Návrh automobilového protikolizního systému pomocí ultrazvukového snímače vzdálenosti

S neustálým pokrokem v automobilové technologii, zejména s rozvojem technologie autonomního řízení, se bude i nadále objevovat stále více zařízení pro detekci vzdálenosti. V současné době existují čtyři hlavní metody používané v automobilovém určování vzdálenosti: režim určování vzdálenosti pomocí milimetrových vln; režim dosahu kamerového systému; laserový režim měření vzdálenosti; režim ultrazvukového rozsahu. Radar s milimetrovými vlnami má problém s elektromagnetickým rušením a kamerový systém je drahý, takže je obtížné jej popularizovat v automobilech. Laserové měření vzdálenosti má výhody krátké doby měření, velkého dosahu, vysoké přesnosti atd., přizpůsobuje se potřebám automobilů od nízké rychlosti po vysokou rychlost, čímž se vyhýbá jevu nepřesnosti měření způsobeného nízkou rychlostí měření, když vůz jede vysokou rychlostí. Ultrazvukový senzor měření vzdálenosti je v principu jednoduchý, je vhodný na výrobu a relativně levný, ale je vhodný pouze pro měření vzdálenosti na krátkou a nízkou rychlost, takže se používá pro měření vzdálenosti, když auto couvá. Bezpečnostní poplašný systém, který kombinuje laserové měření vzdálenosti a ultrazvukové měření vzdálenosti navržený v tomto dokumentu, je navržen tak, aby pomohl řidiči detekovat a zobrazovat vzdálenost mezi vozidlem a okolními překážkami v různých jízdních podmínkách a více směrech. Když je vzdálenost překážky menší než nastavená vzdálenost, řidič v bezpečné vzdálenosti, aby se vyhnul dopravní nehodě způsobené předčasnou reakcí řidiče.

2. Návrh schématu protikolizního systému

Klíč k realizaci předcházení kolizím automobilů spočívá v aplikaci systémů měření vzdálenosti a předcházení kolizím. Tento systém se skládá z měřicího modulu, řídicí výpočetní jednotky, zobrazovací jednotky, alarmové jednotky, prováděcí jednotky atd. Modul měření vzdálenosti přesný ultrazvukový snímač obsahuje modul laserového měření vzdálenosti, který funguje, když se vůz pohybuje vpřed, a modul ultrazvukového měření vzdálenosti, který funguje, když vůz couvá. Oba jsou příslušně připojeny k řídicí jednotce prostřednictvím příslušných komunikačních obvodů, které mohou monitorovat překážky kolem vozu v různých pracovních podmínkách, například vpřed a vzad, a přenášet vzdálenost mezi vozem a překážkou do řídicí jednotky. Řídící jednotka je připojena přes prováděcí jednotku, poplachovou jednotku atd. provádějící zvukové a světelné poplachy, aktivní brzdění a další protikolizní funkce.

3. Princip měření

Principem ultrazvukového měření rozsahu je pulzní odrazový typ, který k práci využívá jeho odrazové charakteristiky.

Vysílejte ultrazvukové vlny v určitém směru přes ultrazvukový vysílač a začněte měřit během vysílání. Ultrazvukové vlny se šíří vzduchem a vracejí se okamžitě, když narazí na překážky na cestě. Ultrazvukový přijímač zastaví časování ihned po přijetí odražených vln. Rychlost šíření ultrazvukových vln ve vzduchu je C a podle časovače se měří časový rozdíl t mezi vysíláním a příjmem echa a lze vypočítat vzdálenost S mezi bodem vysílání a překážkou, a to: S=Ct/2.

Princip laserového měření vzdálenosti je odlišný od principu ultrazvukový snímač snímače . K určení vzdálenosti používá metodu triangulace.

Vysílač vyšle puls vpřed a ozvěnu odraženou zpět po setkání s překážkou přijímá přijímač a ozvěnový obraz se sbíhá na snímač přes čočku a tvoří obrazový bod. Při pohybu předmětu osvětleného laserem se na snímači pohybuje i obrazový bod. Za předpokladu, že je známa délka základní linie a je určena relativní poloha světelného zdroje, snímače a čočky, lze měřený objekt přesně určit měřením polohy obrazového bodu na snímači.

4. Hardware systému a jeho provoz

Hlavní tělo řídicí a výpočetní jednotky využívá jednočipový mikropočítač STC89C52RC, což je nízkonapěťový, vysoce výkonný mikroprocesor COMOS8 s 8K bytovou flash programovatelnou a vyjímatelnou pamětí pouze pro čtení vyráběný společností STC.

Díky inteligentnímu 8bitovému CPU a programovatelnému Flash v systému může poskytnout vysoce flexibilní a mimořádně efektivní řešení pro mnoho vestavěných řídicích aplikačních systémů. Bzučák a LED světlo tvoří poplachovou jednotku, která může včas vydat zvukový a vizuální poplach.

Tento systém navíc využívá laserový snímač vzdálenosti SRF020M01A. Ultrazvukový snímač je navržen s vysoce výkonným vyhrazeným čipem s vysokou přesností a dobrou stabilitou. Vstupní příkaz pro nalezení jediného rozsahu je 'a/A' a vrácená data jsou zabalena a odeslána v rámci. Ultrazvukové senzory se běžně používají na trhu.

Když se auto pohybuje vpřed, rychlost je vysoká a všechny systémy kromě ultrazvukového modulu začnou fungovat. Řídící jednotka (mikrokontrolér) odešle do laserového zaměřovacího modulu přes sériový komunikační obvod RS232 příkaz měření vzdálenosti ('a/A'), aby řídil laserový měřící modul tak, aby vysílal světelné impulsy vpřed, a modul přijímá laser odražený zpět od překážek Analyzujte a vypočítejte vzdálenost mezi vozem a překážkou po impulsu a odešlete data na jednočipový mikropočítač 2 číslo paketu RS3 v hexadecimálním komunikačním obvodu 'ee+06+* * * *+cc', ee je záhlaví rámce, cc je Na konci rámce třetí * představuje hexadecimální výsledek měření.

Poté, co je jednočipový mikropočítač převeden na desítkovou soustavu, zobrazovací obvod dynamicky zobrazuje vzdálenost překážky S a zároveň se usoudí, že pokud je S menší než nastavená prahová hodnota K, bude nadále blikat červená LED kontrolka poplachové jednotky a bzučák bude pokračovat v poplachu, aby připomněl jízdu Personál musí včas provést protikolizní opatření. Když řidič ani po určité době nepřijme účinná opatření, jednočipový mikropočítač nouzově zabrzdí prováděcí jednotku, aby se kolizi aktivně vyhnula.

Když auto couvá, rychlost je nízká a senzor ultrazvukového modulu nahrazuje laserový zaměřovací modul. Pod kontrolou vysokoúrovňového signálu s IO portem jednočipového mikropočítače větším než 10US automaticky přenáší 40KHZ obdélníkové vlny dozadu.

Poté, co se ultrazvuková vlna vrátí, jednočipový mikropočítač změří ultrazvukovou zpáteční dobu z vysoké úrovně trvání kolíku INT0 a převodem získá vzdálenost mezi autem a překážkou. Poté je každá jednotka systému použita k dosažení stejné antikolizní práce jako laserové měření vzdálenosti.

5. Návrh systémového softwaru

Ukazuje návrh softwaru pro měření ultrazvukové vzdálenosti. Po spuštění systému senzor ultrazvukového modulu vysílá ultrazvukové vlny pozpátku a spouští časovač, zatímco přijímá ultrazvukové vlny. Vzdálenost překážky S se vypočítá z času měření T a zobrazovací jednotka dynamicky zobrazuje plynule se měnící vzdálenost S. Pokud je vzdálenost S menší než nastavená prahová hodnota, systém vydá zvukový a vizuální alarm, kontrolky LED budou stále blikat a bzučák bude neustále pípat, aby připomněl řidiči, aby včas přijal opatření k zabránění kolizím. Pokud je vzdálenost S po 1 sekundě stále menší než nastavená prahová hodnota, znamená to, že řidič neprovedl žádnou účinnou operaci. Systém proto řídí vůz tak, aby nouzově zabrzdil a aktivně zabránil kolizi. Ukazuje návrh softwaru laserového měření vzdálenosti. Poté, co laserový modul vyšle a přijme laserové pulsy, vnitřní obvod modulu současně dokončí výpočet vzdálenosti S. Pokud je S menší než prahová hodnota, spustí se alarm.

6 Závěr

Systém zvolí kombinovanou metodu měření vzdálenosti, která kombinuje laserový snímač vzdálenosti a ultrazvukový snímač pro měření vzdálenosti . Metoda měření vzdálenosti jednoho snímače je značně omezena aplikačními podmínkami snímače a je obtížné splnit složitý jízdní stav a proměnlivé vnější prostředí automobilu, takže výhody tohoto systému jsou zřejmé. V různých jízdních stavech, jako je jízda vpřed, vzad, nízká rychlost, vysoká rychlost atd., dokáže systém efektivně sledovat a vzdalovat překážky v okolním prostředí vozu, takže vůz může aktivně předcházet kolizím a předcházet dopravním nehodám. Vyhlídky na výzkum.