تصميم نظام مضاد للتصادمات في السيارات باستخدام محول المدى بالموجات فوق الصوتية

مع التقدم المستمر لتكنولوجيا السيارات، وخاصة تطوير تكنولوجيا القيادة الذاتية، سيستمر ظهور المزيد والمزيد من معدات الكشف عن المسافة. في الوقت الحاضر، هناك أربع طرق رئيسية تستخدم في نطاق السيارات: وضع المدى الراداري بموجة ملليمتر؛ وضع نطاق نظام الكاميرا؛ وضع نطاق الليزر. وضع النطاق بالموجات فوق الصوتية. يعاني رادار الموجات المليمترية من مشكلة التداخل الكهرومغناطيسي، كما أن نظام الكاميرا باهظ الثمن مما يجعل من الصعب تعميمه في السيارات. يتميز النطاق بالليزر بمزايا وقت القياس القصير، والمدى الكبير، والدقة العالية، وما إلى ذلك، والتكيف مع احتياجات السيارات المتنوعة من السرعة المنخفضة إلى السرعة العالية، وتجنب ظاهرة عدم الدقة في النطاق الناجم عن سرعة النطاق البطيئة عندما تقود السيارة بسرعة عالية. مستشعر قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية بسيط من حيث المبدأ، وهو مناسب للتصنيع، ومنخفض التكلفة نسبيًا، ولكنه مناسب فقط لقياس المسافة القصيرة والسرعة المنخفضة، لذلك يتم تطبيقه على قياس المسافة عندما تكون السيارة في الخلف. تم تصميم نظام إنذار السلامة الذي يجمع بين قياس المسافة بالليزر وقياس المسافة بالموجات فوق الصوتية المقترح في هذه الورقة لمساعدة السائق على اكتشاف وعرض المسافة بين السيارة والعوائق المحيطة بها في مجموعة متنوعة من ظروف القيادة والاتجاهات المتعددة. عندما تكون مسافة العائق أقل من المسافة المحددة، يجب على السائق اتباع مسافة آمنة لتجنب وقوع حادث مروري ناجم عن استجابة السائق في الوقت المناسب.

2. مخطط تصميم نظام مضاد للتصادم

يكمن مفتاح تحقيق تجنب اصطدام السيارات في تطبيق أنظمة قياس المسافة وتجنب الاصطدام. يتكون هذا النظام من وحدة النطاق، ووحدة حساب التحكم، ووحدة العرض، ووحدة الإنذار، ووحدة التنفيذ، وما إلى ذلك. وحدة قياس المسافة يشتمل محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الدقيق على وحدة قياس المسافة بالليزر التي تعمل عندما تتحرك السيارة للأمام ووحدة قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية التي تعمل عندما ترجع السيارة إلى الخلف. يتم توصيل الاثنين على التوالي بوحدة التحكم من خلال دوائر الاتصال الخاصة بهما، والتي يمكنها مراقبة العوائق حول السيارة في مجموعة متنوعة من ظروف العمل مثل الأمام والخلف للسيارة، ونقل المسافة بين السيارة والعائق إلى وحدة التحكم. يتم توصيل وحدة التحكم من خلال وحدة التنفيذ، ووحدة الإنذار، وما إلى ذلك. وتقوم بإصدار إنذارات صوتية وضوئية، والكبح النشط، وغيرها من وظائف منع الاصطدام.

3. مبدأ النطاق

مبدأ النطاق بالموجات فوق الصوتية هو نوع انعكاس النبض، والذي يستخدم خصائص الانعكاس الخاصة به للعمل.

إرسال الموجات فوق الصوتية في اتجاه معين من خلال جهاز إرسال الموجات فوق الصوتية، وبدء التوقيت أثناء الإرسال. تنتشر الموجات فوق الصوتية في الهواء وتعود فورًا عند مواجهة عوائق في الطريق. يتوقف جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية عن التوقيت فورًا بعد تلقي الموجات المنعكسة. سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الهواء هي C، ويتم قياس الفارق الزمني t بين إرسال واستقبال الصدى حسب المؤقت، ويمكن حساب المسافة S بين نقطة الإرسال والعائق وهي: S=Ct/2.

يختلف مبدأ نطاق الليزر عن مبدأ مستشعر محول بالموجات فوق الصوتية . ويستخدم طريقة التثليث لتحديد المدى.

يرسل جهاز الإرسال نبضة إلى الأمام، فيستقبل جهاز الاستقبال الصدى المنعكس مرة أخرى بعد مواجهة عائق، وتتجمع صورة الصدى على المستشعر من خلال العدسة لتشكل نقطة صورة. عندما يتحرك الجسم المضاء بالليزر، تتحرك نقطة الصورة أيضًا على المستشعر. في ظل فرضية أن طول خط الأساس معروف ويتم تحديد الموقع النسبي لمصدر الضوء والمستشعر والعدسة، يمكن تحديد الكائن المقاس بدقة عن طريق قياس موضع نقطة الصورة على المستشعر.

4. أجهزة النظام وتشغيلها

يعتمد الجسم الرئيسي لوحدة التحكم والحساب الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة STC89C52RC، وهو معالج دقيق COMOS8 منخفض الجهد وعالي الأداء مع فلاش 8K بايت قابل للبرمجة وذاكرة للقراءة فقط قابلة للإزالة تنتجها شركة STC.

بفضل وحدة المعالجة المركزية الذكية 8 بت والفلاش القابل للبرمجة داخل النظام، يمكنه توفير حلول مرنة للغاية وفعالة للغاية للعديد من أنظمة تطبيقات التحكم المدمجة. يشكل الجرس والضوء LED وحدة إنذار، والتي يمكن أن تعطي إنذارًا مسموعًا ومرئيًا في الوقت المناسب.

بالإضافة إلى ذلك، هذا النظام يستخدم جهاز استشعار المسافة بالليزر SRF020M01A. تم تصميم المستشعر بالموجات فوق الصوتية بشريحة مخصصة عالية الأداء، بدقة عالية واستقرار جيد. أمر إدخال البحث عن نطاق واحد هو 'a/A'، ويتم تجميع البيانات التي تم إرجاعها وإرسالها في إطار. تستخدم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بشكل شائع في السوق.

عندما تتحرك السيارة للأمام، تكون السرعة عالية، وتبدأ جميع الأنظمة في العمل باستثناء وحدة الموجات فوق الصوتية. ترسل وحدة التحكم (وحدة التحكم الدقيقة) أمر نطاق ('a/A') إلى وحدة نطاق الليزر من خلال دائرة الاتصال التسلسلية RS232 للتحكم في وحدة نطاق الليزر لإصدار نبضات ضوئية للأمام، وتستقبل الوحدة الليزر المنعكس مرة أخرى من العوائق. تحليل وحساب المسافة بين السيارة والعائق بعد النبض، وإرسال البيانات إلى الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة في حزمة أرقام سداسية عشرية من خلال دائرة الاتصال RS232، القيمة المحددة هي 'ee+06+* * * *+cc'، ee هو رأس الإطار، cc هو في نهاية الإطار، والثالث * يمثل نتيجة القياس السداسية العشرية.

بعد تحويل الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة إلى نظام عشري، تعرض دائرة العرض ديناميكيًا مسافة العائق S، وفي الوقت نفسه، يتم الحكم على أنه إذا كانت S أقل من العتبة المحددة K، فإن ضوء LED الأحمر لوحدة الإنذار سيستمر في الوميض، وسيستمر الجرس في التنبيه لتذكير القيادة، يجب على الموظفين اتخاذ تدابير مضادة للتصادم في الوقت المناسب. عندما لا يزال السائق يفشل في اتخاذ تدابير فعالة بعد فترة زمنية معينة، يقوم الكمبيوتر الصغير ذو الشريحة الواحدة بتفعيل فرامل الطوارئ لوحدة التنفيذ لتجنب الاصطدام بشكل فعال.

عندما ترجع السيارة إلى الخلف، تكون السرعة منخفضة، ويحل مستشعر وحدة الموجات فوق الصوتية محل وحدة نطاق الليزر. تحت التحكم في الإشارة عالية المستوى مع منفذ IO للكمبيوتر الصغير ذو الشريحة الواحدة أكبر من 10US، فإنه ينقل تلقائيًا موجات مربعة 40KHZ إلى الخلف.

بعد عودة الموجات فوق الصوتية، يقوم الكمبيوتر الصغير ذو الشريحة الواحدة بقياس وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا بالموجات فوق الصوتية من مدة المستوى العالي لدبوس INT0، ويحصل على المسافة بين السيارة والعائق من خلال التحويل. بعد ذلك، يتم استخدام كل وحدة من النظام لتحقيق نفس العمل المضاد للتصادم مثل قياس المدى بالليزر.

5. تصميم برمجيات النظام

ويظهر تصميم برنامج قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية. بعد بدء تشغيل النظام، يقوم مستشعر وحدة الموجات فوق الصوتية بإصدار موجات فوق صوتية للخلف، ويبدأ المؤقت أثناء استقبال الموجات فوق الصوتية. يتم حساب مسافة العائق S من وقت القياس T، وتعرض وحدة العرض ديناميكيًا المسافة المتغيرة باستمرار S. إذا كانت المسافة S أقل من الحد المحدد، فسيصدر النظام إنذارًا مسموعًا ومرئيًا، وستستمر مصابيح LED في الوميض، وسيستمر الجرس في إصدار صفير لتذكير السائق باتخاذ التدابير في الوقت المناسب لتجنب الاصطدامات. إذا كانت المسافة S لا تزال أقل من الحد المحدد بعد تأخير قدره ثانية واحدة، فهذا يشير إلى أن السائق لم يقم بأي عملية فعالة. لذلك، يتحكم النظام في السيارة لفرامل الطوارئ وتجنب منع الاصطدام بشكل فعال. ويظهر تصميم برنامج نطاق الليزر. بعد أن تبعث وحدة الليزر نبضات الليزر وتستقبلها، تكمل الدائرة الداخلية للوحدة حساب المسافة S في نفس الوقت. إذا كانت S أقل من العتبة، يتم إصدار إنذار.

6 الاستنتاج

يختار النظام طريقة مدمجة لقياس المسافة تجمع بين مستشعر نطاق الليزر و محول بالموجات فوق الصوتية لقياس المسافة . إن طريقة قياس المسافة لمستشعر واحد مقيدة بشكل كبير بظروف تطبيق المستشعر، ومن الصعب تلبية حالة القيادة المعقدة والبيئة الخارجية المتغيرة للسيارة، وبالتالي فإن مزايا هذا النظام واضحة. في مجموعة متنوعة من حالات القيادة مثل الأمام، والخلف، والسرعة المنخفضة، والسرعة العالية، وما إلى ذلك، يمكن للنظام مراقبة العوائق وإبعادها بشكل فعال في البيئة المحيطة بالسيارة، بحيث يمكن للسيارة منع الاصطدامات بشكل فعال ومنع حوادث المرور. آفاق البحث.