聲光探測技術(shù)在汽車(chē)定位中的應用

2.4 紅外抗干擾處理

　　由于定位裝置在室外場(chǎng)地工作，在電路設計上應考慮對日光等背景紅外線(xiàn)的抗干擾措施。具體采取了3項措施：

　?。?）封閉接收頭。將接收頭置于帶窗口箱體中，避免日光對其直接照射。

　?。?）動(dòng)態(tài)紅外線(xiàn)發(fā)射。日光等背景紅外線(xiàn)一般不會(huì )有巨烈波動(dòng)，因此，對紅外線(xiàn)進(jìn)行脈沖調制，以動(dòng)態(tài)紅外線(xiàn)發(fā)射效果較好。

　?。?）選用抗干擾接收頭。電路采用了抗干擾能直射日光紅外線(xiàn)干擾中有效檢出紅外線(xiàn)信號。為達到SBXl6i0—02接收頭最佳工作點(diǎn)，脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的振蕩信號頻率應在（38±0.5）kHz之間。

　　2.5 大跨度電子移位電路開(kāi)關(guān)信號丟失處理

　　電子移位電路通常由約100片74LSl64串聯(lián)組成，電路長(cháng)達數10 m，由于分布參數的影響，造成各片74LSl64的移位時(shí)鐘信號CLK的不同步，極易導致開(kāi)關(guān)信號在移位過(guò)程中丟失，使掃描“半途而廢”。為此，對各片74LSl64的移位時(shí)鐘信號CLK，應采用并聯(lián)驅動(dòng)，并保證各片74LSl64的時(shí)鐘信號處于同一個(gè)驅動(dòng)級上，同時(shí)盡量減小電路阻抗，提高驅動(dòng)電路的功率。

　　3 測距系統電路設計和調試

　　圖3為測距系統電路。該電路由1個(gè)單片機和4組超聲波收發(fā)單元組成，圖中只畫(huà)出了一組超聲波收發(fā)單元。發(fā)射單元由40 kHz振蕩器和門(mén)電路構成。門(mén)電路產(chǎn)生占空比很小的低頻脈沖信號，脈沖持續時(shí)間為160 its，脈沖間隔為30～50 ms（視需要調整）。此脈沖信號一路作為振蕩器的置位脈沖；另一路送給單片機，作為計時(shí)器的起始脈沖。在置位期間，振蕩器輸出經(jīng)調制的頻率為40 kHz的脈沖信號，由超聲波發(fā)射頭T40-16發(fā)射出去?；夭ǖ慕邮詹捎猛ㄓ玫腇PS409I紅外接收組件，只是需要把紅外接收管PH302換為超聲波接收頭R40—16，這樣在有效的測距范圍，可保證接收到的信號其輸出達到TTL電平。接收信號經(jīng)整形放大后送入單片機，作為計時(shí)器的停止脈沖。單片機計算起始脈沖至停止脈沖之間的時(shí)間t，按照式（1）求出距離s。

圖3 測距系統電路

測距系統采用了“一拖四”的結構，為避免多組超聲波單元互相干擾，它們應在單片機控制下輪流工作。該電路中脈沖間隔為30～50 ms，對應測距范圍約為5～15 m，如果測距范圍加大，需要增大脈沖間隔。另外，該測距電路存在約30 cm的測距盲區，測距裝置與測量對象間要保持30 cm以上的距離，同時(shí)單片機對起停脈沖計時(shí)時(shí)，也要避開(kāi)盲區內虛假停止脈沖的干擾。

　　4 控制軟件設計

　　控制軟件包括主機軟件和單片機軟件，主要軟件流程如圖4所示。單片機1產(chǎn)生紅外線(xiàn)電子移位逐行掃描電路所需的開(kāi)關(guān)信號和移位時(shí)鐘，并在每個(gè)移位時(shí)鐘周期采集一次接收狀態(tài)數據，完成一遍掃描后把數據上傳給主機；還可根據主機指令，通過(guò)程序控制改變掃描速度和掃描強度。單片機2分別控制檢測4個(gè)超聲波裝置，所計時(shí)間經(jīng)簡(jiǎn)單處理后上傳給主機。由于存在盲區，要避開(kāi)此區間過(guò)來(lái)的虛假停止脈沖的干擾，采用延時(shí)開(kāi)中斷，即在起始脈沖啟動(dòng)計時(shí)器計時(shí)后，等待盲區過(guò)去再開(kāi)中斷，使單片機中斷口接收到實(shí)際有效停止脈沖停止計時(shí)器計時(shí)。主機程序以主動(dòng)查詢(xún)方式輪流從兩個(gè)單片機讀取縱向檢測數據和橫向檢測數據，然后依照一定算法，對檢測數據進(jìn)行處理、分析，先判斷是否有車(chē)，有車(chē)時(shí)判斷車(chē)型、計算停車(chē)位置參數和車(chē)箱幾何參數。

　　主機軟件采用Delphi編寫(xiě)，能進(jìn)行測量參數顯示和工作參數設置。

圖4 主要軟件流程

　　5 測試與結果

　　測試在室外工業(yè)現場(chǎng)進(jìn)行。工作區為5 m×21 ITI，紅外模塊的間距為5 cm，紅外收發(fā)陣列的模塊數均為425。連續對100輛汽車(chē)進(jìn)行定位，包括多種車(chē)型，都定位成功。在白天和夜間各抽取5輛汽車(chē)的定位數據與實(shí)物數據進(jìn)行現場(chǎng)比對，結果如表1所示。車(chē)箱長(cháng)度和前距測量誤差不超過(guò)5 cm，車(chē)箱寬度和邊距測量誤差不超過(guò)6 cln，單次定位時(shí)間最快可達1 s內。

　　6 結語(yǔ)

　　結果表明，采用聲光探測技術(shù)可實(shí)現平面內物體的非接觸定位?；诼暪馓綔y的汽車(chē)定位系統，不論是定位速度、定位精度還是定位可靠性，都較當前的其他定位方式有明顯的提高。目前該系統已被用于汽車(chē)物料自動(dòng)取樣控制系統中，在多個(gè)鋼鐵電力企業(yè)得到應用，運行效果良好。