专利名称：超声波车位信息采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及停车场的车位信息采集，更具体地说是涉及一种超声波车位信息采集器。
背景技术：
随着城市居民汽车保有量的迅猛增加，在拥挤的市区里汽车与停车位之间的矛盾越来越突出。如果能实时掌握空置停车位的数量及位置信息，可以帮助停车场管理人员更充分、高效地利用有限的车位资源。现在技术文献公开的车位信息采集器大多采用有超声波发射/接收套件，是利用在车位有车和无车状态下超声波发射后遇到障碍物反射回来的时间不同的原理，作出车位 上有车/无车的判断。利用超声波采集车位信息，检测原理和技术方案简单，采集到的信息实时性强，不过，实际应用中却发现存在一定的误报率。针对这种情况，技术人员往往只想到从温度湿度补偿、双路超声波发射/接收套件等方面着手，期望尽可能地提高超声波车位信息采集的准确率。本发明人通过对现有技术进行分析后发现现有的超声波车位信息采集电路中，超声波接收器件与后级的滤波器或者放大器通常采用直接相连；采用这样的前后级直接连接方式，由于超声波接收器件的输出为高阻，会造成一部分的信号能量损耗在前级的输出电阻中，这也是影响超声波车位信息采集准确度的一个重要原因。
实用新型内容为克服现有超声波车位信息采集电路的以上不足，本实用新型的目的即在于提供一种能有效减少超声波测量过程中信号损耗、便于更准确采集停车场车位信息的超声波车位信息米集器。本实用新型超声波车位信息采集器所采用的技术方案包括有单片机、与所述单片机相连的超声波信号发射电路和超声波信号接收电路；所述超声波信号发射电路中包括采用有超声波发射器件；所述超声波信号接收电路包括有顺序相连的超声波接收器件、电压跟随电路、信号放大电路、比较整形电路；所述比较整形电路的信号输出端与单片机的相应I/o 口相连；所述超声波发射器件和接收器件，设在停车场目标车位的上方；所述电压跟随电路，包括有一运放；该运放的同相输入端与所述超声波接收器件的信号输出端的其中一极相连，该运放的信号输出端同时与所述信号放大电路的信号输入端及该运放的反相输入端相连；所述同相输入端上还连接有上、下偏置电阻；所述超声波接收器件的信号输出端另一极接地；本车位信息采集器，可以采用所述单片机的CAN通信接口或相应I/O 口作为采集到的车位信息数据的输出端。所述超声波信号发射电路的具体方案可参鉴采用现有技术，在此不再赘述。将所述单片机的CAN通信接口设定为车位信息采集数据的输出端时，通过将该CAN通信接口与CAN局域网及上位机相连，便于实现将停车场的各车位状态信息联网上报及对车位进行统一管理。此时，需要在所述单片机的CAN通信接口上增设用于与CAN局域网相连的CAN局域网通信模块，并将所述单片机的CAN通信接口与所述CAN局域网通信模块的相应端口相连。在采用双绞线作为传输线的CAN局域网的通信网络中，由于易因雷电瞬变干扰损坏器件，因此所述CAN局域网通信模块中优选地还包括采用有CAN总线保护电路。本实用新型超声波车位信息采集器还可设置有与所述单片机相连的功能设定模块，包括用于设定超声波反射距离阈值(或时间阈值)及本采集器在连到CAN局域网时的通信地址等。所述功能设定，可以采用在所述单片机相应I/O 口设置拨码开关并配以相关内置软件的方式实现；所述通信地址设定，还可以通过在所述单片机的串口连接PC机，由PC机通过上位机软件对超声波车位信息采集器的通信地址进行逐个设定；或者，还可以由工程设计人员根据个人喜好及习惯采用其它方法实现。考虑到在停车场进行工程安装时需安装的超声波车位信息采集器数量较多，此时难免会出现采集器接错线的情形，万一电源线接反，极易造成整条供电线路上的所有超声 波车位信息采集器短路，由于不利于排查，严重时甚至可能烧坏同一供电线路上的所有超声波车位信息采集器，因此，作为对上述超声波车位信息采集器技术方案的改进，所述单片机的电源输入端与所述单片机的供电直流电源之间，还可以增加串接有电源输入保护电路。该电源输入保护电路的具体内容及接入方案为供电直流电源的正极串接保险丝后，直接或经降压后间接地连接到所述单片机的电源输入端正极；供电直流电源的负极，连接到一 N沟道增强型场效应管的漏极；该场效应管的源极接所述单片机的接地端，其栅极串接一电阻后也直接或经降压后间接地连接到所述单片机的电源输入端正极。即本电源输入保护电路可以根据需要设在各级直流供电电源与其直接负载之间，该负载可以是指最终负载单片机(此时，该电源输入保护电路接在单片机的主电源引脚与其直接供电电源之间)，也可以是指采用多级直流供电电源时的下级直流供电电源(此时，该电源输入保护电路接在下级直流供电电源的输入端与其上级直流供电电源的输出端之间)。优选接在单片机与其直接供电电源之间。视具体实际需要，本实用新型超声波车位信息采集器还可设置有与单片机相应I/
O口相连接的车位状态指示电路，便于引导车辆停放及车位管理。上述方案中的比较整形电路，可以采用如下方案实现该比较整形电路中采用有比较器；该比较器的同相输入端与所述信号放大电路的信号输出端相连，其反相输入端通过连接上、下偏置电阻设置有比较电平，比较器的输出端直接或间接地连接至所述单片机的一个中断口。优选采用如下的两路比较整形电路每路比较整形电路中均包括有一比较器；两个比较器的同相输入端均与所述信号放大电路的信号输出端相连，两个比较器的反相输入端各自通过连接上、下偏置电阻设置有不同的反相输入端比较电平，两个比较器的输出端各直接或间接地连接至所述单片机的一个中断口。采用该方案，通过设置不同的比较电平即可对应不同的测量量程，结合内置软件还可以实现测量量程的自动切换，从而，只采用一对超声波接收器件就能完成多量程测量。由于超声波接收器件接收反射回来的超声波信号通常非常微弱，并可能含有其它高频干扰信号，作为对上述超声波车位信息采集器技术方案的另一改进，所述比较器的输出端与所述单片机的中断口之间，还连接有低通滤波器，以过滤掉高频干扰信号，并对弱小的超声波信号进行初步放大。同理，所述信号放大电路部分也可以根据实际需要增设滤波功能。由上，本实用新型超声波车位信息采集器具有如下特点及优点(I)通过在超声波接收器件的信号输出端与信号放大电路的信号输入端之间加设电压跟随电路，可避免现有技术中超声波接收器件直接与后级的滤波/放大电路采用直接连接时、由于超声波接收器件为高阻输出而导致部分信号能量损耗在前级的输出电阻上，造成无谓能耗的情形发生，同时该信号能量的节省显然还有助于提高超声波接收器件的灵敏度。当信号放大电路中采用有源带通滤波器时，由于超声波接收器件输出阻抗较高，加设本电压跟随电路还有助于为有源带通滤波器提高输入阻抗。(2)与现有技术文献公开的超声波车位信息采集器大多采用一对超声波换能器进行测量，其测量量程固定单一、切换量程需要手动更改档位及使用两对超声波换能器，每一对探头各配置一套参数以实现多量程测量，但由于采用两对超声波换能器导致需要使用两路信号处理电路，元件数量较多、成本较高的电路方案相比，本实用新型技术方案使用双路比较整形电路时，只需为每一路各配置一套参数，配合以内置软件自动选择测量线路，即可实现只采用一对超声波接收器件就进行多量程测量，而且还能提高系统测量精度，节约成本。与现有技术相比，本电路结构更为简单合理，成本更低。(3)增设电源输入保护电路时，能有效避免电源线误反接造成的线路短路及经济损失。与现有的电源输入防反接保护电路一般是在输入端串接一个二极管(利用电源接反时二极管反向不导通的原理)、但是在正常工作时约有O. 6-0. 7V的管压降、会产生能耗的方案相比，本电源防反接保护电路采用导通电阻极低(约为52πιΩ )的N沟道增强型场效应管，由于其具有极小的管压降(导通时工作电流为IA时，管压降约O. 052V),因此具有更节能、低碳的效果。(4)增设有用于与CAN局域网相连的CAN局域网通信模块时，便于实现将停车场的各车位状态信息联网上报及对车位进行统一管理，甚至可能实现不同停车场之间的车位信
息共享。(5)增设有包括用于设定采集器在连到CAN局域网时的通信地址的功能设定模块时，结合内置软件可方便、快捷、甚至自动设定采集器在CAN局域网中的通信地址及采集器的其它参数。
图I是本实用新型超声波车位信息采集器的一个实施例的电路结构组成示意框图。图2是本实用新型超声波车位信息采集器的一个实施例中的电压跟随电路的原理示意图。图3是本实用新型超声波车位信息采集器的一个实施例中的电源输入保护电路的原理示意图。图4是本实用新型超声波车位信息采集器的一个实施例中的比较整形电路的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型超声波车位信息采集器作进一步的说明。图I是本实用新型超声波车位信息采集器的一个实施例的电路结构组成示意框图。如图所示的本实用新型超声波车位信息采集器主要由单片机和与单片机相应端口相连的超声波信号发射电路、超声波信号接收电路、电源输入保护电路、CAN局域网通信模块、车位状态指示电路、功能设定模块组成。所述超声波信号发射电路和超声波信号接收电路中分别采用有超声波发射器件和接收器件，均设在停车场目标车位的上方。本车位信息采集器，可以采用所述单片机的CAN通信接口或相应I/O 口作为采 集到的车位信息数据的输出端。图I中的超声波信号发射电路可以采用如下方案实现通过控制单片机内部定时器，经由单片机I/o 口或单片机的其中一个定时器输出引脚输出40KHZ、占空比50%的振荡信号，送经超声波信号驱动电路放大后驱动超声波发射器件发射超声波。当然，也可以采用现有技术中的其它超声波信号发射电路，例如通过单片机控制一超声波发生电路产生超声波，经信号放大后驱动超声波发射器件发射超声波。所述超声波信号接收电路，如图I所示包括有顺序相连的超声波接收器件、电压跟随电路、信号放大电路、比较整形电路；所述比较整形电路的信号输出端与单片机的相应I/O端相连；所述电压跟随电路，如图2所示包括有运放U3A ;该运放U3A的同相输入端与所述超声波接收器件的信号输出端的其中一极相连，该运放U3A的信号输出端OUT同时与该运放的反相输入端及后级的信号放大电路的信号输入端相连；所述同相输入端上还连接有上、下偏置电阻R4和R8 ;所述超声波接收器件的信号输出端另一极接地。对超声波接收器件接收得到超声波反射信号进行放大之前，由于该信号非常微弱，并可能含用其它高频干扰信号，可以先通过有源带通滤波器过滤掉高频干扰信号，再采用两级反比例放大电路对有源带通滤波器输出的信号进行放大。由于超声波接收器件的输出阻抗较高，电压跟随电路的采用还有助于提高有源带通滤波器的输入阻抗，降低电路能耗及信号损失，从而有助于提高超声波接收器件的灵敏度。图I中所示的电源输入保护电路可以借鉴采用现有技术中的电源输入保护电路，也可以具体采用图3所示的电路实现供电直流电源的正极VCC_IN串接保险丝Fl (推荐使用自恢复保险丝)后，直接或经降压后间接地连接到所述单片机的电源输入端正极VCC ；供电直流电源的负极，连接到一N沟道增强型场效应管Ql的漏极；该场效应管Ql的源极接所述单片机的接地端，其栅极串接一电阻R30后也直接或经降压后间接地连接到所述单片机的电源输入端正极VCC。该电源输入保护电路，可直接接在单片机与其直接供电电源之间，也可以接在为单片机提供电源的各级直流供电电源之间。该电源输入保护电路的工作原理当电源正向输入时，N沟道增强型场效应管导通，由于其管压降极小，因而可为后级负载提供正常供电；而电源反向输入(即反接)时，场效应管不导通，后级负载不会被损坏；当电源正向输入电流过大时，保险管烧断，从而发挥保护作用。根据需要，还可在本电源输入保护电路中增设发光二极管，以提供电源反接告警。图I中所示的比较整形电路可以借鉴采用现有技术中的比较整形电路，也可以具体采用图4所示的两路比较整形电路实现两路比较整形电路中均包括有一比较器U4A或U4B;两个比较器的同相输入端均与前级的信号放大电路的信号输出端(图中标有“IN”处)相连，两个比较器的反相输入端各自通过连接上偏置电阻R14或R21、下偏置电阻R17或R24设置有不同的反相输入端比较电平，两个比较器的输出端各连接至所述单片机的一个中断口 INTlO或INT11。采用两路比较 整形电路，便于为具有不同车位高度的停车场设置不同的测量量程。在不需要改变测量量程的情形，也可以只采用其中的一路比较整形电路。本实施例中，所述比较器的输出端与所述单片机的中断口之间，如图4所示，还可以连接有RC低通滤波电路。为便于对众多车位进行统一管理，本实施例的车位信息采集器可以通过单片机的CAN通信接口连接并集成有CAN局域网通信模块，以用于通过CAN局域网与上位机相连。所述CAN局域网通信模块中优选地还包括采用有CAN总线保护电路。所述CAN局域网通信模块及CAN总线保护电路的具体实现方案，可借鉴现有技术。根据需要，所述单片机的相应I/O 口还连接有功能设定模块，用于设定超声波反射时间阈值、CAN局域网通信波特率及本采集器在连到CAN局域网时的通信地址等。所述功能设定，可以采用在所述单片机相应I/O 口设置拨码开关并配以相关内置软件的方式实现；所述通信地址设定，还可以通过在所述单片机的串口连接PC机，由PC机通过上位机软件对超声波车位信息采集器的通信地址进行逐个设定，甚至，由PC机通过上位机软件通过CAN局域网通信模块进行分配；或者，还可以由工程设计人员根据个人喜好及习惯采用其它方法实现。本实用新型超声波车位信息采集器中所述单片机的具体选型，可由本领域技术人员根据实际功能需要自行选用，例如在需要用到CAN通信接口时，可选用STM32单片机。
权利要求1.超声波车位信息采集器，包括有单片机、与所述单片机相连的超声波信号发射电路和超声波信号接收电路；所述超声波信号发射电路中包括采用有超声波发射器件；其特征在于所述超声波信号接收电路包括有顺序相连的超声波接收器件、电压跟随电路、信号放大电路、比较整形电路；所述比较整形电路的信号输出端与单片机的相应I/o 口相连；所述超声波发射器件和接收器件，设在停车场目标车位的上方； 所述电压跟随电路，包括有一运放；该运放的同相输入端与所述超声波接收器件的信号输出端的其中一极相连，该运放的信号输出端同时与所述信号放大电路的信号输入端及该运放的反相输入端相连；所述同相输入端上还连接有上、下偏置电阻；所述超声波接收器件的信号输出端另一极接地； 本车位信息采集器，采用所述单片机的CAN通信接口或相应I/O 口作为采集到的车位信息数据的输出端。
2.根据权利要求I所述的超声波车位信息采集器，其特征在于，所述单片机的电源输入端与所述单片机的供电直流电源之间，还包括串接有电源输入保护电路供电直流电源的正极串接保险丝后，直接或经降压后间接地连接到所述单片机的电源输入端正极；供电直流电源的负极，连接到一 N沟道增强型场效应管的漏极；该场效应管的源极连接所述单片机的接地端，其栅极串接一电阻后也直接或经降压后间接地连接到所述单片机的电源输入端正极。
3.根据权利要求I所述的超声波车位信息采集器，其特征在于还包括有用于与CAN局域网相连的CAN局域网通信模块；所述单片机，通过其CAN通信接口与所述CAN局域网通信模块相连。
4.根据权利要求3所述的超声波车位信息采集器，其特征在于所述CAN局域网通信模块中，还包括采用有CAN总线保护电路。
5.根据权利要求I所述的超声波车位信息采集器，其特征在于还包括有与所述单片机相应I/o 口相连接的车位状态指示电路。
6.根据权利要求I至5之一所述的超声波车位信息采集器，其特征在于所述比较整形电路，包括有比较器；该比较器的同相输入端与所述信号放大电路的信号输出端相连，其反相输入端通过连接上、下偏置电阻设置有比较电平，比较器的输出端直接或间接地连接至所述单片机的一个中断口。
7.根据权利要求6所述的超声波车位信息采集器，其特征在于，所述比较整形电路采用的是两路比较整形电路每路比较整形电路中均包括有一比较器；两个比较器的同相输入端均与所述信号放大电路的信号输出端相连，两个比较器的反相输入端各自通过连接上、下偏置电阻设置有不同的反相输入端比较电平，两个比较器的输出端各直接或间接地连接至所述单片机的一个中断口。
8.根据权利要求7所述的超声波车位信息采集器，其特征在于所述比较器的输出端与所述单片机的中断口之间，还连接有低通滤波器。
专利摘要本实用新型公开了一种超声波车位信息采集器，包括单片机及与之相连的超声波信号发射和接收电路；所述接收电路包括顺序相连的超声波接收器件、电压跟随、信号放大及比较整形电路；所述比较整形电路的信号输出端与单片机相连；所述电压跟随电路包括有运放；该运放的同相输入端与超声波接收器件的信号输出端其中一极相连，该运放的信号输出端同时与信号放大电路的信号输入端及该运放的反相输入端相连；所述同相输入端上还连接有上、下偏置电阻；超声波接收器件的信号输出端另一极接地。本方案可避免超声波接收器件直接与后级电路连接时、由于超声波接收器件为高阻输出而导致的信号能量损耗在前级输出电阻上，同时有助于提高超声波接收器件的灵敏度。
文档编号G08G1/14GK202711492SQ20122040138
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者孙晓明 申请人:广西南宁泰森电子科技有限公司