红外线测距系统的建立及其在汽车防撞系统中的应用

发射部分：由40kHz振荡器，恒流发射发路和发射探头等组成，振荡器产生占空比非常小的窄脉冲，采用恒流源提供20mA左右的电流，这样减小了功耗，提高了发射功率，最后红外线由发射探头聚焦，以散射角小于2°发射。

接收部分：由红外线接收头、第1级放大电路、第2级放大电路、整形、AGC控制增益等电路组成，红外线接收头接收信号后经第1级与第2级放大电路放大，由施密特触发器电路整形，送入单片机处理。其中AGC控制接收电路的增益，保证恒幅输出。

单片机：由时钟振荡器和单片机组成，经过编程，单片机实现自动计数、计算时间t和测量距离s，并将测量距离连续输出给显示装置，同时在车间距离为30m时产生报警信号和车间距为20m时，产生自动刹车减速信号。

译码显示电路：由译码电路、显示器组成，单片机输出的距离信号经译码器译码，通过显示器显示出来。

可动态显示车与障碍物的距离。

报警部分：由触发器、驱动电路和小喇叭组成。当车间距为30m时单片机给触发器一个信号，使触发器置位产生一组脉冲，通过驱动电路，使小喇叭发出报警声，当大于30m时，触发器复位，停止产生脉冲。

自动刹车减速装置：由开关K和自动刹车减速装置组成，当司机认为必要用到自动刹车减速装置时，闭合开关K。当车间距小于20m时，单片机提供一个信号，启动自动刹车减速装置，防止碰撞。

4 汽车红外防撞系统性能评价

为了评价汽车红外防撞系统的性能，包括探测障碍物距和相对速度的性能，采用静物距离探测和在高速公路上行驶时动态探测两种试验。

4.1 静物距离探测试验

将普通汽车放在装有红外防撞系统的试验汽车前面，试验车从100m远处以30km/h的速度向普通汽车开来。当距离大于40m时，显示0；距离小于40m时，显示器显示的数据连续变化；当车间距为30m时，报警器开始报警。实验结果表明，符合实际车间距离，探测结果准确。实验结果如图3所示。

图3 静物距离探测实验结果

4.2 高速公路上行驶动态实验

试验车与普通车在高速公路上同时向同一个方向行驶，开车前两车保持100m的距离。试验车向普通汽车发射红外线，探测两车距和相对速度，其实验结果如图4所示。

图4 高速公路上进行的动态实验结果

5 结语

本文采用一种新的测距原理建立了红外测距系统，并研究了红外测距系统在汽车防撞系统的运用。

为使测量的时间差t准确，采取两种方法提高精确度：

1)计数脉冲的周期T应取得非常小。达微秒数量级；
2)计数N个接收到的红外线周期的计数脉冲，利用公式t=nT/N计算时间差t，则精确度提高到大约原来的N倍。

当然，为了使汽车红外防撞系统实用化还需解决如下几个问题：

1)怎样防止旁道上行驶时，因道路两旁物体，临车道上的车辆产生错觉问题；
2)单片机的防振能力差，影响工作可靠性的问题；
3)发出什么样的报警信号才能使司机不造成紧张不安的情绪；
4)如何进一步提高单片机计数工作频率，减少误差；
5)探测距离受恶劣天气影响，红外线损失较大；
6)动态探测距离有待进一步提高。

这些问题有待进一步研究、探讨。相信随着器件的改进和实验条件的改善，这些问题会得到圆满解决。总之，由于本系统成本低、精确度较高、功能多、具有广阔的市场。