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装甲车辆防撞预警系统设计

时间:06-16 来源:解放军陆军军官学院 点击:

超声测距从原理上可分为共振式和脉冲反射式两种。由于应用要求限定,在这里使用脉冲反射式,即利用超声的反射特性。超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就停止计时。根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离(S),即S=C×t/2,式中,C为超声波音速,由于超声波也是声波,故C即为音速。

  声速与现场温度的经验公式:C=331.5+0.607T。只要测得超声波发射和接收回波的时间差t以及现场温度T,就可以精确计算出从发射点到障碍物的距离。

  可以看出超声波测距系统的主要部分有:

  (1)供应电能的脉冲发生器(发射电路);

  (2)使接收和发射隔离的开关部分;

  (3)转换电能为声能,且将声能透射到介质中的发射传感器;

  (4)接收反射声能(回波)和转换声能为电信号的接收传感器;

  (5)接收放大器,可以使微弱的回声放大到一定幅度,并使回声激发记录设备;

  (6)记录/控制设备,通常控制发射到传感器中的电能,并控制声能脉冲发射到记录回波的时间,存储所要求的数据,并将时间间隔转换成距离。

  在超声波测量系统中,频率取得太低,外界的杂音干扰较多;频率取得太高,在传播的过程中衰减较大。故在超声波测量中,常使用40KHz的超声波。目前超声波测量的距离一般为几米到几十米。由于超声波发射与接收器件具有固有的频率特性,因此具有很高的抗干扰性能。

  距离测量系统常用频率范围为25KHz~300KHz的脉冲压力波,发射和接收的传感器有时共用一个,有时分开使用。发射电路一般由振荡和功放两部分组成,负责向传感器输出一个有一定宽度的高压脉冲串,并由传感器转换成声能发射出去;接收放大器用于放大回声信号以便记录,同时为了使它能接收具有一定频带宽度的短脉冲信号,接收放大器要有足够的频带宽度;收/发隔离则使接收装置避开强大的发射信号;记录/控制部分启动或关闭发射电路并记录发射的瞬时及接收的瞬时,并将时差换算成距离读数并加以显示或记录。

  系统的总体结构

  设计本系统的主要目的是定位并显示附近车辆位置,测量车距,危险时发出警报。

  根据实际的功能需求,将系统的整体设计分成探测系统和数据处理系统两个部分,其基本原理如图1所示。其中,探测系统主要包括GPS模块、超声波测距模块、无线模块、电源模块、主控电路和通信接口;数据处理系统主要包括显示模块、报警模块、电源模块和主控电路。

  传感器、GPS和无线模块的选择

  (1)超声波传感器的选择

  超声波传感器采用美国SensComp公司的Sens600系列智能超声波传感器,Sens600是基于超灵敏测距模块6500的增强型静电传感器系列,集发送、接收于一体,新的电压控制电路使传感器可工作在6V~24V 直流电源下,测量范围0.15m~10.7m,可外部触发或内部触发,封装较小,终端引脚连接方便。由于超声波传感器接收到回波信号时,输出高电平,因此需在回波输出端连接反相器至单片机外部中断口,以便即时响应。另外,在超声波传感器开口端面增加喇叭状套筒设计,以限制和减少偏离发射轴中心较大的发射波和接收波,在一定程度上增强了抗干扰能力。

  (2)温度传感器的选择

  目前存在的温度传感器主要分为两种类型,即数字温度传感器和模拟式温度传感器。

  数字温度传感器测量温度是将温度值直接转化为数字值输出。数字温度传感器具有以下的优点:①具有高的测量精度和分辨率,测量范围大;②抗干扰能力强,稳定性好;③信号易于处理、传送和自动控制;④便于动态及多路测量,读数直观;⑤安装方便,维护简单,工作可靠性高。

  结合各种因素考虑,本文选用Dallas半导体公司推出的单线式数字温度传感器DS18B20。

  (3)GPS的选择

  智能天线模块包含完整的GPS接收机,带内置天线在快速系统集成应用中,使其具有完全独立的GPS功能,基于这种充分设计的GPS子系统,集成只需要最短的开发时间、最低的开发成本以及最小的开发风险。对GPS智能天线模块的选择主要考虑:①特性(如节能模式和支持SBAS);②易用性(特别是易配置性);③定量指标(可测参数),如准确度、启动性能、跟踪灵敏度和功耗;④定性指标,包括由外场测试获得的可预期定位结果。

  结合各种因素考虑,本文选用Starlight的ZG-P1121U模块。

  (4)无线模块的选择

无线模块的选择主要考虑以下因素:①传输距离,无线模块的传输距离必须要满足装甲车辆野战

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