紅外線測距系統(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、譯碼顯示電路、報警部分及自動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級放大電路、第2級放大電路、整形、AGC控制增益等電路組成，紅外線接收頭接收信號后經(jīng)第1級與第2級放大電路放大，由施密特觸發(fā)器電路整形，送入單片機處理。其中AGC控制接收電路的增益，保證恒幅輸出。

單片機：由時鐘振蕩器和單片機組成，經(jīng)過編程，單片機實現(xiàn)自動計數(shù)、計算時間t和測量距離s，并將測量距離連續(xù)輸出給顯示裝置，同時在車間距離為30m時產(chǎn)生報警信號和車間距為20m時，產(chǎn)生自動剎車減速信號。

譯碼顯示電路：由譯碼電路、顯示器組成，單片機輸出的距離信號經(jīng)譯碼器譯碼，通過顯示器顯示出來。

可動態(tài)顯示車與障礙物的距離。

報警部分：由觸發(fā)器、驅(qū)動電路和小喇叭組成。當車間距為30m時單片機給觸發(fā)器一個信號，使觸發(fā)器置位產(chǎn)生一組脈沖，通過驅(qū)動電路，使小喇叭發(fā)出報警聲，當大于30m時，觸發(fā)器復(fù)位，停止產(chǎn)生脈沖。

自動剎車減速裝置：由開關(guān)K和自動剎車減速裝置組成，當司機認為必要用到自動剎車減速裝置時，閉合開關(guān)K。當車間距小于20m時，單片機提供一個信號，啟動自動剎車減速裝置，防止碰撞。

4　汽車紅外防撞系統(tǒng)性能評價

為了評價汽車紅外防撞系統(tǒng)的性能，包括探測障礙物距和相對速度的性能，采用靜物距離探測和在高速公路上行駛時動態(tài)探測兩種試驗。

4.1　靜物距離探測試驗

將普通汽車放在裝有紅外防撞系統(tǒng)的試驗汽車前面，試驗車從100m遠處以30km/h的速度向普通汽車開來。當距離大于40m時，顯示0;距離小于40m時，顯示器顯示的數(shù)據(jù)連續(xù)變化；當車間距為30m時，報警器開始報警。實驗結(jié)果表明，符合實際車間距離，探測結(jié)果準確。實驗結(jié)果如圖3所示。

4.2　高速公路上行駛動態(tài)實驗

試驗車與普通車在高速公路上同時向同一個方向行駛，開車前兩車保持100m的距離。試驗車向普通汽車發(fā)射紅外線，探測兩車距和相對速度，其實驗結(jié)果如圖4所示。

5　結(jié)語

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

為使測量的時間差t準確，采取兩種方法提高精確度：

1）計數(shù)脈沖的周期T應(yīng)取得非常小。達微秒數(shù)量級；

2）計數(shù)N個接收到的紅外線周期的計數(shù)脈沖，利用公式t=nT/N計算時間差t，則精確度提高到大約原來的N倍。

當然，為了使汽車紅外防撞系統(tǒng)實用化還需解決如下幾個問題：

1）怎樣防止旁道上行駛時，因道路兩旁物體，臨車道上的車輛產(chǎn)生錯覺問題；

2）單片機的防振能力差，影響工作可靠性的問題；

3）發(fā)出什么樣的報警信號才能使司機不造成緊張不安的情緒；

4）如何進一步提高單片機計數(shù)工作頻率，減少誤差；

5）探測距離受惡劣天氣影響，紅外線損失較大；

6）動態(tài)探測距離有待進一步提高。

這些問題有待進一步研究、探討。相信隨著器件的改進和實驗條件的改善，這些問題會得到圓滿解決。

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。