紅外線(xiàn)測距系統的建立及其在汽車(chē)防撞系統中的應用

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(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(chē)、出車(chē)開(kāi)小差、錯誤估計車(chē)距等主觀(guān)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(chē)安裝能自動(dòng)跟蹤測距，在危險距離內自動(dòng)剎車(chē)的裝置。

由于電子技術(shù)的發(fā)展，先后出現了激光測距、微波雷達測距、超聲波測距及紅外線(xiàn)測距。其中激光測距是靠激光束照射在前車(chē)上的反射鏡（汽車(chē)尾部）反射回來(lái)的激光束探測兩車(chē)距離。由于受惡劣的天氣、汽車(chē)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；微波雷達測距技術(shù)為軍事和某些工業(yè)開(kāi)發(fā)采用的裝備和振蕩器等電路部分價(jià)格昂貴，現在幾乎還沒(méi)有開(kāi)拓民用市場(chǎng)；超聲波測距在國內外已有人做過(guò)研究，由于采用特殊專(zhuān)用元件使其價(jià)格高，難以推廣；紅外線(xiàn)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，構成的測距系統成本低廉，性能優(yōu)良，便于民用推廣。

當前測距系統所用的測距基本原理都是建立在測量時(shí)間差的基礎上，而測量時(shí)間的方法主要有“脈沖方式”和“調頻2連續波方式”。這兩種測量方式都是以模擬電路來(lái)實(shí)現，由于器件延時(shí)的影響，使測量精度大大下降。本文采用“計數”方式，通過(guò)單片機處理，使測量準確度有了很大提高。

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

2　紅外線(xiàn)測距基本原理及其系統的建立

2.1　基本原理

紅外線(xiàn)發(fā)射器不斷發(fā)射出頻率為40kHz的紅外線(xiàn)，經(jīng)障礙物反射，紅外線(xiàn)接收器接收到反射波信號，并將其轉變?yōu)殡娦盘?。測出發(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“計數”方式，通過(guò)單片機處理進(jìn)行測量，其基本原理是：紅外線(xiàn)發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線(xiàn)的狀態(tài)，當紅外接收器第一次接收到障礙物反射回的紅外線(xiàn)時(shí)，經(jīng)電路處理單片機給出一個(gè)計數啟動(dòng)信號，單片機的計數器開(kāi)始以一定頻率計數；當紅外線(xiàn)接收器第二次接收到反射回的紅外線(xiàn)時(shí)，經(jīng)電路處理單片機給出一個(gè)停止計數脈沖，計數器停止計數。通過(guò)編程，單片機自動(dòng)處理，用脈沖的周期T乘以脈沖數n就得到發(fā)射紅外線(xiàn)到接收紅外線(xiàn)的時(shí)間差t，即：

（2）式代入（1）式就得測量距離。

2.2　系統的建立

根據以上的測距原理，設計出系統的基本框圖如圖1。

紅外發(fā)射電路發(fā)射出40kHz頻率的紅外線(xiàn)，當遇到障礙物紅外線(xiàn)發(fā)生漫反射，紅外線(xiàn)接收電路第一次接收到反射的紅外線(xiàn)時(shí)，給單片機一個(gè)信號脈沖，啟動(dòng)單片機內的計數器，計數器置位進(jìn)入計數狀態(tài)；當接收電路第二次接收到反射器的紅外線(xiàn)時(shí)，經(jīng)單片機處理給出一個(gè)信號脈沖，使計數器停止計數，數據被鎖存，然后經(jīng)單片機處理，將測量的距離顯示在顯示器上。

3　紅外線(xiàn)測距在汽車(chē)防撞系統的應用

3.1　基本特點(diǎn)

本文研究的汽車(chē)紅外防撞系統吸收了國內外各種測距儀的部分特點(diǎn)，結合我國汽車(chē)電子工業(yè)發(fā)展方向和現有電子技術(shù)基礎上而設計出來(lái)的，具有以下特點(diǎn)：

1）汽車(chē)在行進(jìn)中能自動(dòng)連續跟蹤顯示障礙物的距離；

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

3）探測的車(chē)間距為20m時(shí)，給出自動(dòng)剎車(chē)信號；若裝有自動(dòng)剎車(chē)裝置，則自動(dòng)剎車(chē)減速。

3.2　汽車(chē)紅外防撞系統

汽車(chē)紅外防撞系統的電路原理框圖如圖2所示。