紅外線測(cè)距系統(tǒng)的建立及應(yīng)用[1]

  摘要：采用一種新的測(cè)距原理，結(jié)合單片機(jī)，建立紅外線測(cè)距系統(tǒng)。根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制的汽車紅外防撞系統(tǒng)，具有自動(dòng)檢測(cè)并跟蹤顯示車與障礙物的距離；當(dāng)達(dá)到設(shè)置的安全極限距離時(shí)，能發(fā)出聲音報(bào)警；若結(jié)合自動(dòng)剎車裝置，還具有自動(dòng)剎車減速的功能。且該系統(tǒng)成本低，精確度較高，具有廣闊的市場(chǎng)。

  1 引言

  隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)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(cuò)誤估計(jì)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(gè)問(wèn)題的根本措施在于給行進(jìn)中的汽車安裝能自動(dòng)跟蹤測(cè)距，在危險(xiǎn)距離內(nèi)自動(dòng)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(cè)距、微波雷達(dá)測(cè)距、超聲波測(cè)距及紅外線測(cè)距。其中激光測(cè)距是靠激光束照射在前車上的反射鏡（汽車尾部）反射回來(lái)的激光束探測(cè)兩車距離。由于受惡劣的天氣、汽車激烈的振動(dòng)，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(cè)距離比可能探測(cè)的最大距離減少1/2～1/3，損失很大，影響探測(cè)的精確度；微波雷達(dá)測(cè)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(jià)格昂貴，現(xiàn)在幾乎還沒(méi)有開拓民用市場(chǎng)；超聲波測(cè)距在國(guó)內(nèi)外已有人做過(guò)研究，由于采用特殊專用元件使其價(jià)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(duì)不太大，構(gòu)成的測(cè)距系統(tǒng)成本低廉，性能優(yōu)良，便于民用推廣。

  當(dāng)前測(cè)距系統(tǒng)所用的測(cè)距基本原理都是建立在測(cè)量時(shí)間差的基礎(chǔ)上，而測(cè)量時(shí)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(cè)量方式都是以模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于器件延時(shí)的影響，使測(cè)量精度大大下降。本文采用“計(jì)數(shù)”方式，通過(guò)單片機(jī)處理，使測(cè)量準(zhǔn)確度有了很大提高。

  因此，本文研究的紅外測(cè)距系統(tǒng)成本較低，機(jī)體尺寸小，而且利用一種新的測(cè)距原理結(jié)合單片機(jī)技術(shù)的處理，使測(cè)量精度有了較大提高；同時(shí)把這種測(cè)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(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表面，這種系統(tǒng)能探測(cè)的距離大于40m，且分析判斷險(xiǎn)情的速度快，準(zhǔn)確性較高。

  2 紅外線測(cè)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(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。測(cè)出發(fā)射波與接收到反射波的時(shí)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(jì)數(shù)”方式，通過(guò)單片機(jī)處理進(jìn)行測(cè)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(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)計(jì)數(shù)啟動(dòng)信號(hào)，單片機(jī)的計(jì)數(shù)器開始以一定頻率計(jì)數(shù)；當(dāng)紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)停止計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。通過(guò)編程，單片機(jī)自動(dòng)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(shí)間差t，即：

  （2）式代入（1）式就得測(cè)量距離。

[1]  [2]  [3]