超声波测距模块三、五、 七与水平方向的夹角为Y，则超声波测距模块二、四、六的安全探测距离
，超声 波测距模块三、五、七的安全探测距离
设F、L、R分别为超声波测距模块二、四、六的实际探测距离，f、1、r分别为超声波测距 模块三、五、七的实际探测距离； (2) 主控单元判断D-D/FO+D^，若是则输出i = 0到下一步，若不是则输出i = 1到下 一步； (3) 主控单元判断D-D/IKD+D^，若是则输出i = 0到下一步，若不是则输出i = i+2到 下一步； (4) 主控单元判断D-DQ〈L〈D+DQ，若是则输出i = 0到下一步，若不是则输出i = i+4， 由此得到最终的i值； (5) 主控单元判断，若是则输出j = 0到下一步，若不是则输出j = 1到下一步； (6) 主控单元判断KH-D^，若是则输出j = j+Ο到下一步，若不是则输出j = j+2到下 一步； (7) 主控单元判断1〈H-D。，若是则输出j = j+Ο到下一步，若不是则输出j = j+4,由此 得到最终的j值； (8) 主控单元根据不同组合情况判断是否出现障碍物以及出现障碍物的位置。
【文档编号】G01S15/08GK104142501SQ201410310831
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】黄韬, 李晓杰, 王世伟, 吴育奋, 刘思佳 申请人:华南理工大学