基于聲光探測的汽車定位系統(tǒng)設(shè)計

　　2.4 紅外抗干擾處理
　　由于定位裝置在室外場地工作，在電路設(shè)計上應(yīng)考慮對日光等背景紅外線的抗干擾措施。具體采取了3項措施：
　?。?）封閉接收頭。將接收頭置于帶窗口箱體中，避免日光對其直接照射。
　　（2）動態(tài)紅外線發(fā)射。日光等背景紅外線一般不會有巨烈波動，因此，對紅外線進(jìn)行脈沖調(diào)制，以動態(tài)紅外線發(fā)射效果較好。
　?。?）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。為達(dá)到SBXl6i0—02接收頭最佳工作點，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的振蕩信號頻率應(yīng)在（38±0.5）kHz之間。
　　2.5 大跨度電子移位電路開關(guān)信號丟失處理
　　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的移位時鐘信號CLK的不同步，極易導(dǎo)致開關(guān)信號在移位過程中丟失，使掃描“半途而廢”。為此，對各片74LSl64的移位時鐘信號CLK，應(yīng)采用并聯(lián)驅(qū)動，并保證各片74LSl64的時鐘信號處于同一個驅(qū)動級上，同時盡量減小電路阻抗，提高驅(qū)動電路的功率。
3 測距系統(tǒng)電路設(shè)計和調(diào)試
　　圖3為測距系統(tǒng)電路。該電路由1個單片機和4組超聲波收發(fā)單元組成，圖中只畫出了一組超聲波收發(fā)單元。發(fā)射單元由40 kHz振蕩器和門電路構(gòu)成。門電路產(chǎn)生占空比很小的低頻脈沖信號，脈沖持續(xù)時間為160 its，脈沖間隔為30～50 ms（視需要調(diào)整）。此脈沖信號一路作為振蕩器的置位脈沖；另一路送給單片機，作為計時器的起始脈沖。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，由超聲波發(fā)射頭T40-16發(fā)射出去?；夭ǖ慕邮詹捎猛ㄓ玫腇PS409I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，這樣在有效的測距范圍，可保證接收到的信號其輸出達(dá)到TTL電平。接收信號經(jīng)整形放大后送入單片機，作為計時器的停止脈沖。單片機計算起始脈沖至停止脈沖之間的時間t，按照式（1）求出距離s。

圖3 測距系統(tǒng)電路
測距系統(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)在單片機控制下輪流工作。該電路中脈沖間隔為30～50 ms，對應(yīng)測距范圍約為5～15 m，如果測距范圍加大，需要增大脈沖間隔。另外，該測距電路存在約30 cm的測距盲區(qū)，測距裝置與測量對象間要保持30 cm以上的距離，同時單片機對起停脈沖計時時，也要避開盲區(qū)內(nèi)虛假停止脈沖的干擾。
4 控制軟件設(shè)計
　　控制軟件包括主機軟件和單片機軟件，主要軟件流程如圖4所示。單片機1產(chǎn)生紅外線電子移位逐行掃描電路所需的開關(guān)信號和移位時鐘，并在每個移位時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；還可根據(jù)主機指令，通過程序控制改變掃描速度和掃描強度。單片機2分別控制檢測4個超聲波裝置，所計時間經(jīng)簡單處理后上傳給主機。由于存在盲區(qū)，要避開此區(qū)間過來的虛假停止脈沖的干擾，采用延時開中斷，即在起始脈沖啟動計時器計時后，等待盲區(qū)過去再開中斷，使單片機中斷口接收到實際有效停止脈沖停止計時器計時。主機程序以主動查詢方式輪流從兩個單片機讀取縱向檢測數(shù)據(jù)和橫向檢測數(shù)據(jù)，然后依照一定算法，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，先判斷是否有車，有車時判斷車型、計算停車位置參數(shù)和車箱幾何參數(shù)。
　　主機軟件采用Delphi編寫，能進(jìn)行測量參數(shù)顯示和工作參數(shù)設(shè)置。

圖4 主要軟件流程
5 測試與結(jié)果
　　測試在室外工業(yè)現(xiàn)場進(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100輛汽車進(jìn)行定位，包括多種車型，都定位成功。在白天和夜間各抽取5輛汽車的定位數(shù)據(jù)與實物數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場比對，結(jié)果如表1所示。車箱長度和前距測量誤差不超過5 cm，車箱寬度和邊距測量誤差不超過6 cln，單次定位時間最快可達(dá)1 s內(nèi)。

6 結(jié)語
　　結(jié)果表明，采用聲光探測技術(shù)可實現(xiàn)平面內(nèi)物體的非接觸定位。基于聲光探測的汽車定位系統(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)已被用于汽車物料自動取樣控制系統(tǒng)中，在多個鋼鐵電力企業(yè)得到應(yīng)用，運行效果良好。