基于聲光探測(cè)的汽車定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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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(cè)距裝置相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)，將改變接收模塊的接收狀態(tài)，據(jù)此可非接觸探測(cè)物體是否存在。
如果把多個(gè)發(fā)射模塊和多個(gè)接收模塊按固定間隔平行排列成兩排，讓收發(fā)兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置上的紅外模塊一對(duì)一對(duì)地按順序輪流接通工作，對(duì)其間區(qū)域進(jìn)行逐行掃描探測(cè)，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(jì)算出物體的長(zhǎng)度及其在該區(qū)域中的縱向相對(duì)位置。
超聲波測(cè)距通常采用渡越時(shí)間法，收發(fā)頭與被測(cè)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(shí)間間隔。分別在物體兩側(cè)標(biāo)定位置安裝超聲波測(cè)距裝置，測(cè)出與物體的距離，就可計(jì)算出物體的寬度及其在該區(qū)域中的橫向相對(duì)位置。
1.2 系統(tǒng)組成
圖1為基于聲光探測(cè)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(zhǎng)度和縱向停車位置的測(cè)量。單片機(jī)2和4個(gè)超聲波測(cè)距裝置構(gòu)成的測(cè)距系統(tǒng)，用于車箱寬度和橫向停車位置的測(cè)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(gè)發(fā)射模塊和N個(gè)接收模塊組成，它們均勻平行排列，收發(fā)一一對(duì)應(yīng)。4個(gè)超聲波測(cè)距裝置安裝在工作區(qū)域兩側(cè)，分成兩組，分別測(cè)量前部車箱和后部車箱。
主機(jī)對(duì)縱向檢測(cè)和橫向檢測(cè)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(jì)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)。
2 紅外線電子移位逐行掃描電路設(shè)計(jì)和調(diào)試
2.1 電路設(shè)計(jì)
圖2為紅外線電子移位逐行掃描電路。圖中只畫(huà)出一對(duì)紅外發(fā)射和接收模塊的電路，并略去脈沖發(fā)生器電路。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生38 kHz的振蕩信號(hào)，經(jīng)過(guò)低頻脈沖調(diào)制后，送入發(fā)射模塊。紅外發(fā)射模塊的電子開(kāi)關(guān)在控制信號(hào)為高電平時(shí)導(dǎo)通，把脈沖發(fā)生器送來(lái)的信號(hào)發(fā)射出去；紅外接收模塊的電子開(kāi)關(guān)也在控制信號(hào)為高電平時(shí)導(dǎo)通，把紅外接收頭的接收狀態(tài)輸出，送至單片機(jī)1。電子移位電路由74LSl64串聯(lián)組成，有N個(gè)輸出端子，每一個(gè)輸出端子控制一個(gè)紅外模塊。開(kāi)關(guān)信號(hào)是一個(gè)高電平脈沖，每個(gè)移位時(shí)鐘周期向前移動(dòng)一位。由于收發(fā)兩側(cè)移位時(shí)鐘同步，所以，收發(fā)兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置上的紅外模塊會(huì)一對(duì)一對(duì)地按順序輪流接通工作，由此達(dá)到電子移位逐行掃描的目的。
圖2
2.2 掃描速度和精度處理
掃描速度主要取決于移位時(shí)鐘的周期出，完成一次掃描的時(shí)間：
該電路中在△f≥2 ms時(shí)，具有良好的接收可靠性。單片機(jī)l通過(guò)程序控制，可使△t一2～10 ms，以滿足不同掃描速度的需要。紅外陣列中，相鄰模塊間距△Z就是縱向的最高定位精度。根據(jù)工作區(qū)域的縱向最大長(zhǎng)度L的要求確定紅外陣列中模塊數(shù)量N，要求N×A／=L。
由于紅外陣列由N個(gè)功能相同的紅外模塊串聯(lián)而成，所以在制作時(shí)，以5～10個(gè)模塊做成一個(gè)電路板組件，并采用插拔式安裝結(jié)構(gòu)，各個(gè)組件電路相同，可相互替換、任意串聯(lián)，既能滿足不同工作區(qū)長(zhǎng)度的要求，也可盡量減少現(xiàn)場(chǎng)更換故障模塊所需的時(shí)間。
現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，需要分段校準(zhǔn)，避免誤差累積。
2.3 掃描強(qiáng)度處理
在大霧或強(qiáng)降雨天氣，紅外線穿透能力下降，降低了紅外掃描的可靠性，通常以加大紅外發(fā)射功率來(lái)解決。為此，紅外掃描設(shè)置了普通、增強(qiáng)和超強(qiáng)三種掃描強(qiáng)度模式。普通模式的紅外掃描，紅外收發(fā)是“一對(duì)一”工作，同時(shí)只有1個(gè)紅外模塊發(fā)射，每次移動(dòng)1位；增強(qiáng)模式的紅外掃描，紅外收發(fā)變?yōu)椤耙粚?duì)二”工作，同時(shí)有2個(gè)相鄰紅外模塊發(fā)射，每次移動(dòng)1位；超強(qiáng)模式的紅外掃描，紅外收發(fā)變?yōu)椤耙粚?duì)三”工作，同時(shí)有3個(gè)相鄰紅外模塊發(fā)射。很顯然，后兩種模式的紅外發(fā)射功率分別是第一種模式的2倍和3倍。后兩種掃描模式的定位精度會(huì)有所降低，但最多不超過(guò)2△L。
評(píng)論