聲光探測(cè)技術(shù)在汽車(chē)定位中的應(yīng)用

2.4 紅外抗干擾處理

　　由于定位裝置在室外場(chǎng)地工作，在電路設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮對(duì)日光等背景紅外線的抗干擾措施。具體采取了3項(xiàng)措施：

　　（1）封閉接收頭。將接收頭置于帶窗口箱體中，避免日光對(duì)其直接照射。

　?。?）動(dòng)態(tài)紅外線發(fā)射。日光等背景紅外線一般不會(huì)有巨烈波動(dòng)，因此，對(duì)紅外線進(jìn)行脈沖調(diào)制，以動(dòng)態(tài)紅外線發(fā)射效果較好。

　　（3）選用抗干擾接收頭。電路采用了抗干擾能直射日光紅外線干擾中有效檢出紅外線信號(hào)。為達(dá)到SBXl6i0—02接收頭最佳工作點(diǎn)，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)頻率應(yīng)在（38±0.5）kHz之間。

　　2.5 大跨度電子移位電路開(kāi)關(guān)信號(hào)丟失處理

　　電子移位電路通常由約100片74LSl64串聯(lián)組成，電路長(zhǎng)達(dá)數(shù)10 m，由于分布參數(shù)的影響，造成各片74LSl64的移位時(shí)鐘信號(hào)CLK的不同步，極易導(dǎo)致開(kāi)關(guān)信號(hào)在移位過(guò)程中丟失，使掃描“半途而廢”。為此，對(duì)各片74LSl64的移位時(shí)鐘信號(hào)CLK，應(yīng)采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，并保證各片74LSl64的時(shí)鐘信號(hào)處于同一個(gè)驅(qū)動(dòng)級(jí)上，同時(shí)盡量減小電路阻抗，提高驅(qū)動(dòng)電路的功率。

　　3 測(cè)距系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和調(diào)試

　　圖3為測(cè)距系統(tǒng)電路。該電路由1個(gè)單片機(jī)和4組超聲波收發(fā)單元組成，圖中只畫(huà)出了一組超聲波收發(fā)單元。發(fā)射單元由40 kHz振蕩器和門(mén)電路構(gòu)成。門(mén)電路產(chǎn)生占空比很小的低頻脈沖信號(hào)，脈沖持續(xù)時(shí)間為160 its，脈沖間隔為30～50 ms（視需要調(diào)整）。此脈沖信號(hào)一路作為振蕩器的置位脈沖；另一路送給單片機(jī)，作為計(jì)時(shí)器的起始脈沖。在置位期間，振蕩器輸出經(jīng)調(diào)制的頻率為40 kHz的脈沖信號(hào)，由超聲波發(fā)射頭T40-16發(fā)射出去。回波的接收采用通用的FPS409I紅外接收組件，只是需要把紅外接收管PH302換為超聲波接收頭R40—16，這樣在有效的測(cè)距范圍，可保證接收到的信號(hào)其輸出達(dá)到TTL電平。接收信號(hào)經(jīng)整形放大后送入單片機(jī)，作為計(jì)時(shí)器的停止脈沖。單片機(jī)計(jì)算起始脈沖至停止脈沖之間的時(shí)間t，按照式（1）求出距離s。

圖3 測(cè)距系統(tǒng)電路

測(cè)距系統(tǒng)采用了“一拖四”的結(jié)構(gòu)，為避免多組超聲波單元互相干擾，它們應(yīng)在單片機(jī)控制下輪流工作。該電路中脈沖間隔為30～50 ms，對(duì)應(yīng)測(cè)距范圍約為5～15 m，如果測(cè)距范圍加大，需要增大脈沖間隔。另外，該測(cè)距電路存在約30 cm的測(cè)距盲區(qū)，測(cè)距裝置與測(cè)量對(duì)象間要保持30 cm以上的距離，同時(shí)單片機(jī)對(duì)起停脈沖計(jì)時(shí)時(shí)，也要避開(kāi)盲區(qū)內(nèi)虛假停止脈沖的干擾。

　　4 控制軟件設(shè)計(jì)

　　控制軟件包括主機(jī)軟件和單片機(jī)軟件，主要軟件流程如圖4所示。單片機(jī)1產(chǎn)生紅外線電子移位逐行掃描電路所需的開(kāi)關(guān)信號(hào)和移位時(shí)鐘，并在每個(gè)移位時(shí)鐘周期采集一次接收狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成一遍掃描后把數(shù)據(jù)上傳給主機(jī)；還可根據(jù)主機(jī)指令，通過(guò)程序控制改變掃描速度和掃描強(qiáng)度。單片機(jī)2分別控制檢測(cè)4個(gè)超聲波裝置，所計(jì)時(shí)間經(jīng)簡(jiǎn)單處理后上傳給主機(jī)。由于存在盲區(qū)，要避開(kāi)此區(qū)間過(guò)來(lái)的虛假停止脈沖的干擾，采用延時(shí)開(kāi)中斷，即在起始脈沖啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)后，等待盲區(qū)過(guò)去再開(kāi)中斷，使單片機(jī)中斷口接收到實(shí)際有效停止脈沖停止計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)。主機(jī)程序以主動(dòng)查詢方式輪流從兩個(gè)單片機(jī)讀取縱向檢測(cè)數(shù)據(jù)和橫向檢測(cè)數(shù)據(jù)，然后依照一定算法，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，先判斷是否有車(chē)，有車(chē)時(shí)判斷車(chē)型、計(jì)算停車(chē)位置參數(shù)和車(chē)箱幾何參數(shù)。

　　主機(jī)軟件采用Delphi編寫(xiě)，能進(jìn)行測(cè)量參數(shù)顯示和工作參數(shù)設(shè)置。

圖4 主要軟件流程

　　5 測(cè)試與結(jié)果

　　測(cè)試在室外工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。工作區(qū)為5 m×21 ITI，紅外模塊的間距為5 cm，紅外收發(fā)陣列的模塊數(shù)均為425。連續(xù)對(duì)100輛汽車(chē)進(jìn)行定位，包括多種車(chē)型，都定位成功。在白天和夜間各抽取5輛汽車(chē)的定位數(shù)據(jù)與實(shí)物數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)，結(jié)果如表1所示。車(chē)箱長(zhǎng)度和前距測(cè)量誤差不超過(guò)5 cm，車(chē)箱寬度和邊距測(cè)量誤差不超過(guò)6 cln，單次定位時(shí)間最快可達(dá)1 s內(nèi)。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　結(jié)果表明，采用聲光探測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)物體的非接觸定位?；诼暪馓綔y(cè)的汽車(chē)定位系統(tǒng)，不論是定位速度、定位精度還是定位可靠性，都較當(dāng)前的其他定位方式有明顯的提高。目前該系統(tǒng)已被用于汽車(chē)物料自動(dòng)取樣控制系統(tǒng)中，在多個(gè)鋼鐵電力企業(yè)得到應(yīng)用，運(yùn)行效果良好。