專利名稱：激光測距防撞儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于防撞裝置，特別是涉及一種激光防撞儀。
背景技術：
工業(yè)控制中，行車防撞裝置是對行車的安全操作提供保護的重要設備。目前國內外投入 使用的行車防撞裝置的主要特點是1)多數(shù)行車防撞儀采用光電開關或行程開關作為防撞保 護的信號產(chǎn)生單元，報警距離設定復雜而且有一定的誤差。2)部分行車防撞儀使用紅外傳感 技術，是將距離量轉換為某種模擬量并對其進行檢測，這類行車防撞儀采用非接觸方式實現(xiàn) 距離的檢測，能避免因長期使用而帶來的誤差，但通常采用模擬的方式調整報警限制距離， 經(jīng)常需要人工校零，技術維護工作量大，并且易受環(huán)境(如環(huán)境溫度、空氣質量等)的影響。 發(fā)明內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種激光測距防撞儀，該激光測距防撞儀使用 自行研制的激光信號調理單元，配合激光發(fā)射驅動單元和調理信號處理單元構成激光測距模 塊，實現(xiàn)激光測距功能；激光測距模塊與變送單元構成激光測距變送器和防撞控制盒相連； 整個系統(tǒng)實時性強，精度高，可靠性好，使用較方便。
本實用新型所采用的技術方案是還包括變送單元和激光測距模塊，變送單元和激光測 距模塊組成激光測距變送器，激光測距變送器和防撞控制盒相連。
本實用新型具有以下優(yōu)點
1、 實時檢測并顯示行車與左右障礙物間的距離，特有的激光測距技術能保證檢測結果具 有很高的精度和可靠性；
2、 可以啟動聲光報警或者觸發(fā)控制繼電器動作，以實現(xiàn)保護行車的功能，預警距離和制 動距離可以通過按鍵設置。當行車與左右障礙物的距離小于設置的制動距離時，控制繼電器 直接動作，將行車制動，蜂鳴器發(fā)出連續(xù)響聲，同時紅色報警燈亮；當行車與左右障礙物的 距離大于設置的制動距離，且小于預警距離時，控制繼電器不動作，蜂鳴器發(fā)出連續(xù)響聲， 同時黃色報警燈亮；當行車與左右障礙物的距離大于設置的預警距離時，控制繼電器不動作， 蜂鳴器不發(fā)出響聲，同時指示燈綠燈亮；
3、 二次儀表(防撞控制盒)上LED顯示模塊能實時顯示左右側障礙物與行車距離以及兩 者的最高相對速度，配合設置鍵盤能對各項參數(shù)進行設置；


圖l為本實用新型的結構框圖。
圖2是圖1中激光測距模塊的結構框圖。
圖3是圖2中激光測距模塊中激光信號調理單元電路原理圖。
圖4是圖2中激光測距模塊中激光發(fā)射驅動單元電路原理圖。
圖5是圖2中激光測距模塊中調理信號處理單元電路原理圖。
具體實施方式

如圖1所示，本激光測距防撞儀包括防撞控制盒、變送單元和激光測距模塊，變送單元 和激光測距模塊組成激光測距變送器，激光測距變送器和防撞控制盒相連。實際使用中，激 光測距變送器可包括結構相同的左側激光測距變送器和右側激光測距變送器，以方便行車兩 側的測距要求。
如圖2所示，激光測距模塊包括激光發(fā)射驅動單元、激光信號調理單元和調理信號處理 單元，激光發(fā)射驅動單元與激光信號調理單元相連，激光信號調理單元的輸出端與調理信號 處理單元的輸入端相連。
如圖3所示，激光信號調理單元可包括前置放大器、帶通濾波器和相敏檢波器，前置放 大器的輸出端接至帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器的輸出端接至相敏檢波器，相敏檢波器 的輸出端接至變送單元。
前置放大器包括光電二極管PD、無源濾波網(wǎng)絡和第一運算放大電路，光電二極管PD通過 無源濾波網(wǎng)絡和第一運算放大電路相連，第一運算放大電路包括第一運算放大器U1，并接有 第一端子A1。前置放大器的功能是直接將光電二極管PD內部極微弱的電流信號調整成能夠 被后級電路處理的電壓信號。其中第一運算放大器U1可采用NE5534芯片。前置放大器的外 圍電路包括1個光電二極管、14個電阻、7個電容、2個三極管(NPN型與PNP型各1個)、 +9V電源組成。
該前置放大器電路的各部件的連接關系為光電二極管PD與電阻RO并聯(lián)，再與電阻R1、 R2、 R3、電容C1、 C2組成的無源濾波器網(wǎng)絡連接，無源濾波器網(wǎng)絡再與由電阻R4、 R5、 R6、 R7、 R8、 R9、電容C3、三極管Ql、 Q2組成的電路相連，然后再與由第一運算放大器Ul、電 阻RIO、 Rll、 R12、 R13、電容C4、 C5、 C6組成的同相放大電路相連(第一運算放大電路)， 第一運算放大器U1的第2腳與電阻R11、 R12相連，第一運算放大器U1的第3腳與電容C4、 電阻R10相連，第一運算放大器U1的第6腳與電阻R13、電容C7相連，第一運算放大器U1 的第7腳與第4腳分別和+9V電源、地相連，第一運算放大器U1的第5腳與電阻R13、電容 C6相連，信號通過第一端子Al輸出到下-級。
該帶通濾波器運算放大器包括第二運算放大電路，第二運算放大電路由第一端子Al接受 信號輸入，包括第二運算放大器U2。帶通濾波器的功能是將前級信號中含有的高頻和低頻的 干擾信號進行濾除。其中第二運算放大器U2可采用NE5534芯片。外圍電路包括5個電阻與 4個電容。該帶通濾波器電路的各部件的連接關系前一級的信號從第一端子A1輸入，第一 端子A1與電阻R14、 R15相連，然后再與電容C8、 C9相連，電容C8的另一端與電阻R17和 第二運算放大器U2的第2腳相連，電容C9的另一端與第二運算放大器U2的第6腳相連，電 容Cll 一端與第二運算放大器U2的第6腳相連，另一端與下一級電路相連。
相敏檢波器包括絕緣柵場效應管Tl和第三運算放大電路，第三運算放大電路包括第三運 算放大器U3，構成積分電路。絕緣柵場效應管T1的漏極和柵極與調制信號輸入端A2相連， 絕緣柵場效應管T1的源極和帶通濾波器的輸出端、第三運算放大電路均相連，第三運算放大 電路接有信號輸出端子A3。其功能是利用由調制信號輸入端A2輸入的調制信號對前一級的信號進行相敏檢波的。其中第三運算放大器U3可采用NE5534芯片。其外圍電路包括9個電 阻、4個電容和1個絕緣柵場效應管。該相敏檢波器電路的各部件的連接關系調制信號通 過絕緣柵場效應管Tl接入電路，絕緣柵場效應管Tl的源級與電阻R19相連，絕緣柵場效應 管Tl的源極與柵極間以電阻R20連接，電阻R19的另一端與電容C12 —起和第三運算放大器 U3的第3腳相連，電阻R21、 R22、 R23、 R27、電容C15與第三運算放大器U3—起構成積分 電路(第二運算放大電路)。
如圖4所示，激光發(fā)射驅動單元包括激光二極管LDI和激光二極管驅動電路。激光二極 管驅動電路包括第四運算放大器U4和第五運算放大器U5，激光二極管LDI和激光二極管驅 動電路相連。具體連接關系為第四運算放大器U4的第3腳與激光二極管LDI的第2腳相連， 第四運算放大器U4的第3腳與該運算放大器的第1腳相連，第四運算放大器U4的第1腳通 過電阻R45與第五運算放大器U5的第6腳相連，第五運算放大器U5的第5腳與由電阻R42、 R43、 R44、穩(wěn)壓二極管D4、電容C22組成的穩(wěn)壓網(wǎng)絡相連，第五運算放大器U5的第7腳通 過電阻R48與三極管Q4的基極相連，三極管Q4的集電極通過電阻R50與激光二極管LDI的 第3腳相連，激光二極管LDI的第1腳與電源+VCC相連。
如圖5所示，調理信號處理單元包括時間數(shù)字轉換芯片U6、晶振電路和接口電路，時間 數(shù)字轉換芯片U6和品振電路、接口電路均相連。時間數(shù)字轉換芯片U6可選用ACAM公司通用 TDC系列芯片的TDC-GP2芯片。晶振電路包括晶振Y4、電阻R52、 R53、電容C26、 C27。接口 電路包括連接端子START 、 ST0P、 En—Start、 En—Stop、 INTN、 SSN、 SCK、 SI、 S0、 RSTN和 Clkln。調理信號處理單元的具體連接關系為晶振電路的第1腳與數(shù)字轉換芯片U6的第1 腳相連，晶振電路的第2腳通過電阻R53與數(shù)字轉換芯片U6的第2腳相連，晶振電路的第1 腳與第2腳之間通過電阻R52相連，連接端子START 、 ST0P、 En—Start、 En一Stop、 INTN、 SSN、 SCK、 SI、 S0、 RSTN和Clkln的一端分別與時間數(shù)字轉換芯片U6的第31、 30、 32、 26、 8、 9、 10、 11、 12、 16腳相連。另外，連接端子START 、 STOP的另一端分別與圖3中的調 制信號輸入端A2、圖4中的信號輸出端子A3相連，連接端子En—Start、 Er^St叩、INTN、 SSN、 SCK、 SI、 S0、 RSTN、 Clkln的另一端均與變送單元中的測距微控制器相連。時間數(shù)字轉換芯 片U6的第3、 14、 22、 29腳都與電源+VCC相連，第4、 7、 17、 18、 19、 20、 21、 23、 24、 25、 27、 28腳都與電源GND相連。
變送單元包括電源模塊、測距微處理器和變送通訊模塊，測距微處理器和激光測距模塊 的輸出端相連，測距微處理器通過變送通訊模塊和防撞控制盒相連。電源模塊和測距微處理 器、激光測距模塊均相連，為它們提供電力。
如圖1所示，防撞控制盒包括防撞微處理器、設置鍵盤、LED顯示器、聲光報警器、控制 繼電器、掉電檢測模塊和防撞通信模塊(可使用MAX485芯片)，防撞微處理器和設置鍵盤、 LED顯示器、聲光報警器、控制繼電器、掉電檢測模塊、防撞通信模塊均相連，防撞通信模 塊和激光測距變送器相連。防撞微處理器可采用AVR系列的單片機。所述防撞微處理器內還 可安有片內可在線電擦除和電寫入的存儲器(E2PR0M)。
該激光測距防撞儀的工作原理是首先左右兩側激光發(fā)射驅動單元分別驅動其激光二極管LDI發(fā)射脈沖激光信號，該信號被障礙物反射后被激光信號調理單元中的光電二極管PD接 收，激光信號調理單元將該信號調理成調理信號處理單元能處理的電脈沖信號，調理信號處 理單元將該信號處理后得到距離值傳輸給與之相連的變送單元中的測距微控制器，再通過變 送通訊模塊(可使用MAX485芯片)傳送到防撞控制盒(二次儀表)，檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過相應的計 算處理，再顯示于防撞控制盒上。若檢測距離達到事先由用戶設置的預警或制動距離，系統(tǒng) 將作出相應的動作。防撞控制盒通過接收來自變送器的輸出信號，并通過防撞控制盒(二次 儀表)內的微處理器進行智能數(shù)據(jù)處理后，分別輸出控制信號給LED顯示器和繼電器動作單 元。
木實例采用激光測距技術，通過左側激光測距變送器和右側激光測距變送器檢測行車與 左右障礙物的距離，再經(jīng)過LED顯示器顯示實時車距，與傳統(tǒng)的行車防撞系統(tǒng)相比，本實例 能通過大大改善檢測距離的精度和可靠性來提高行車工作的穩(wěn)定性。因此，激光測距防撞系 統(tǒng)必將逐步取代傳統(tǒng)行車防撞系統(tǒng)。
實施例
如圖1所示，本激光測距防撞儀包括防撞控制盒、變送單元和激光測距模塊，變送單元 和激光測距模塊組成激光測距變送器，激光測距變送器和防撞控制盒相連。激光測距變送器 包括兩個完全一杼的左側激光測距變送器和右側激光測距變送器。
如圖2所示，激光測距模塊包括激光發(fā)射驅動單元、激光信號調理單元和調理信號處理 單元，激光發(fā)射驅動單元與激光信號調理單元相連，激光信號調理單元的輸出端與調理信號 處理單元的輸入端相連。
如圖3所示，激光信號調理單元包括前置放大器、帶通濾波器和相敏檢波器，前置放大 器的輸出端接至帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器的輸出端接至相敏檢波器，相敏檢波器的 輸出端接至變送單元。
前置放大器包括光電二極管ra、無源濾波網(wǎng)絡和第一運算放大電路，光電二極管PD通過 無源濾波網(wǎng)絡和第一運算放大電路相連，第一運算放大電路包括第一運算放大器U1，并接有 第一端子A1。其中第一運算放大器U1采用NE5534芯片。該前置放大器電路的各部件的連接 關系為光電二極管PD與電阻RO并聯(lián)，再與R1、 R2、 R3、 Cl、 C2組成的無源濾波器網(wǎng)絡連 接，無源濾波器網(wǎng)絡再與由R4、 R5、 R6、 R7、 R8、 R9、 C3、 Ql、 Q2組成的電路相連，然后再 與由第一運算放大器U1、 RIO、 Rll、 R12、 R13、 C4、 C5、 C6組成的同相放大電路相連(第一 運算放大電路)，第一運算放大器Ul的第2腳與Rll、 R12相連，第一運算放大器Ul的第3 腳與C4、 R10相連，第一運算放大器Ul的第6腳與R13、 C7相連，第一運算放大器Ul的第 7腳與第4腳分別和+9V電源、地相連，第一運算放大器Ul的第5腳與R13、 C6相連，信號 通過第一端子Al輸出到下一級。
該帶通濾波器運算放大器包括第二運算放大電路，第二運算放大電路由第一端子Al接受 信號輸入。第二運算放大電路包括第二運算放大器U2，可采用NE5534芯片。該帶通濾波器 電路的各部件的連接關系前一級的信號從第一端子Al輸入，第一端子Al與R14、 R15相連， 然后再與C8、 C9相連，C8的另一端與R17和第二運算放大器U2的第2腳相連，C9的另一端與第二運算放大器U2的第6腳相連，Cll 一端與第二運算放大器U2的第6腳相連，另一端 與下一級電路相連。
相敏檢波器包括絕緣柵場效應管Tl和第三運算放大電路，第三運算放大電路包括第三運 算放大器U3，構成積分電路。絕緣柵場效應管T1的漏極和柵極與調制信號輸入端A2相連， 絕緣柵場效應管T1的源極和帶通濾波器的輸出端、第三運算放大電路均相連，第三運算放大 電路接有信號輸出端子A3。其中第三運算放大器U3可采用NE5534芯片。該相敏檢波器電路 的各部件的連接關系調制信號通過絕緣柵場效應管T1接入電路，絕緣柵場效應管T1的源 級與R19相連，絕緣柵場效應管Tl的源極與柵極間以電阻R20連接，R19的另一端與C12 — 起和第三運算放大器U3的第3腳相連，R21、 R22、 R23、 R27、 C15與第三運算放大器U3 — 起構成積分電路(第三運算放大電路)。
如圖4所不，激光發(fā)射驅動單元包括激光二極管LDI和激光二極管驅動電路。激光二極 管驅動電路包括第四運算放大器U4和第五運算放大器U5，激光二極管LDI和激光二極管驅 動電路相連。連接關系為第四運算放大器U4的第3腳與激光二極管LDI的第2腳相連，第 W運算放大器U4的第3腳與該運算放大器的第1腳相連，第四運算放大器U4的第1腳通過 電阻R45與第五運算放大器U5的第6腳相連，第五運算放大器U5的第5腳與由電阻R42、 R43、 R44、穩(wěn)壓二極管D4、電容C22組成的穩(wěn)壓網(wǎng)絡相連，第五運算放大器U5的第7腳通 過電阻R48與三極管Q4的基極相連，三極管Q4的集電極通過第電阻R50與激光二極管LDI 的第3腳相連，激光二極管LDI的第1腳與電源+VCC相連。
如圖5所示，調理信號處理單元包括時間數(shù)字轉換芯片U6、晶振電路和接口電路，時間 數(shù)字轉換芯片U6和晶振電路、接口電路均相連。時間數(shù)字轉換芯片U6可選用AC旭公司通用 TDC系列芯片的TDC-GP2芯片。晶振電路包括晶振Y4、電阻R52、 R53、電容C26、 C27。接口 電路包括連接端子START 、 ST0P、 En—Start、 En—Stop、 INTN、 SSN、 SCK、 SI、 S0、 RSTN和 Clkln。調理信號處理單元的具體連接關系為晶振電路的第1腳與數(shù)字轉換芯片U6的第1 腳相連，晶振電路的第2腳通過電阻R53與數(shù)字轉換芯片U6的第2腳相連，晶振電路的第l 腳與第2腳之間通過電阻R52相連，連接端子START 、 ST0P、 En—Start、 En一Stop、 I翻、 SSN、 SCK、 SI、 S0、 RSTN和Clkln的一端分別與時間數(shù)字轉換芯片U6的第31、 30、 32、 26、 8、 9、 10、 11、 12、 16腳相連。另外，連接端子START 、 STOP的另一端分別與圖3中的調 制信號輸入端A2、圖4中的信號輸出端子A3相連，連接端子En—Start、 En—Stop、 INTN、 SSN、 SCK、 SI、 S0、 RSTN、 Clkln的另一端均與變送單元中的測距微控制器相連。時間數(shù)字轉換芯 片U6的第3、 14、 22、 29腳都與電源+VCC相連，第4、 7、 17、 18、 19、 20、 21、 23、 24、 25、 27、 28腳都與電源GND相連。
變送單元包括電源模塊、測距微處理器和變送通訊模塊，變送通訊模塊可使用MAX485芯 片。測距微處理器和激光測距模塊的輸出端相連，測距微處理器通過變送通訊模塊和防撞控 制盒相連。電源模塊和測距微處理器、激光測距模塊均相連，為它們提供電力。
防撞控制盒包括防撞微處理器、設置鍵盤、LED顯示器、聲光報警器、控制繼電器、掉電 檢測模塊和防撞通信模塊，防撞通信模塊使用MAX485芯片。防撞微處理器和設置鍵盤、LED顯示器、聲光報警器、控制繼電器、掉電檢測模塊、防撞通信模塊均相連，防撞通信模塊和 激光測距變送器相連。防撞微處理器采用AVR系列的單片機。
本實施例通過左側激光測距變送器和右側激光測距變送器將激光測距模塊的檢測數(shù)據(jù)送 入防撞控制盒的防撞微控制器中，經(jīng)高性能微處理器處理后實現(xiàn)行車車距、車速等參數(shù)的顯 示和控制繼電器動作信號的輸出。它自帶控制按鍵與LED顯示器，可手動設定防撞儀的預警 距離和制動距離，當檢測到的實時距離小于預警距離和制動距離時，聲光報警器報警或控制 繼電器產(chǎn)生動作，通過控制繼電器的動作控制行車的開斷電。防撞控制盒的防撞微控制器的 輸入信號來自設置鍵盤，輸出信號為LED顯示器、聲光報警器和控制繼電器，輸入輸出信號 為變送單元的串行通訊信號。當左右兩側的激光測距變送器中的激光測距模塊將行車與其兩 側障礙物間的距離檢測到后，將反映距離量的數(shù)值交由激光測距變送器中相應的變送單元， 通過變送通信模塊傳送到防撞控制盒，檢測數(shù)據(jù)經(jīng)過相應的計算處理，再顯示于防撞控制盒 上。若檢測距離達到事先由用戶設置的預警或制動距離，系統(tǒng)將作出相應的動作。
在本實例，防撞微控制器中的軟件流程主要包含了三個方面第一個方面就是接收從變 送器傳來的距離值，并將該值實時顯示在防撞控制盒上，同時對該值做出分析，判斷是否達 到預警距離或制動距離，如達到報警值則聲光報警器的報警燈亮，并且聲光報警器發(fā)出聲音， 如達到限制動作值則控制繼電器產(chǎn)生動作，另外通過相應的方法得到本車與左右側障礙物間 的最高相對速度并顯示。第二個方面就是參數(shù)設置，用戶通過防撞控制盒面板上的按鍵對預 警距離與制動距離等參數(shù)進行設置。第三個方面就是處理存儲在防撞微處理器內部E2PR0M的 數(shù)據(jù),在每次設置完參數(shù)后，將本次設置值儲存進片內可在線電擦除和電寫入的存儲器E2PR0M 以備掉電后重新提取。經(jīng)過實際測試，本實例能很好的實現(xiàn)對行車兩側與障礙物間距離的檢 測和顯示，穩(wěn)定性好，操作方便，互換性強，不受工頻及其它干擾影響。
權利要求1. 激光測距防撞儀，包括防撞控制盒，其特征在于還包括變送單元和激光測距模塊，變送單元和激光測距模塊組成激光測距變送器，激光測距變送器和防撞控制盒相連。
2. 如權利要求1所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述激光測距變送器包括結構一 樣的左側激光測距變送器和右側激光測距變送器。
3. 如權利要求1或2所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述激光測距模塊包括激光 發(fā)射驅動單元、激光信號調理單元和調理信號處理單元，激光發(fā)射驅動單元與激光信號調理 單元相連，激光信號調理單元的輸出端與調理信號處理單元的輸入端相連。
4. 如權利要求3所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述激光信號調理單元包括前置 放大器、帶通濾波器和相敏檢波器，前置放大器的輸出端接至帶通濾波器的輸入端，帶通濾 波器的輸出端接至相敏檢波器，相敏檢波器的輸出端接至變送單元。
5. 如權利要求4所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述前置放大器包括光電二極管(PD)，光電二極管(PD)通過無源濾波網(wǎng)絡和第一運算放大電路相連，第一運算放大電路包 括第一運算放大器(Ul)，并接有第一端子(Al)。
6. 如權利要求4所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述帶通濾波器包括第二運算放大電路，第二運算放大電路由第一端子(Al)接受信號輸入，包括第二運算放大器(U2)。
7. 如權利要求4所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述相敏檢波器包括絕緣柵場效 應管(Tl)和第三運算放大電路，第三運算放大電路包括第三運算放大器(U3),構成積分電 路，絕緣柵場效應管(Tl)的柵極與調制信號輸入端(A2)相連，絕緣柵場效應管(Tl)的 源極和帶通濾波器的輸出端、第三運算放大電路均相連，絕緣柵場效應管(Tl)的源極與柵 極間以電阻R20連接，第三運算放大電路接有信號輸出端子(A3)。
8. 如權利要求3所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述激光發(fā)射驅動單元包括激光 二極管(LDI)和激光二極管驅動電路，激光二極管驅動電路包括第四運算放大器(U4)和第 五運算放大器(U5)，激光二極管(LDI)和激光二極管驅動電路相連。
9. 如權利要求3所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述調理信號處理單元包括所述 調理信號處理單元包括時間數(shù)字轉換芯片(U6)、晶振電路和接口電路，時間數(shù)字轉換芯片(U6) 和晶振電路、接口電路均相連。
10. 如權利要求1或2所述的激光測距防撞儀，其特征在于所述變送單元包括電源單 元、測距微處理器和變送通訊模塊，測距微處理器和激光測距模塊的輸出端相連，測距微處 理器通過變送通訊模塊和防撞控制盒相連，電源模塊和測距微處理器、激光測距模塊均相連。
專利摘要本實用新型提供了一種激光測距防撞儀，其包括防撞控制盒、變送單元和激光測距模塊，變送單元和激光測距模塊組成激光測距變送器，激光測距變送器和防撞控制盒相連。該防撞儀實時性強，精度高，可靠性好，使用較方便。
文檔編號G01S17/00GK201226026SQ200820066179
公開日2009年4月22日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權日2008年3月25日
發(fā)明者劉教瑜, 周克貴, 閆東磊, 堃 陳, 黃少軍 申請人:武漢理工大學