Perancangan sistem anti tabrakan mobil dengan menggunakan transduser jangkauan ultrasonik

Dengan terus majunya teknologi otomotif, khususnya perkembangan teknologi mengemudi otonom, peralatan pendeteksi jarak akan semakin banyak bermunculan. Saat ini, ada empat metode utama yang digunakan dalam jangkauan mobil: mode jangkauan radar gelombang milimeter; mode jangkauan sistem kamera; mode jangkauan laser; mode jangkauan ultrasonik. Radar gelombang milimeter memiliki masalah interferensi elektromagnetik, dan sistem kameranya mahal sehingga sulit dipopulerkan di mobil. Jangkauan laser memiliki keunggulan waktu pengukuran yang singkat, jangkauan yang luas, akurasi yang tinggi, dan lain-lain, menyesuaikan dengan kebutuhan jangkauan mobil dari kecepatan rendah hingga kecepatan tinggi, menghindari fenomena ketidakakuratan jangkauan yang disebabkan oleh kecepatan jangkauan yang lambat saat mobil melaju dengan kecepatan tinggi. Sensor pengukuran jarak ultrasonik pada prinsipnya sederhana, mudah diproduksi, dan berbiaya relatif rendah, namun hanya cocok untuk pengukuran jarak jarak pendek dan kecepatan rendah, sehingga diterapkan pada pengukuran jarak saat mobil mundur. Sistem alarm keselamatan yang menggabungkan pengukuran jarak laser dan pengukuran jarak ultrasonik yang diusulkan dalam makalah ini dirancang untuk membantu pengemudi mendeteksi dan menampilkan jarak antara kendaraan dan rintangan di sekitarnya dalam berbagai kondisi berkendara dan berbagai arah. Apabila jarak rintangan kurang dari jarak yang ditetapkan pengemudi berada pada jarak yang aman untuk menghindari kecelakaan lalu lintas yang disebabkan oleh respon pengemudi yang tidak tepat waktu.

2. Skema perancangan sistem anti tabrakan

Kunci mewujudkan penghindaran tabrakan mobil terletak pada penerapan sistem pengukuran jarak dan penghindaran tabrakan. Sistem ini terdiri dari modul jangkauan, unit perhitungan kontrol, unit tampilan, unit alarm, unit eksekusi, dll. Modul pengukuran jarak transduser ultrasonik yang akurat mencakup modul pengukuran jarak laser yang bekerja saat mobil bergerak maju dan modul pengukuran jarak ultrasonik yang bekerja saat mobil mundur. Keduanya masing-masing terhubung ke unit kendali melalui sirkuit komunikasi masing-masing, yang dapat memantau rintangan di sekitar mobil dalam berbagai kondisi kerja seperti maju dan mundur mobil, dan mengirimkan jarak antara mobil dan rintangan ke unit kendali. Unit kontrol dihubungkan melalui unit eksekusi, unit alarm, dll. Melakukan alarm suara dan cahaya, pengereman aktif, dan fungsi anti-tabrakan lainnya.

3. Prinsip jangkauan

Prinsip jangkauan ultrasonik adalah jenis refleksi pulsa, yang menggunakan karakteristik refleksinya untuk bekerja.

Mengirimkan gelombang ultrasonik ke arah tertentu melalui pemancar ultrasonik, dan memulai pengaturan waktu saat transmisi. Gelombang ultrasonik merambat di udara dan segera kembali ketika menemui hambatan di jalan. Penerima ultrasonik menghentikan penghitungan waktu segera setelah menerima gelombang yang dipantulkan. Kecepatan rambat gelombang ultrasonik di udara adalah C, selisih waktu t antara transmisi dan penerimaan gema diukur menurut pengatur waktu, dan dapat dihitung jarak S antara titik transmisi dan penghalang, yaitu: S=Ct/2.

Prinsip jangkauan laser berbeda dengan prinsip sensor transduser ultrasonik . Ia menggunakan metode triangulasi untuk rentang.

Pemancar mengirimkan pulsa ke depan, dan gema yang dipantulkan kembali setelah menemui hambatan diterima oleh penerima, dan gambar gema dikumpulkan pada sensor melalui lensa untuk membentuk titik gambar. Ketika objek yang disinari laser bergerak, titik gambar pada sensor juga ikut bergerak. Dengan asumsi bahwa panjang garis dasar diketahui dan posisi relatif sumber cahaya, sensor, dan lensa ditentukan, objek yang diukur dapat ditentukan secara akurat dengan mengukur posisi titik gambar pada sensor.

4. Perangkat keras sistem dan pengoperasiannya

Bagian utama unit kontrol dan perhitungan mengadopsi mikrokomputer chip tunggal STC89C52RC, yang merupakan mikroprosesor COMOS8 bertegangan rendah dan berkinerja tinggi dengan flash 8K byte yang dapat diprogram dan memori hanya baca yang dapat dilepas yang diproduksi oleh STC.

Dengan CPU 8-bit yang cerdas dan Flash yang dapat diprogram dalam sistem, ini dapat memberikan solusi yang sangat fleksibel dan sangat efektif untuk banyak sistem aplikasi kontrol tertanam. Buzzer dan lampu led membentuk unit alarm, yang dapat memberikan alarm suara dan visual pada waktunya.

Selain itu, sistem ini menggunakan sensor jarak laser SRF020M01A. Sensor ultrasonik dirancang dengan chip khusus berkinerja tinggi, dengan akurasi tinggi dan stabilitas yang baik. Perintah masukan pencarian rentang tunggal adalah 'a/A', dan data yang dikembalikan dikemas dan dikirim dalam sebuah bingkai. sensor ultrasonik yang umum digunakan di pasaran.

Saat mobil bergerak maju, kecepatannya tinggi, dan semua sistem kecuali modul ultrasonik mulai bekerja. Unit kontrol (mikrokontroler) mengirimkan perintah jangkauan ('a/A') ke modul jangkauan laser melalui sirkuit komunikasi serial RS232 untuk mengontrol modul jangkauan laser untuk memancarkan pulsa cahaya ke depan, dan modul menerima laser yang dipantulkan kembali dari rintangan Analisis dan hitung jarak antara mobil dan rintangan setelah pulsa, dan kirim data ke komputer mikro chip tunggal dalam paket angka heksadesimal melalui sirkuit komunikasi RS232, nilai spesifiknya adalah 'ee+06+* * * *+cc', ee adalah header frame, cc adalah Di akhir frame, * ketiga mewakili hasil pengukuran heksadesimal.

Setelah komputer mikro chip tunggal diubah menjadi sistem desimal, rangkaian tampilan secara dinamis menampilkan jarak rintangan S, dan pada saat yang sama, dinilai bahwa jika S kurang dari ambang batas yang ditetapkan K, lampu LED merah pada unit alarm akan terus berkedip, dan bel akan terus membunyikan alarm untuk mengingatkan mengemudi. Personil harus mengambil tindakan anti-tabrakan tepat waktu. Ketika pengemudi masih gagal mengambil tindakan efektif setelah jangka waktu tertentu, komputer mikro chip tunggal akan membuat unit eksekusi melakukan rem darurat untuk secara aktif menghindari tabrakan.

Saat mobil mundur, kecepatannya rendah, dan sensor modul ultrasonik menggantikan modul jangkauan laser. Di bawah kendali sinyal tingkat tinggi dengan port IO dari mikrokomputer chip tunggal yang lebih besar dari 10US, secara otomatis mentransmisikan gelombang persegi 40KHZ ke belakang.

Setelah gelombang ultrasonik kembali, komputer mikro chip tunggal mengukur waktu pulang pergi ultrasonik dari durasi tingkat tinggi pin INT0, dan memperoleh jarak antara mobil dan rintangan melalui konversi. Setelah itu, setiap unit sistem digunakan untuk mencapai kerja anti-tabrakan yang sama seperti jangkauan laser.

5. Desain perangkat lunak sistem

Ini menunjukkan desain perangkat lunak pengukuran jarak ultrasonik. Setelah sistem dihidupkan, sensor modul ultrasonik memancarkan gelombang ultrasonik secara terbalik, dan memulai pengatur waktu saat menerima gelombang ultrasonik. Jarak rintangan S dihitung dari waktu pengukuran T, dan unit tampilan secara dinamis menampilkan jarak S yang terus berubah. Jika jarak S kurang dari ambang batas yang ditetapkan, sistem akan memberikan alarm suara dan visual, lampu LED akan terus berkedip, dan bel akan terus berbunyi untuk mengingatkan pengemudi agar mengambil tindakan tepat waktu untuk menghindari tabrakan. Jika jarak S masih kurang dari ambang batas yang ditetapkan setelah jeda 1 detik, hal ini menunjukkan bahwa pengemudi belum melakukan pengoperasian yang efektif. Oleh karena itu, sistem mengontrol mobil untuk mengerem darurat dan secara aktif menghindari pencegahan tabrakan. Ini menunjukkan desain perangkat lunak jangkauan laser. Setelah modul laser memancarkan dan menerima pulsa laser, rangkaian internal modul secara bersamaan menyelesaikan penghitungan jarak S. Jika S kurang dari ambang batas, alarm akan dikeluarkan.

6 Kesimpulan

Sistem memilih metode pengukuran jarak gabungan yang menggabungkan sensor jangkauan laser dan transduser ultrasonik untuk pengukuran jarak . Metode pengukuran jarak dari satu sensor sangat dibatasi oleh kondisi penerapan sensor, dan sulit untuk memenuhi kondisi mengemudi yang kompleks dan lingkungan eksternal mobil yang dapat berubah, sehingga keunggulan sistem ini sangat jelas. Dalam berbagai kondisi mengemudi seperti maju, mundur, kecepatan rendah, kecepatan tinggi, dll., sistem dapat secara efektif memantau dan menjauhkan rintangan di lingkungan sekitar mobil, sehingga mobil dapat secara aktif mencegah tabrakan dan mencegah kecelakaan lalu lintas. Prospek penelitian.