Проектування автомобільної системи запобігання зіткненню з використанням ультразвукового датчика дальності

З безперервним прогресом автомобільних технологій, особливо з розвитком технологій автономного водіння, буде з’являтися все більше і більше обладнання для визначення відстані. В даний час існує чотири основні методи, що використовуються в автомобільній локації: режим міліметрової радіолокації; режим визначення дальності системи камер; режим лазерної локації; режим ультразвукової локації. Радар міліметрового діапазону має проблеми з електромагнітними перешкодами, а система камер дорога, тому її важко популяризувати в автомобілях. Лазерне визначення дальності має такі переваги, як короткий час вимірювання, велика дальність, висока точність тощо, адаптація до потреб автомобілів у вимірі дальності від низької до високої швидкості, уникаючи явища неточності визначення дальності, спричиненого низькою швидкістю визначення дальності, коли автомобіль рухається на високій швидкості. Ультразвуковий датчик відстані в принципі простий, зручний у виготовленні і відносно дешевий, але підходить тільки для вимірювання відстані на короткій відстані та малої швидкості, тому його застосовують для вимірювання відстані під час руху автомобіля заднім ходом. Запобіжна сигналізація, яка поєднує лазерне вимірювання відстані та ультразвукове вимірювання відстані, запропонована в цьому документі, розроблена, щоб допомогти водієві виявити та відобразити відстань між транспортним засобом і навколишніми перешкодами в різних умовах руху та в різних напрямках. Коли відстань до перешкоди менша встановленої відстані, водій на безпечній відстані, щоб уникнути дорожньо-транспортної пригоди через несвоєчасне реагування водія.

2. Схема проектування системи запобігання зіткненням

Ключ до уникнення автомобільних зіткнень полягає в застосуванні систем вимірювання відстані та запобігання зіткненням. Ця система складається з модуля визначення дальності, блоку обчислення керування, блоку відображення, блоку сигналізації, блоку виконання тощо. Модуль вимірювання відстані точний ультразвуковий перетворювач містить лазерний модуль вимірювання відстані, який працює, коли автомобіль рухається вперед, і ультразвуковий модуль вимірювання відстані, який працює, коли автомобіль рухається заднім ходом. Вони відповідно підключені до блоку керування через відповідні комунікаційні схеми, які можуть контролювати перешкоди навколо автомобіля в різних робочих умовах, наприклад, вперед і назад автомобіля, і передавати відстань між автомобілем і перешкодою до блоку керування. Блок управління підключається через виконавчий блок, блок сигналізації та ін., що виконує звукову та світлову сигналізацію, активне гальмування та інші функції запобігання зіткненням.

3. Принцип ранжування

Принцип ультразвукового вимірювання дальності - це тип відбиття імпульсу, який використовує свої характеристики відбиття для роботи.

Передача ультразвукових хвиль у певному напрямку через ультразвуковий передавач і початок вимірювання часу під час передачі. Ультразвукові хвилі поширюються в повітрі і миттєво повертаються, коли на шляху зустрічаються перешкоди. Ультразвуковий приймач припиняє вимірювання часу відразу після отримання відбитих хвиль. Швидкість поширення ультразвукових хвиль у повітрі дорівнює C, а різниця в часі t між передачею та прийомом луни вимірюється за таймером, і можна розрахувати відстань S між точкою передачі та перешкодою, а саме: S=Ct/2.

Принцип лазерної локації відрізняється від принципу датчик ультразвукового перетворювача . Він використовує метод тріангуляції для визначення дальності.

Передавач посилає імпульс вперед, а луна, відбита назад після зустрічі з перешкодою, приймається приймачем, а луна-зображення збирається на датчику через лінзу, утворюючи точку зображення. Коли об'єкт, освітлений лазером, рухається, точка зображення також рухається на сенсорі. За передумови, що довжина базової лінії відома та взаємне розташування джерела світла, датчика та лінзи визначено, вимірюваний об’єкт можна точно визначити, вимірявши положення точки зображення на датчику.

4. Апаратне забезпечення системи та його робота

В основному блоку керування та обчислення використовується однокристальний мікрокомп’ютер STC89C52RC, який є низьковольтним, високопродуктивним мікропроцесором COMOS8 з програмованою флеш-пам’яттю на 8 Кбайт і знімною постійною пам’яттю виробництва STC.

Завдяки інтелектуальному 8-розрядному процесору та внутрішньосистемній програмованій флеш-пам’яті він може надати дуже гнучкі та надефективні рішення для багатьох вбудованих систем управління. Зумер і світлодіодне світло утворюють блок сигналізації, який може вчасно подати звуковий і візуальний сигнал.

Крім того, ця система використовує лазерний датчик відстані SRF020M01A. Ультразвуковий датчик розроблено з використанням високопродуктивної спеціальної мікросхеми з високою точністю та хорошою стабільністю. Єдиною вхідною командою пошуку діапазону є 'a/A', а повернуті дані упаковуються та надсилаються у кадрі. Ультразвукові датчики широко використовуються на ринку.

Коли машина рухається вперед, швидкість висока, починають працювати всі системи, крім ультразвукового модуля. Блок керування (мікроконтролер) надсилає команду вимірювання відстані ('a/A') до модуля лазерного вимірювання відстані через схему послідовного зв’язку RS232 для керування лазерним модулем вимірювання відстані для випромінювання світлових імпульсів вперед, а модуль отримує лазер, відбитий назад від перешкод. Проаналізуйте та обчисліть відстань між автомобілем і перешкодою після імпульсу та надішліть дані на однокристальний мікрокомп’ютер у пакеті шістнадцяткових чисел через ланцюг зв’язку RS232, конкретне значення 'ee+06+* * * *+cc', ee — заголовок кадру, cc — У кінці кадру третє * представляє шістнадцятковий результат вимірювання.

Після того, як однокристальний мікрокомп’ютер буде перетворено в десяткову систему, схема відображення динамічно відображає відстань до перешкод S, і в той же час оцінюється, що якщо S менше встановленого порогу K, червоний світлодіодний індикатор блоку сигналізації продовжуватиме блимати, а зумер продовжуватиме тривогу, щоб нагадати про водіння. Персонал повинен своєчасно вжити заходів проти зіткнення. Якщо через певний проміжок часу водій все ще не вживає ефективних заходів, однокристальний мікрокомп’ютер змушує виконавчий блок екстрено гальмувати, щоб активно уникнути зіткнення.

Коли автомобіль рухається заднім ходом, швидкість невелика, датчик ультразвукового модуля замінює лазерний модуль дальнометрії. Під керуванням сигналу високого рівня з портом вводу-виводу однокристального мікрокомп’ютера, що перевищує 10 US, він автоматично передає квадратні хвилі 40 кГц у зворотному напрямку.

Після повернення ультразвукової хвилі однокристальний мікрокомп’ютер вимірює час проходження ультразвуку в обидві сторони на основі тривалості високого рівня контакту INT0 і отримує відстань між автомобілем і перешкодою шляхом перетворення. Після цього кожен блок системи використовується для досягнення тієї ж роботи запобігання зіткненням, що й лазерне визначення дальності.

5. Проектування системного програмного забезпечення

Він показує дизайн програмного забезпечення ультразвукового вимірювання відстані. Після запуску системи датчик ультразвукового модуля випромінює ультразвукові хвилі у зворотному напрямку та запускає таймер під час отримання ультразвукових хвиль. Відстань до перешкоди S розраховується на основі часу вимірювання T, а на дисплеї динамічно відображається безперервна зміна відстані S. Якщо відстань S менше встановленого порогу, система видасть звуковий і візуальний сигнал, світлодіодні індикатори продовжуватимуть блимати, а зумер продовжуватиме звуковий сигнал, щоб нагадати водієві вжити своєчасних заходів для уникнення зіткнень. Якщо відстань S все ще менша за встановлене порогове значення після затримки в 1 секунду, це означає, що водій не виконав жодної ефективної операції. Таким чином, система керує автомобілем для екстреного гальмування та активного запобігання зіткненню. Вона показує дизайн програмного забезпечення лазерного визначення дальності. Після того, як лазерний модуль випромінює та приймає лазерні імпульси, внутрішня схема модуля одночасно завершує розрахунок відстані S. Якщо S менше за порогове значення, видається сигнал тривоги.

6 Висновок

Система вибирає комбінований метод вимірювання відстані, який поєднує в собі лазерний датчик відстані та ан ультразвуковий перетворювач для вимірювання відстані . Метод вимірювання відстані одним датчиком сильно обмежений умовами застосування датчика, і важко відповідати складному стану водіння та мінливому зовнішньому середовищу автомобіля, тому переваги цієї системи очевидні. У різних режимах водіння, таких як вперед, назад, низька швидкість, висока швидкість тощо, система може ефективно контролювати та віддаляти перешкоди в оточенні автомобіля, щоб автомобіль міг активно запобігати зіткненням і запобігати дорожньо-транспортним пригодам. Перспективи дослідження.