紅外線測(cè)距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)中的應(yīng)用

本系統(tǒng)由發(fā)射部分、接收部分、單片機(jī)、譯碼顯示電路、報(bào)警部分及自動(dòng)剎車減速裝置六部分組成。

發(fā)射部分：由40kHz振蕩器，恒流發(fā)射發(fā)路和發(fā)射探頭等組成，振蕩器產(chǎn)生占空比非常小的窄脈沖，采用恒流源提供20mA左右的電流，這樣減小了功耗，提高了發(fā)射功率，最后紅外線由發(fā)射探頭聚焦，以散射角小于2°發(fā)射。

接收部分：由紅外線接收頭、第1級(jí)放大電路、第2級(jí)放大電路、整形、AGC控制增益等電路組成，紅外線接收頭接收信號(hào)后經(jīng)第1級(jí)與第2級(jí)放大電路放大，由施密特觸發(fā)器電路整形，送入單片機(jī)處理。其中AGC控制接收電路的增益，保證恒幅輸出。

單片機(jī)：由時(shí)鐘振蕩器和單片機(jī)組成，經(jīng)過(guò)編程，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)、計(jì)算時(shí)間t和測(cè)量距離s，并將測(cè)量距離連續(xù)輸出給顯示裝置，同時(shí)在車間距離為30m時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)和車間距為20m時(shí)，產(chǎn)生自動(dòng)剎車減速信號(hào)。

譯碼顯示電路：由譯碼電路、顯示器組成，單片機(jī)輸出的距離信號(hào)經(jīng)譯碼器譯碼，通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。

可動(dòng)態(tài)顯示車與障礙物的距離。

報(bào)警部分：由觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)電路和小喇叭組成。當(dāng)車間距為30m時(shí)單片機(jī)給觸發(fā)器一個(gè)信號(hào)，使觸發(fā)器置位產(chǎn)生一組脈沖，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，使小喇叭發(fā)出報(bào)警聲，當(dāng)大于30m時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，停止產(chǎn)生脈沖。

自動(dòng)剎車減速裝置：由開(kāi)關(guān)K和自動(dòng)剎車減速裝置組成，當(dāng)司機(jī)認(rèn)為必要用到自動(dòng)剎車減速裝置時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)K。當(dāng)車間距小于20m時(shí)，單片機(jī)提供一個(gè)信號(hào)，啟動(dòng)自動(dòng)剎車減速裝置，防止碰撞。

4　汽車紅外防撞系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)汽車紅外防撞系統(tǒng)的性能，包括探測(cè)障礙物距和相對(duì)速度的性能，采用靜物距離探測(cè)和在高速公路上行駛時(shí)動(dòng)態(tài)探測(cè)兩種試驗(yàn)。

4.1　靜物距離探測(cè)試驗(yàn)

將普通汽車放在裝有紅外防撞系統(tǒng)的試驗(yàn)汽車前面，試驗(yàn)車從100m遠(yuǎn)處以30km/h的速度向普通汽車開(kāi)來(lái)。當(dāng)距離大于40m時(shí)，顯示0;距離小于40m時(shí)，顯示器顯示的數(shù)據(jù)連續(xù)變化；當(dāng)車間距為30m時(shí)，報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，符合實(shí)際車間距離，探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

4.2　高速公路上行駛動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)車與普通車在高速公路上同時(shí)向同一個(gè)方向行駛，開(kāi)車前兩車保持100m的距離。試驗(yàn)車向普通汽車發(fā)射紅外線，探測(cè)兩車距和相對(duì)速度，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

5　結(jié)語(yǔ)

本文采用一種新的測(cè)距原理建立了紅外測(cè)距系統(tǒng)，并研究了紅外測(cè)距系統(tǒng)在汽車防撞系統(tǒng)的運(yùn)用。

為使測(cè)量的時(shí)間差t準(zhǔn)確，采取兩種方法提高精確度：

1）計(jì)數(shù)脈沖的周期T應(yīng)取得非常小。達(dá)微秒數(shù)量級(jí)；

2）計(jì)數(shù)N個(gè)接收到的紅外線周期的計(jì)數(shù)脈沖，利用公式t=nT/N計(jì)算時(shí)間差t，則精確度提高到大約原來(lái)的N倍。

當(dāng)然，為了使汽車紅外防撞系統(tǒng)實(shí)用化還需解決如下幾個(gè)問(wèn)題：

1）怎樣防止旁道上行駛時(shí)，因道路兩旁物體，臨車道上的車輛產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)問(wèn)題；

2）單片機(jī)的防振能力差，影響工作可靠性的問(wèn)題；

3）發(fā)出什么樣的報(bào)警信號(hào)才能使司機(jī)不造成緊張不安的情緒；

4）如何進(jìn)一步提高單片機(jī)計(jì)數(shù)工作頻率，減少誤差；

5）探測(cè)距離受惡劣天氣影響，紅外線損失較大；

6）動(dòng)態(tài)探測(cè)距離有待進(jìn)一步提高。

這些問(wèn)題有待進(jìn)一步研究、探討。相信隨著器件的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)條件的改善，這些問(wèn)題會(huì)得到圓滿解決。

總之，由于本系統(tǒng)成本低、精確度較高、功能多、具有廣闊的市場(chǎng)。