采用一種新的測距原理，結合單片機，建立紅外線測距系統(tǒng)。根據(jù)該系統(tǒng)設計、研制的汽車紅外防撞系統(tǒng)，具有自動檢測并跟蹤顯示車與障礙物的距離；當達到設置的安全極限距離時，能發(fā)出聲音報警；若結合自動剎車裝置，還具有自動剎車減速的功能。且該系統(tǒng)成本低，精確度較高，具有廣闊的市場。

　　1 引言

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸業(yè)日益繁榮，但由于道路狀態(tài)、交通管理等硬件難以跟上，加上駕駛超車、出車開小差、錯誤估計車距等主觀的原理，使相互碰撞的交通事故頻頻發(fā)生。解決這個問題的根本措施在于給行進中的汽車安裝能自動跟蹤測距，在危險距離內自動剎車的裝置。

　　由于電子技術的發(fā)展，先后出現(xiàn)了激光測距、微波雷達測距、超聲波測距及紅外線測距。其中激光測距是靠激光束照射在前車上的反射鏡（汽車尾部）反射回來的激光束探測兩車距離。由于受惡劣的天氣、汽車激烈的振動，反射鏡表面磨損，污染等因素影響，使反射的激光束在一定功率上探測距離比可能探測的最大距離減少1/2～1/3，損失很大，影響探測的精確度；微波雷達測距技術為軍事和某些工業(yè)開發(fā)采用的裝備和振蕩器等電路部分價格昂貴，現(xiàn)在幾乎還沒有開拓民用市場；超聲波測距在國內外已有人做過研究，由于采用特殊專用元件使其價格高，難以推廣；紅外線作為一種特殊的光波，具有光波的基本物理傳輸特性—反射、折射、散射等，且由于其技術難度相對不太大，構成的測距系統(tǒng)成本低廉，性能優(yōu)良，便于民用推廣。

　　當前測距系統(tǒng)所用的測距基本原理都是建立在測量時間差的基礎上，而測量時間的方法主要有“脈沖方式”和“調頻2連續(xù)波方式”。這兩種測量方式都是以模擬電路來實現(xiàn)，由于器件延時的影響，使測量精度大大下降。本文采用“計數(shù)”方式，通過單片機處理，使測量準確度有了很大提高。

　　因此，本文研究的紅外測距系統(tǒng)成本較低，機體尺寸小，而且利用一種新的測距原理結合單片機技術的處理，使測量精度有了較大提高；同時把這種測距系統(tǒng)應用于汽車防撞系統(tǒng)中，并進行了裝車防撞試驗。試驗結果表面，這種系統(tǒng)能探測的距離大于40m，且分析判斷險情的速度快，準確性較高。

　　2 紅外線測距基本原理及其系統(tǒng)的建立

　　2.1 基本原理

　　紅外線發(fā)射器不斷發(fā)射出頻率為40kHz的紅外線，經(jīng)障礙物反射，紅外線接收器接收到反射波信號，并將其轉變?yōu)殡娦盘枴y出發(fā)射波與接收到反射波的時間差t，即可求出距離s：

　　式中，c為光速度，一般取3×108m/s。

　　本文采用“計數(shù)”方式，通過單片機處理進行測量，其基本原理是：紅外線發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線的狀態(tài)，當紅外接收器第一次接收到障礙物反射回的紅外線時，經(jīng)電路處理單片機給出一個計數(shù)啟動信號，單片機的計數(shù)器開始以一定頻率計數(shù)；當紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時，經(jīng)電路處理單片機給出一個停止計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù)。通過編程，單片機自動處理，用脈沖的周期T乘以脈沖數(shù)n就得到發(fā)射紅外線到接收紅外線的時間差t，即：

　　（2）式代入（1）式就得測量距離。

　　2.2 系統(tǒng)的建立

　　根據(jù)以上的測距原理，設計出系統(tǒng)的基本框圖如圖1。

　　圖1 紅外線測距系統(tǒng)基本框圖

　　紅外發(fā)射電路發(fā)射出40kHz頻率的紅外線，當遇到障礙物紅外線發(fā)生漫反射，紅外線接收電路第一次接收到反射的紅外線時，給單片機一個信號脈沖，啟動單片機內的計數(shù)器，計數(shù)器置位進入計數(shù)狀態(tài)；當接收電路第二次接收到反射器的紅外線時，經(jīng)單片機處理給出一個信號脈沖，使計數(shù)器停止計數(shù)，數(shù)據(jù)被鎖存，然后經(jīng)單片機處理，將測量的距離顯示在顯示器上。

　　3 紅外線測距在汽車防撞系統(tǒng)的應用

　　3.1 基本特點

　　本文研究的汽車紅外防撞系統(tǒng)吸收了國內外各種測距儀的部分特點，結合我國汽車電子工業(yè)發(fā)展方向和現(xiàn)有電子技術基礎上而設計出來的，具有以下特點：

　　1）汽車在行進中能自動連續(xù)跟蹤顯示障礙物的距離；

　　2）在交通量較大的高速公路的車間距離一般為30～50m，本裝置設置極限安全距離為30m，當探測的車間距為30m時，發(fā)出警告聲提醒駕駛員注意剎車；

　　3）探測的車間距為20m時，給出自動剎車信號；若裝有自動剎車裝置，則自動剎車減速。

　　3.2 汽車紅外防撞系統(tǒng)

　　汽車紅外防撞系統(tǒng)的電路原理框圖如圖2所示。

　　圖2 汽車紅外防撞系統(tǒng)的電路原理框圖

　　本系統(tǒng)由發(fā)射部分、接收部分、單片機、譯碼顯示電路、報警部分及自動剎車減速裝置六部分組成。

　　發(fā)射部分：由40kHz振蕩器，恒流發(fā)射發(fā)路和發(fā)射探頭等組成，振蕩器產(chǎn)生占空比非常小的窄脈沖，采用恒流源提供20mA左右的電流，這樣減小了功耗，提高了發(fā)射功率，最后紅外線由發(fā)射探頭聚焦，以散射角小于2°發(fā)射。

　　接收部分：由紅外線接收頭、第1級放大電路、第2級放大電路、整形、AGC控制增益等電路組成，紅外線接收頭接收信號后經(jīng)第1級與第2級放大電路放大，由施密特觸發(fā)器電路整形，送入單片機處理。其中AGC控制接收電路的增益，保證恒幅輸出。

　　單片機：由時鐘振蕩器和單片機組成，經(jīng)過編程，單片機實現(xiàn)自動計數(shù)、計算時間t和測量距離s，并將測量距離連續(xù)輸出給顯示裝置，同時在車間距離為30m時產(chǎn)生報警信號和車間距為20m時，產(chǎn)生自動剎車減速信號。

　　譯碼顯示電路：由譯碼電路、顯示器組成，單片機輸出的距離信號經(jīng)譯碼器譯碼，通過顯示器顯示出來。

　　可動態(tài)顯示車與障礙物的距離。

　　報警部分：由觸發(fā)器、驅動電路和小喇叭組成。當車間距為30m時單片機給觸發(fā)器一個信號，使觸發(fā)器置位產(chǎn)生一組脈沖，通過驅動電路，使小喇叭發(fā)出報警聲，當大于30m時，觸發(fā)器復位，停止產(chǎn)生脈沖。

　　自動剎車減速裝置：由開關K和自動剎車減速裝置組成，當司機認為必要用到自動剎車減速裝置時，閉合開關K。當車間距小于20m時，單片機提供一個信號，啟動自動剎車減速裝置，防止碰撞。