基于聲光探測的汽車定位系統(tǒng)

4 控制軟件設(shè)計

　　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(jī)；還可根據(jù)主機(jī)指令，通過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4個超聲波裝置，所計時間經(jīng)簡單處理后上傳給主機(jī)。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(jī)中斷口接收到實際有效停止脈沖停止計時器計時。主機(jī)程序以主動查詢方式輪流從兩個單片機(jī)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(jī)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(yùn)行效果良好。

　汽車定位系統(tǒng)用于檢測汽車停車位置參數(shù)和車箱幾何參數(shù)，為機(jī)械手在車箱范圍內(nèi)作業(yè)提供平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)，是車載貨物自動作業(yè)控制系統(tǒng)的組成部分。目前的汽車定位系統(tǒng)多用齒輪傳動的機(jī)械移位紅外線掃描方式或基于視頻圖像的人工畫界方式，前者定位速度慢，后者定位精度低，可靠性差，都難以滿足實際定位對速度、精度和可靠性的要求。文中采用紅外線電子移位逐行高速掃描技術(shù)和超聲波測距技術(shù)實現(xiàn)汽車定位，具有可調(diào)定位速度和適應(yīng)惡劣天氣的能力，還采用多種措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可維護(hù)性能，實現(xiàn)了快速、高精度、高可靠定位的目標(biāo)。利用Delphi開發(fā)主控軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，完成定位結(jié)果的顯示、輸出，工作參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)檢測，具有良好的開放性，方便與各種控制系統(tǒng)接口。

　　1 工作原理和系統(tǒng)組成

　　1.1 工作原理

　　以透射式紅外光電傳感器和超聲波測距裝置相結(jié)合可實現(xiàn)對平面區(qū)域內(nèi)物體的定位。透射式紅外光電傳感器由紅外發(fā)射模塊和紅外接收模塊組成，當(dāng)收發(fā)模塊之間有物體遮擋光路時，將改變接收模塊的接收狀態(tài)，據(jù)此可非接觸探測物體是否存在。

　　如果把多個發(fā)射模塊和多個接收模塊按固定間隔平行排列成兩排，讓收發(fā)兩側(cè)對應(yīng)位置上的紅外模塊一對一對地按順序輪流接通工作，對其間區(qū)域進(jìn)行逐行掃描探測，則依據(jù)掃描結(jié)果不但可判斷該區(qū)域是否有物體存在，還可計算出物體的長度及其在該區(qū)域中的縱向相對位置。

　　超聲波測距通常采用渡越時間法，收發(fā)頭與被測物體之間的距離：

　　式中，v為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度；t為超聲波的往返時間間隔。分別在物體兩側(cè)標(biāo)定位置安裝超聲波測距裝置，測出與物體的距離，就可計算出物體的寬度及其在該區(qū)域中的橫向相對位置。

　　1.2 系統(tǒng)組成

　　圖1為基于聲光探測的汽車定位系統(tǒng)的組成。

　　圖中單片機(jī)1、紅外發(fā)射陣列、紅外接收陣列和電子移位電路構(gòu)成紅外線電子移位逐行掃描電路，用于車箱長度和縱向停車位置的測量。單片機(jī)2和4個超聲波測距裝置構(gòu)成的測距系統(tǒng)，用于車箱寬度和橫向停車位置的測量。

圖1 系統(tǒng)組成

　　其中紅外發(fā)射陣列和紅外接收陣列安裝于工作區(qū)域兩側(cè)車箱中部的高度，分別由N個發(fā)射模塊和N個接收模塊組成，它們均勻平行排列，收發(fā)一一對應(yīng)。4個超聲波測距裝置安裝在工作區(qū)域兩側(cè)，分成兩組，分別測量前部車箱和后部車箱。

　　主機(jī)對縱向檢測和橫向檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理和分析，判斷出工作區(qū)是否有車、哪種車型，并計算出汽車在區(qū)域中的停車位置參數(shù)和車箱幾何參數(shù)。