[发明专利]一种用于汽车倒车的超声波测距系统

说明书

技术领域

本发明涉及测距系统，特别是一种测距范围大、电路简单的新型超声波测距系统。

背景技术

    在汽车倒车时，需要非接触测距的方法 激光红外线和超声波是非接触测距中较常采用的测量介质激光测距虽然测距精度高，操作简单，但是受环境的影响比较大，且系统检测不易维护，价格也比较昂贵红外测距易受环境光照度和光线色彩的影响，而且测量精度不高。相比较前两者，超声波是机械波，具有不受光线影响，不受电磁干扰，成本低等特点，能够定点和连续测量物位，在有灰尘烟雾有腐蚀等恶劣环境下具有较好的适应能力，广泛应用于物位测量机械手控制倒车雷达机器人避障以及其他一些工业现场等方面。因此，近些年来，人们对超声测距进行了很多的探讨和研究。但是，目前所研究的超声波测距传感器测距范围普遍较小，线性度和重复性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在保证线性度和重复性的前提下，测量范围较大的用于汽车倒车的超声波测距系统。

为解决上述技术问题，本发明采用了一种用于汽车倒车的超声波测距系统，包括单片机、超声波发射与接收电路、温度补偿电路和显示模块，所述超声波发射与接收电路由反激交换器驱动电路、超声波换能器电路和集成电路组成；所述超声波发射与接收电路、温度补偿电路和显示模块分别与单片机连接。

进一步地，所述集成电路采用PW0268。

该用于汽车倒车的超声波测距系统采用反激变换器不仅将发射超声波的功率大幅度提高，而且有利于回波信号的判断和接收，提高了测距系统的灵敏度和准确性。接收超声波时使用，PW0268内集成的时控增益放大器补偿了信号在波程中的幅值衰减，准确获得了回波信号，进而测算出了距离值。经过测试，该测距系统不仅测量方法简单，电路结构清晰，成本较低，而且测距性能优良，可应用于工业非接触测距等场所。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

具体实施方式

如图1所示为用于汽车倒车的超声波测距系统框图，该超声波测距系统的主控部分是C8051F320单片机，它是完全集成的混合信号片上系统型微处理器，具有高达25MIPS的高速流水线结构的微控制器内核，拥有全速非侵入式的在系统调试接口。在超声波测距系统中采用这款微处理器的主要原因是它具有5个捕捉/比较模块和具有看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列，这不仅使测算回波时间非常方便和准确，而且可以同时控制5个超声波测距模块工作。

该超声波测距系统的发射与接收部分主要是由反激变换器和专用集成电路PW0268构成的。反激变换器相对于正激式的变换器的主要优点是不需要输出滤波电感，这一点对减小变换器体积，降低成本很重要。PW0268是超声波测距的专用集成电路，片内有两组可调式RC振荡器，一个是系统参考时基，另一个是超声波振荡频率。超声波RC振荡器具有自动变频的功能，可以修正因温度而造成换能器谐振频率的飘移。片内还集成了一个32阶增益的时控放大器，它可以方便的补偿超声波在波程中幅值的衰减。PW0268还内置一个仅需外加少量电阻及电容组成的带通滤波器，以及一个高速比较器，可将放大后的回波信号转换成微处理器可处理的TTL数字信号

另外，由于集成了环境温度补偿和LCD显示电路，该测距系统还具有声速实时补偿，测量结果实时显示等功能。

超声波的发射与接收电路是该超声波测距系统的核心电路，主要包括反激变换器驱动换能器电路和PW0268外围电路。

该超声波测距系统的超声波发射电路中借鉴了开关电源中常用的反激变换器，对超声波驱动的电压信号进行了大幅度的抬升，使发出的超声波信号足够强以有利于回波信号的准确判断。

该超声波测距系统中PW0268的最大优势是其内部集成了时控放大器，其增益是以220/F为步进递增的，其中F是指PW0268的系统时钟频率，它是根据所要测量的最大距离计算得出的。对于最大测量距离为5m的测距系统而言，在发出脉冲串后，时控放大器的增益会每过0.92ms步进1个台阶，进而补偿超声波在波程中幅值的衰减。

为标定该超声波测距系统测量精度，使用硬平木板作障碍物进行测量，并用钢卷尺测量实际距离作为标准值。经过测试验证，该超声波测距系统测量盲区约为300mm，在(500～5000)mm范围内对系统进行了2次正反行程的标定实验，并对实验数据进行了分析和计算，测试数据如下表所示。由此计算出该测距系统静态特征指标，线性度为0.11%，重复性为0.15%，迟滞为0.10%。

               正反行程实验数据表               mm