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

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運輸業(yè)日益繁榮，但由于道路狀態(tài)、交通管理等硬件難以跟上，加上駕駛超車、出車開小差、錯誤估計車距等主觀的原理，使相互碰撞的交通事故頻頻發(fā)生。解決這個問題的根本措施在于給行進(jìn)中的汽車安裝能自動跟蹤測距，在危險距離內(nèi)自動剎車的裝置。

由于電子技術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了激光測距、微波雷達(dá)測距、超聲波測距及紅外線測距。其中激光測距是靠激光束照射在前車上的反射鏡（汽車尾部）反射回來的激光束探測兩車距離。由于受惡劣的天氣、汽車激烈的振動，反射鏡表面磨損，污染等因素影響，使反射的激光束在一定功率上探測距離比可能探測的最大距離減少1/2～1/3，損失很大，影響探測的精確度；微波雷達(dá)測距技術(shù)為軍事和某些工業(yè)開發(fā)采用的裝備和振蕩器等電路部分價格昂貴，現(xiàn)在幾乎還沒有開拓民用市場；超聲波測距在國內(nèi)外已有人做過研究，由于采用特殊專用元件使其價格高，難以推廣；紅外線作為一種特殊的光波，具有光波的基本物理傳輸特性—反射、折射、散射等，且由于其技術(shù)難度相對不太大，構(gòu)成的測距系統(tǒng)成本低廉，性能優(yōu)良，便于民用推廣。

當(dāng)前測距系統(tǒng)所用的測距基本原理都是建立在測量時間差的基礎(chǔ)上，而測量時間的方法主要有“脈沖方式”和“調(diào)頻2連續(xù)波方式”。這兩種測量方式都是以模擬電路來實現(xiàn)，由于器件延時的影響，使測量精度大大下降。本文采用“計數(shù)”方式，通過單片機(jī)處理，使測量準(zhǔn)確度有了很大提高。

因此，本文研究的紅外測距系統(tǒng)成本較低，機(jī)體尺寸小，而且利用一種新的測距原理結(jié)合單片機(jī)技術(shù)的處理，使測量精度有了較大提高；同時把這種測距系統(tǒng)應(yīng)用于汽車防撞系統(tǒng)中，并進(jìn)行了裝車防撞試驗。試驗結(jié)果表面，這種系統(tǒng)能探測的距離大于40m，且分析判斷險情的速度快，準(zhǔn)確性較高。

2　紅外線測距基本原理及其系統(tǒng)的建立

2.1　基本原理

紅外線發(fā)射器不斷發(fā)射出頻率為40kHz的紅外線，經(jīng)障礙物反射，紅外線接收器接收到反射波信號，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴y出發(fā)射波與接收到反射波的時間差t，即可求出距離s：

式中，c為光速度，一般取3×108m/s。

本文采用“計數(shù)”方式，通過單片機(jī)處理進(jìn)行測量，其基本原理是：紅外線發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線的狀態(tài)，當(dāng)紅外接收器第一次接收到障礙物反射回的紅外線時，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個計數(shù)啟動信號，單片機(jī)的計數(shù)器開始以一定頻率計數(shù)；當(dāng)紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個停止計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)。通過編程，單片機(jī)自動處理，用脈沖的周期T乘以脈沖數(shù)n就得到發(fā)射紅外線到接收紅外線的時間差t，即：

（2）式代入（1）式就得測量距離。

2.2　系統(tǒng)的建立

根據(jù)以上的測距原理，設(shè)計出系統(tǒng)的基本框圖如圖1。

紅外發(fā)射電路發(fā)射出40kHz頻率的紅外線，當(dāng)遇到障礙物紅外線發(fā)生漫反射，紅外線接收電路第一次接收到反射的紅外線時，給單片機(jī)一個信號脈沖，啟動單片機(jī)內(nèi)的計數(shù)器，計數(shù)器置位進(jìn)入計數(shù)狀態(tài)；當(dāng)接收電路第二次接收到反射器的紅外線時，經(jīng)單片機(jī)處理給出一個信號脈沖，使計數(shù)器停止計數(shù)，數(shù)據(jù)被鎖存，然后經(jīng)單片機(jī)處理，將測量的距離顯示在顯示器上。

3　紅外線測距在汽車防撞系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1　基本特點

本文研究的汽車紅外防撞系統(tǒng)吸收了國內(nèi)外各種測距儀的部分特點，結(jié)合我國汽車電子工業(yè)發(fā)展方向和現(xiàn)有電子技術(shù)基礎(chǔ)上而設(shè)計出來的，具有以下特點：

1）汽車在行進(jìn)中能自動連續(xù)跟蹤顯示障礙物的距離；

2）在交通量較大的高速公路的車間距離一般為30～50m，本裝置設(shè)置極限安全距離為30m，當(dāng)探測的車間距為30m時，發(fā)出警告聲提醒駕駛員注意剎車；

3）探測的車間距為20m時，給出自動剎車信號；若裝有自動剎車裝置，則自動剎車減速。

3.2　汽車紅外防撞系統(tǒng)

汽車紅外防撞系統(tǒng)的電路原理框圖如圖2所示。