专利名称：车辆倒车告警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆倒车告警系统，特别是涉及一种使用超声波传感器实现的车辆倒车告警系统。
背景技术：
车辆倒车告警系统是用4个安装在车辆后挡板上的超声波传感器构造而成，用以检测诸如路障、中央隔离墩、电线杆等障碍物，来警告驾驶员已检测到障碍物。
如图1所示，传统的车辆倒车告警系统包括多个超声波传感器10，所述超声波传感器由发射响应驱动信号的超声波的发射器以及接收由目标反射的信号的接收器构成；车辆倒车告警系统还包括将驱动信号发送到各个超声波传感器10的驱动电路20；与驱动电路20一起工作并接收来自各个超声波传感器10的反射信号的反射驱动电路30；将反射驱动电路30接收到各个超声波传感器10的反射信号滤波到一定频率宽度的带宽滤波器40；将滤波到与带宽滤波器40的频率带宽相同频率带宽的反射信号放大到一定放大率的放大电路50；对通过放大电路50的反射信号进行波形检测的波形检测电路60；将检测到的反射信号与基准电压值进行比较，并当反射信号的电压数值大于基准电压数值时，输出高电平信号的比较器70；以及输出驱动各个超声波传感器10的驱动信号、控制驱动电路20和反射驱动电路30的运行以及当从比较器输入高电平信号时输出目标告警信号到告警装置81的中央处理单元(CPU)80。
如图2所示，超声波传感器10包括含有响应通过连接器11输入到CPU80的驱动信号导通-截止的晶体管Q1的开关单元12；包含随晶体管Q1导通-截止输出由变压系数增加超声波震荡信号的变压器T1的变压电路13；由变压器T1的超声波震荡信号驱动、发射一定频率的超声波并接收由目标反射的信号的超声波传感器14；对通过超声波收发器14接收到的反射信号进行钳位的钳位电路15以及根据多个步骤对钳位的反射信号进行放大并通过连接器111输出的放大电路16。
如图3所示，比较器70包括基准信号电平调整电路71，所述基准信号电平调整电路71包括电阻R1、R2和R3、电容器C1和C2；还包括运算放大器72，所述运算放大器72包括由波形检测电路60波形检测反射信号的输入端以及信号电平由基准电平调整电路71调节的基准信号输入端，该运算放大器72在反射信号的电压值大于基准信号的电压值时输出高电平信号。
在传统的车辆倒车告警系统中，超声波传感器10根据CPU 80的控制发射超声波并接收反射信号。反射驱动电路30根据CPU 80的控制接收反射信号。带宽滤波器40对接收到的反射信号只让符合要求的带宽经过，放大电路50再放大该信号。波形检测电路60对经放大的信号进行波形检测。比较器70将该反射信号与基准信号进行比较，CPU 80根据比较的结果判断在传感器10的检测范围内是否有障碍物，并通过告警装置81输出告警信号。
此时，将反射信号的电压值与外部比较器70的基准电压值进行比较。所述外部比较器70包括与CPU 80独立安装的基准信号电平调整电路71和运算放大器72。所述基准信号电平调整电路71包括电阻R1、R2和R3、电容C1、C2。当反射信号的电压值高于外部比较器70的基准电压值时，CPU 80判断出安装在车辆尾部的超声波传感器10的检测范围内存在有某障碍物，从而产生告警。
在有图4的路障90时，如图7所示，当电压值高于比较器的基准信号波形(R)，路障的波形(I)被输入到比较器70，CPU 80据此判断出安装在车尾的超声波传感器10的检测范围内有路障90。
参考图7的波形示意图，CPU 80的超声波传感器10的驱动信号波形(D)是基于具有每1毫秒5.8V电平信号的基准线A，比较器70的基准信号波形(R)是基于具有每毫秒1.00V电平信号的基准线B，而输入信号(反射信号)波形为(I)。如图示，在超声波传感器10启动后2毫秒后可检测到该目标。
实际上，如图2所示，具有集成收发器的超声波传感器10中，由于变压电路13的变压器T1的输出端和超声波收发器14的反射信号输出端都为P1点，如图2所示，因而图7中的驱动信号D电压显著增加并通过变压器T1的输出端传送到超声波收发器14。该信号与在点P1接收到的反射信号叠加时被箝位和放大，并通过反射驱动电路30、带宽滤波器40、放大电路50和波形检测电路60输入到比较器70。因此，收发器集成的超声波传感器10能够在启动后发送和接收信号还没有叠加的1.4毫秒-2.2毫秒之后，即超声波传感器10的触发时间后，检测到该目标。
但是，在传统的车辆倒车告警系统中，使用与CPU 80独立安装的外部比较器70。由于不是路障、中央路墩、电线杆等实际需要告警障碍物，而是例如图4所示的散布于路障90前的碎石91，图5所示的碎石路92以及图6所示的路面带凸起部的碎石93或土堆94等障碍物反射的信号，即使当超声波传感器10的检测信号的电压值稍微大于比较器70的基准电压时，传统的车辆倒车告警系统就可能产生警告。
如图4所示，对于路障90前的碎石91，当电压值稍微高于比较器70(图8)的基准信号波形R的碎石检测信号波形(I’)被输入到比较器70，传统的车辆倒车告警系统会错误地判断安装在车后挡板上的超声波传感器10的检测范围内存在有诸如路障90的某障碍物，进而发出错误的警告。
所以，为了克服上述问题，现有技术对独立于CPU 80安装的比较器70的基准电压值进行了调整。在上述调整工作中，对比较器70的基准信号电平调整电路71的电阻R1、R2和R3以及电容器C1、C2的电容量进行适当调整，使得图7和图8中比较器70的基准信号波形R的倾斜度发生变化。使得基准信号波形R’具有新的斜率。
但是，在上述调整工作中，当独立于CPU 80安装的外部比较器70的基准信号时间常数曲线的斜率改变时，将不能检测到实际需要告警的某些障碍物(例如，路障，道路隔离墩、电线杆等)。即，不能根据图9中的基准信号波形R’检测到对应于路障检测检测信号波形(I)的路障90。
实际上，在调整工作过程中，改变独立于CPU 80安装的外部比较器70的时间常数曲线的倾斜度以便保证能够检测到实际需要告警的障碍物(路障，中央隔离墩，电线杆等)，同时，防止由于图5中碎石路92以及图6所示路面带凸起部的碎石93或土堆94产生错误警告，所述调整工作需要反复进行数十次。因此，调整工作非常困难(需30多天)。

发明内容
因此，本发明的一个目的是为了克服现有技术遇到的问题。
本发明的另一个目的是提供一种车辆倒车告警系统，使用装在CPU内部的可根据输入程序常数值产生各种基准电压值的内部可编程基准电压模块，能够充分检测到实际需要告警的障碍物。此外，还可能容易地识别出实际无须告警的某些障碍物，并顺利快速地执行调整工作。


附图仅提供参考说明，而不对本发明进行限制的。
图1是传统车辆倒车告警系统的框图；图2是图1中超声波传感器的电路图；图3是图1中比较器的电路图；图4是说明需要倒车告警的路障前的碎石的情形的透视图；图5是说明无需倒车告警的碎石路的透视图；图6是说明无须告警的路面带有突起部的碎石、土堆的透视图；图7示出在传统车辆倒车告警系统中测量到的路障检测信号的波形；图8示出在传统车辆倒车告警系统中测量到的路障的碎石检测信号的波形；图9示出传统车辆倒车告警系统在进行调整工作后，测量到的路障检测信号和碎石检测信号的波形；图10是本发明描述的车辆倒车告警系统的框图；图11是说明图10中的中央处理单元的基准电压调整寄存器的结构的示意图；图12是图10中可编程基准电压模块的框图；图13是本发明的车辆倒车告警系统测量到的路障检测信号的波形；图14是在本发明车辆倒车告警系统进行调整工作之前测量到的路障的碎石检测信号的波形；图15是本发明的车辆倒车告警系统在完成调整工作后测量到的路障的碎石检测信号的波形。
具体实施例方式
下面参考附图对本发明的最佳实施例进行描述。
如图10-12所示，多个超声波传感器10安装在车辆后挡板上，每个传感器由能够根据驱动信号发射超声波的发射器帽以及能够接收目标反射的信号的接收器组成。
所构造的驱动电路20用于将驱动信号传送到各个超声波传感器10。
反射驱动电路30与驱动电路20一起工作，接收来自各个超声波传感器10的反射信号。
第一带宽滤波器40a以一定的频率带宽(最好是40Khz)将反射驱动电路30接收到的各个超声波传感器10的反射信号进行滤波。
第二带宽滤波器40b以与第一带宽滤波器40a相同的频率带宽对经过第一次滤波的反射信号进行二次滤波，以增强反射信号的滤波电平。
放大电路50对通过第二带宽滤波器40b的反射信号以某放大率进行放大。
波形检测电路60对通过放大电路50的反射信号进行波形检测。
中央处理单元(CPU)80a包括基准电压调整寄存器71a(图11)和可编程基准电压模块70a，其中，所述基准电压调整寄存器71a设有一定数量的可输出用于设置对应于计时器和超声波传感器10的工作时间的各种程序常数的比特位，所述可编程基准电压模块70a根据基准电压调整寄存器71a的程序常数值输出各种基准电压值。CPU 80a输出用于驱动各超声波传感器10的驱动信号并控制驱动电路20和反射驱动电路30的工作。
CPU 80a将通过波形检测电路60的发射信号的电压值与可编程基准电压模块70a的基准电压数值进行比较。当反射信号的电压值大于可编程基准电压模块70a的基准电压值时，输出目标告警信号到告警装置81，显示告警状态。
工人很容易在0-3.5V范围内通过改变基准电压调整寄存器71a的程序常数值来改变CPU 80a的内置式可编程基准电压模块70a的基准电压值。
CPU 80a最好是微芯片公司(Microchip Corporation)生产的16C64X，PIC16C642或PIC16622.
作为参考，在图11的8位基准电压调整寄存器71a中，R表示可读位，W表示可写位，U表示不可实现的位(读作“0”)，位7的VREN表示使Vref有效，位6的VORE表示使Vref输出有效，位5的VRR表示Vref范围选择，位4表示不能实现，位3-位0的VR3-VR0表示Vref数值选择。
具体地，当位5的VRR为“1”，可编程基准电压模块70a的基准电压值可改变为16个低范围状态，而当位5的VRR为“0”，可编程基准电压模块70a的基准电压值可改变为16个高范围状态。如图12所示，可编程基准电压模块70a能通过16-1模拟多路调制器(Multiplexor)输出32个基准电压值。
实际上，按照本发明的最佳实施例，通过工人简单的调整工作，简单地改变基准电压调整寄存器71a的程序常数值为16个低范围和16个高范围，可使CPU 80a的内部可编程基准电压模块70a的基准电压值分别在0-3.5V范围内进行32个级变化。
下面说明按照本发明的车辆倒车告警系统的工作过程。
CPU 80a分别输出驱动各个超声波传感器10的驱动信号以及操作驱动电路20和反射驱动电路30的信号。所述驱动电路20将驱动信号发送到各超声波传感器10。
此时，各个超声波传感器10对一定目标发射超声波，通过反射驱动电路30的接收器接收反射信号。
反射驱动电路30将来自各个超声波传感器10的反射信号传送到第一带宽滤波器40a。第一带宽滤波器40a以40Khz频率带宽对输入的反射信号进行滤波。第二带宽滤波器40b以40Khz频率带宽对经过第一滤波的反射信号进行二次滤波。
当反射信号经过上述方式被第一次和第二次处理滤波后，放大电路50对反射信号进行放大。由波形检测电路60对经放大的反射信号进行波形检测并被输入到CPU 80a。
此时，CPU 80a将输入的反射信号电压与可编程基准电压模块70a的输出基准电压值进行比较。根据比较结果，当反射信号的电压值大于可编程基准电压模块70a的输出基准电压值，将告警信号传送到告警装置81并运行告警装置81进而通知司机在车辆的尾部有某障碍物。
如图13所示，就图4的路障90，当其电压数值大于可编程基准电压模块70a的基准信号波形(R”)的路障检测信号波形(I’)输入到CPU 80a，CPU 80a判断出在车辆尾侧的超声波传感器10的检测范围存在路障90。
图13是说明CPU 80a的超声波传感器10的驱动信号波形D’的波形示意图，其中，所述驱动信号波形D’基于每1毫秒2.00V的信号电平的基准线A，可编程基准电压模块70a的基准信号波形R”基于每1毫秒1.00V信号电平的基准线B，以及输入信号波形为I”。如图示，有可能在超声波传感器10触发的1.4毫秒后检测到目标。
对图4位于路障90前的无须警告的碎石91，当输入电压值稍大于可编程基准电压模块70a的基准信号波形R1”的碎石检测信号波形I1’时，如图14所示，CPU 80a错误判断在车辆尾部的超声波传感器10的检测范围内存在诸如路障90障碍物，进而产生错误告警。如图14所示，在超声波传感器10的启动时间起的5-6毫秒内，路障90前无须警告的碎石91可以被检测到。
所以，为了克服错误警告无须告警的路障90前的碎石91的问题，应进行调整工作，以调整可编程基准电压模块70a的输出基准电压。
此时，将一定的程序常数值输入到用于设置基准电压值的基准电压调整寄存器71a，所述基准电压值响应超声波传感器10的工作时间是可识别的，并应用于可编程基准电压模块70a。如图15所示，在上述调整工作中，相对于超声波传感器10的启动时间的5-6ms的基准电压值，对图14的超声波传感器10的启动时间5-6ms时，被设置为高于输入到CPU 80a的反射信号值。
所以，在调整工作中，可通过自由地改变响应超声波传感器10工作时间进行识别的基准电压调整寄存器71a的输入程序常数值，以改变可编程基准电压模块70a的输出基准电压值。因此，有可能克服由于无须告警的路障90前的碎石91引起的错误告警问题。
在本发明中，可编程基准电压模块70a的输出基准电压值，可根据程序常数值的变化在0-3.5V范围内进行32个级别变化，以响应超声波传感器10的工作时间来识别路障90、路障90前的碎石91、碎石路92以及路面有突起部的碎石93或土堆94。上述调整工作平均每天进行10次，使得完成所要求的车辆倒车告警系统调整工作成为可能。
如图7-图9所示，采用独立于CPU 80安装的外部比较器70的传统车辆倒车告警系统的调整工作中，通过改变时间常数曲线的倾斜度来改变基准信号波形的全部信号电平。然而，如图13-14所示，在本发明采用安装在CPU 80a内部的基准电压调整寄存器71a和可编程基准电压模块70a中，无须改变基准信号波形的整个信号电平。即，在本发明中，在基准波形中仅对需要调整工作部分的信号电平进行改变，就能根据超声波传感器10的工作时间进行识别，这样就有可能快速完成调整工作。
如上所述，在按照本发明的车辆倒车告警系统中，使用安装在CPU内部，能够根据输入程序常数值产生各种基准电压值的内置式可编程基准电压模块，完全检测出需要告警的障碍物，再自由进行调整工作来识别无须告警的障碍物。所以，在本发明中，有可能实现与传统的使用独立于CPU安装的外部比较器的传统车辆倒车告警系统相比更有效的调整工作。调整时间显著减少，使调整时间从30天减少到1天成为可能。此外，在本发明中，可以避免传统的车辆倒车告警系统中出现的差错，从而增强了本发明系统的性能。
此外，在按照本发明的车辆倒车告警系统中，由于反射信号以相同频率带宽被两次滤波，增强了目标检测性能，提高了系统的可靠性和性能。
由于本发明可以有几种方式来实施而不偏离其精髓和实质特征，应该理解为，除非有其它描述，本发明的上述实例并不受前面说明书任何细节限制，而由所附权利要求书限定其精髓和范围，因此可以对在符合权利要求书的要求和范围，或者其要求和范围的等价的条件下进行任何修改和变化。
权利要求
1.一种车辆倒车告警系统，其特征在于包括多个安装在车辆尾部的由能够根据驱动信号发射超声波的发射器以及能够接收目标反的射信号的接收器组成的超声波传感器10，将驱动信号传送到各个超声波传感器10的驱动电路20；与驱动电路20协同运行、接收来自各个超声波传感器10的反射信号的反射信号驱动电路30；以一定的频率带宽，首先对由反射驱动电路30接收的各个超声波传感器10的反射信号进行滤波的第一带宽滤波器40a；以与第一带宽滤波器40a相同的频率带宽，对经第一带宽滤波器滤波后的反射信号进行二次滤波的第二带宽滤波器40b；以一定放大率对通过第二带宽滤波器40b的发射信号进行放大的放大电路50；对通过放大电路50的反射信号进行波形检测的波形检测电路60，以及包含有基准电压调整寄存器71a和可编程基准电压模块70a的中央处理器(CPU)80a，所述基准电压调整寄存器71a输出用于设置各种基准电压值的各种程序常数值以便根据计时器和超声波传感器10的操作进行识别，所述可编程基准电压模块70a根据来自基准电压调整寄存器71a的程序常数值输出各种基准电压值，其中，所述CPU 80a输出驱动各个超声波传感器10的驱动信号，控制驱动电路20和反射驱动电路30的操作，以及将通过波形检测电路60的反射信号的电压值与可编程基准电压模块70a的基准电压值进行比较，以及当反射信号的电压值大于可编程基准电压模块70a的基准电压值时，输出目标告警信号到告警装置81。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述CPU80的内置可编程基准电压模块70a，根据来自基准电压调整寄存器71a的程序常数值，输出0到3.5V范围内32个电平的基准电压值。
全文摘要
本发明涉及一种车辆倒车告警系统。在本发明中，使用安装在CPU内部能够根据输入程序常数值产生各种基准电压值的内置式可编程基准电压模块，完全检测出需要告警的障碍物并准确检测出无须告警的障碍物。因此，在本发明中，与使用独立于CPU安装的外部比较器的传统车辆倒车告警系统相比，调整工作可快速完成。本发明使调整工作所需要的时间大幅度减少成为可能，可从30天减少为1天。
文档编号G01S13/04GK1598614SQ20041005532
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月18日 优先权日2003年8月19日
发明者金镐卿 申请人:现代汽车网络株式会社