Ontwerp van een antibotsingssysteem voor auto's met behulp van een ultrasone bereiktransducer

Met de voortdurende vooruitgang van de autotechnologie, vooral de ontwikkeling van autonome rijtechnologie, zal er steeds meer apparatuur voor afstandsdetectie verschijnen. Momenteel worden er vier hoofdmethoden gebruikt bij het bereik van auto's: de millimetergolfradarbereikmodus; camerasysteem bereikmodus; laserbereikmodus; ultrasone bereikmodus. De millimetergolfradar heeft het probleem van elektromagnetische interferentie, en het camerasysteem is duur, waardoor het moeilijk populair te maken in auto's. Laserbereik heeft de voordelen van een korte meettijd, groot bereik, hoge nauwkeurigheid, enz., en past zich aan de bereikbehoeften van auto's aan van lage snelheid tot hoge snelheid, waardoor het fenomeen van bereikonnauwkeurigheid wordt vermeden dat wordt veroorzaakt door langzame snelheid wanneer de auto met hoge snelheid rijdt. De ultrasone afstandsmetingssensor is in principe eenvoudig, gemakkelijk te vervaardigen en relatief goedkoop, maar is alleen geschikt voor afstandsmetingen over korte afstanden en lage snelheden, dus wordt hij toegepast op afstandsmetingen wanneer de auto achteruitrijdt. Het in dit document voorgestelde veiligheidsalarmsysteem dat laserafstandsmeting en ultrasone afstandsmeting combineert, is ontworpen om de bestuurder te helpen de afstand tussen het voertuig en omringende obstakels te detecteren en weer te geven in verschillende rijomstandigheden en in meerdere richtingen. Wanneer de obstakelafstand kleiner is dan de ingestelde afstand, moet de bestuurder op een veilige afstand blijven om een ​​verkeersongeval te voorkomen dat wordt veroorzaakt door de vroegtijdige reactie van de bestuurder.

2. Schemaontwerp van antibotsingssysteem

De sleutel tot het voorkomen van botsingen met auto's ligt in de toepassing van systemen voor het meten van afstanden en het vermijden van botsingen. Dit systeem bestaat uit een afstandsmodule, een controleberekeningseenheid, een displayeenheid, een alarmeenheid, een uitvoeringseenheid, enz. De afstandsmeetmodule van De nauwkeurige ultrasone transducer omvat een laserafstandsmeetmodule die werkt wanneer de auto vooruit rijdt en een ultrasone afstandsmeetmodule die werkt wanneer de auto achteruit rijdt. De twee zijn respectievelijk verbonden met de besturingseenheid via hun respectievelijke communicatiecircuits, die de obstakels rond de auto kunnen monitoren in verschillende werkomstandigheden, zoals voorwaarts en achterwaarts van de auto, en de afstand tussen de auto en het obstakel naar de besturingseenheid kunnen verzenden. De besturingseenheid is verbonden via de uitvoeringseenheid, alarmeenheid, enz., die geluids- en lichtalarmen, actief remmen en andere antibotsingsfuncties uitvoert.

3. Variërend principe

Het principe van ultrasoon bereik is het pulsreflectietype, dat zijn reflectiekarakteristieken gebruikt om te werken.

Ultrasone golven in een bepaalde richting verzenden via de ultrasone zender, en de timing starten tijdens het zenden. De ultrasone golven planten zich voort in de lucht en keren onmiddellijk terug als ze onderweg obstakels tegenkomen. De ultrasone ontvanger stopt onmiddellijk na ontvangst van de gereflecteerde golven. De voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht is C, en het tijdsverschil t tussen de verzending en ontvangst van de echo wordt gemeten volgens de timer, en de afstand S tussen het zendpunt en het obstakel kan worden berekend, namelijk: S=Ct/2.

Het principe van laserbereik is anders dan het principe van ultrasone transducersensor . Het maakt gebruik van de triangulatiemethode voor bereik.

De zender stuurt een puls naar voren en de echo die wordt teruggekaatst nadat hij een obstakel is tegengekomen, wordt door de ontvanger ontvangen, en het echobeeld wordt via de lens op de sensor geconvergeerd om een ​​beeldpunt te vormen. Wanneer het door de laser belichte object beweegt, beweegt het beeldpunt ook op de sensor. Onder de veronderstelling dat de basislijnlengte bekend is en de relatieve positie van de lichtbron, sensor en lens wordt bepaald, kan het gemeten object nauwkeurig worden bepaald door de positie van het beeldpunt op de sensor te meten.

4. Systeemhardware en de werking ervan

Het hoofdgedeelte van de besturings- en berekeningseenheid maakt gebruik van de STC89C52RC-microcomputer met één chip, een laagspannings-, krachtige COMOS8-microprocessor met 8K bytes flash-programmeerbaar en verwijderbaar alleen-lezen geheugen geproduceerd door STC.

Met een slimme 8-bit CPU en in het systeem programmeerbare Flash kan het zeer flexibele en ultra-effectieve oplossingen bieden voor veel ingebedde besturingsapplicatiesystemen. De zoemer en het ledlicht vormen een alarmunit, die tijdig een akoestisch en visueel alarm kan geven.

Bovendien maakt dit systeem gebruik van de SRF020M01A laserafstandssensor. De ultrasone sensor is ontworpen met een krachtige speciale chip, met hoge nauwkeurigheid en goede stabiliteit. Het invoercommando voor het vinden van een enkel bereik is 'a/A', en de geretourneerde gegevens worden verpakt en in een frame verzonden. ultrasone sensoren worden vaak op de markt gebruikt.

Wanneer de auto vooruit rijdt, is de snelheid hoog en beginnen alle systemen, behalve de ultrasone module, te werken. De besturingseenheid (microcontroller) stuurt een afstandscommando ('a/A') naar de laserbereikmodule via het RS232 seriële communicatiecircuit om de laserbereikmodule te besturen om lichtpulsen naar voren uit te zenden, en de module ontvangt de laser die wordt teruggekaatst door obstakels. Analyseer en bereken de afstand tussen de auto en het obstakel na de puls, en stuur de gegevens naar de microcomputer met één chip in een hexadecimaal nummerpakket via het RS232-communicatiecircuit, de specifieke waarde is 'ee+06+* * * *+cc', ee is de frameheader, cc is. Aan het einde van het frame vertegenwoordigt de derde * het hexadecimale meetresultaat.

Nadat de microcomputer met één chip is omgezet in een decimaal systeem, geeft het weergavecircuit dynamisch de obstakelafstand S weer, en tegelijkertijd wordt geoordeeld dat als S kleiner is dan de ingestelde drempel K, het rode LED-lampje van de alarmeenheid zal blijven knipperen en de zoemer zal blijven alarmeren om te herinneren aan het rijden. Het personeel moet tijdig anti-botsingsmaatregelen nemen. Wanneer de bestuurder er na een bepaalde tijd nog steeds niet in slaagt effectieve maatregelen te nemen, zorgt de microcomputer met één chip ervoor dat de uitvoeringseenheid een noodrem maakt om de botsing actief te voorkomen.

Wanneer de auto achteruitrijdt, is de snelheid laag en vervangt de ultrasone modulesensor de laserbereikmodule. Onder controle van het signaal op hoog niveau met de IO-poort van de microcomputer met één chip groter dan 10US, verzendt deze automatisch vierkante golven van 40 kHz achteruit.

Nadat de ultrasone golf terugkeert, meet de microcomputer met één chip de ultrasone retourtijd vanaf de hoge duur van de INT0-pin, en verkrijgt door middel van conversie de afstand tussen de auto en het obstakel. Daarna wordt elke eenheid van het systeem gebruikt om hetzelfde anti-botsingswerk te bereiken als laserbereik.

5. Ontwerp van systeemsoftware

Het toont het ontwerp van de software voor ultrasone afstandsmeting. Nadat het systeem is gestart, zendt de ultrasone modulesensor ultrasone golven achteruit uit en start de timer terwijl hij de ultrasone golven ontvangt. De obstakelafstand S wordt berekend op basis van de meettijd T, en het display geeft dynamisch de continu veranderende afstand S weer. Als de afstand S kleiner is dan de ingestelde drempel, geeft het systeem een ​​hoorbaar en visueel alarm, blijven de LED-lampjes knipperen en blijft de zoemer piepen om de bestuurder eraan te herinneren tijdig maatregelen te nemen om botsingen te voorkomen. Als de afstand S na een vertraging van 1 seconde nog steeds kleiner is dan de ingestelde drempel, geeft dit aan dat de bestuurder geen enkele effectieve handeling heeft uitgevoerd. Daarom bestuurt het systeem de auto om in noodgevallen te remmen en actief botsingen te voorkomen. Het toont het softwareontwerp met laserbereik. Nadat de lasermodule laserpulsen uitzendt en ontvangt, voltooit het interne circuit van de module tegelijkertijd de berekening van de afstand S. Als S kleiner is dan de drempelwaarde, wordt er een alarm afgegeven.

6 Conclusie

Het systeem selecteert een gecombineerde afstandsmeetmethode die een laserafstandssensor combineert met een ultrasone transducer voor afstandsmeting . De afstandsmeetmethode van een enkele sensor wordt sterk beperkt door de toepassingsomstandigheden van de sensor, en het is moeilijk om te voldoen aan de complexe rijtoestand en de veranderlijke externe omgeving van de auto, dus de voordelen van dit systeem liggen voor de hand. In verschillende rijtoestanden, zoals vooruit, achteruit, lage snelheid, hoge snelheid, enz., kan het systeem obstakels in de omgeving van de auto effectief monitoren en op afstand houden, zodat de auto actief botsingen kan voorkomen en verkeersongevallen kan voorkomen. Onderzoeksperspectieven.