一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，包含紅外線發(fā)射器、紅外線接收器、微控制器模塊以及與微控制器模塊連接的顯示單元、報警單元、剎車減速單元；所述紅外發(fā)射器包含振蕩器、恒流發(fā)射發(fā)路、第一指令發(fā)射電路和發(fā)射探頭，所述紅外線接收器包含紅外線接收頭、放大電路、整形電路、第二指令發(fā)射電路；所述微控制器模塊包含計數(shù)單元、數(shù)據(jù)處理單元、參數(shù)對比單元和控制單元；通過計算在收到紅外接收器發(fā)送的計數(shù)啟動信號和計數(shù)停止信號之間的脈沖個數(shù)，使測量準(zhǔn)確度有了很大提高，有效地避免車禍的發(fā)生。
【專利說明】一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外線測距系統(tǒng)，尤其涉及一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)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(jìn)中的汽車安裝能自動跟蹤測距，在危險距離內(nèi)自動剎車的裝置。
[0003]由于電子技術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了激光測距、微波雷達(dá)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(dá)測距技術(shù)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(nèi)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一反射、折射、散射等，且由于其技術(shù)難度相對不太大，構(gòu)成的測距系統(tǒng)成本低廉，性能優(yōu)良，便于民用推廣。
[0004]目前汽車防撞的手段還主要集中在能夠吸收盡可能多的撞擊能量的車架和車體、更合理受力的安全氣囊和安全帶等。這些被動防護(hù)手段可以在發(fā)生事故時保護(hù)車內(nèi)人員的安全，從而降低交通事故的死亡人數(shù)。然而，最終要解決的是能夠拯救更多生命、更多傷者和節(jié)省更多金錢的辦法，首選是裝備汽車防撞報警系統(tǒng)。汽車防撞報警系統(tǒng)主要可由以下幾種技術(shù)實現(xiàn):1)超聲波，由于超聲波能量與距離的平方成正比而衰減的，故距離越遠(yuǎn)，反射回的超聲波越少，靈敏度下降，其作用距離只能達(dá)到幾米到十幾米，一般被用作倒車?yán)走_(dá)。這種傳感器不可能很準(zhǔn)確地確定物體的距離，它主要用于報警系統(tǒng)，如探測車道上的行人。3)視頻成像，由于其高成本，所以也限制了其使用。4)微波，微波容易受外界電磁波干擾。以上幾種技術(shù)都有相應(yīng)的局限性。
[0005]例如申請?zhí)枮椤?01110450567.5”的一種基于脈沖激光測距的汽車防撞報警系統(tǒng)，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明通過設(shè)置以單片機(jī)STC12C5A60S2為核心的控制電路以及激光發(fā)射電路、激光接收放大電路和相關(guān)電路，在相應(yīng)程序的支持下，激光脈沖信號經(jīng)分光鏡分光后，一路經(jīng)反光鏡反光，直接被PIN接收電路接收，另一路脈沖激光被前方車輛反射，然后被APD激光接收電路接收，兩路脈沖激光都分別經(jīng)時刻鑒別電路精確校正其接收時刻后送給單片機(jī)主控電路處理，實時監(jiān)控本車與前車的距離，并且能在危險時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，同時語音提示駕駛員注意車速、保持與前車的距離，在必要時，系統(tǒng)輸出制動信號控制汽車制動，該發(fā)明在測量精度上有待進(jìn)一步的提高。
[0006]又如申請?zhí)枮椤?01210178595.0 ”的一種基于超聲波測距的汽車防撞報警系統(tǒng)。它包括AT89C2051控制模塊、超聲波測距模塊、報警模塊、顯示模塊和電源模塊。當(dāng)超聲波測距模塊將檢測到的距離轉(zhuǎn)化為電平信號傳輸?shù)紸T89C2051控制模塊，AT89C2051控制模塊將接收到的信號進(jìn)行處理并與設(shè)定的最大距離值進(jìn)行比較，如果此距離小于設(shè)定的最大距離值，AT89C2051控制模塊將向報警模塊發(fā)送指令，使報警器發(fā)出聲音提醒司機(jī)，同時將距離值通過顯示模塊進(jìn)行顯示。該發(fā)明滿足一般近距離測距的要求，但是成本較高且測量精度有待進(jìn)一步提升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】的不足提供了一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、成本較低且測量精度高，能夠通過精確計算車距有效地避免了車禍的發(fā)生。
[0008]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:包含紅外線發(fā)射器、紅外線接收器、微控制器模塊以及與微控制器模塊連接的顯示單元、報警單元、剎車減速單元；所述紅外發(fā)射器包含依次連接的振蕩器、恒流發(fā)射發(fā)路、第一指令發(fā)射電路和發(fā)射探頭，所述紅外線接收器包含依次連接的紅外線接收頭、放大電路、整形電路、第二指令發(fā)射電路；所述微控制器模塊包含計數(shù)單元、數(shù)據(jù)處理單元、參數(shù)對比單元和控制單元；
其中，紅外線發(fā)射器，用于發(fā)射紅外線同時發(fā)送一個計數(shù)啟動信號至計數(shù)單元；
紅外線接收器，用于當(dāng)?shù)谝淮谓邮盏秸系K物反射回的紅外線時發(fā)送一個計數(shù)停止信號至計數(shù)單元；
計數(shù)單元，用于計算在收到紅外接收器發(fā)送的計數(shù)啟動信號和計數(shù)停止信號之間的脈沖個數(shù)，進(jìn)而將脈沖個數(shù)上傳至數(shù)據(jù)處理單元；
數(shù)據(jù)處理單元，用于根據(jù)ct/2計算出距離障礙物的距離S，通過顯示單元實時顯示；其中，c為光速；t為發(fā)射波與接收到反射波的時間差t=nT，其中，η為脈沖數(shù)，T為脈沖的周期；
參數(shù)對比單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元計算出的距離障礙物的距離與設(shè)定值進(jìn)行分析對比，若距離障礙物的距離小于安全距離時，則發(fā)送信號至控制單元；
控制單元，用于根據(jù)參數(shù)對比單元發(fā)送的信號控制報警單元發(fā)出警報，同時驅(qū)動剎車減速單元。
[0009]作為本發(fā)明一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述距離障礙物的安全距離為30m。
[0010]作為本發(fā)明一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述微控制器模塊為AVR系列單片機(jī)。
[0011]作為本發(fā)明一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述顯示單元為IXD顯示屏。
[0012]作為本發(fā)明一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述報警單元為聲光報警單元。
[0013]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本較低且測量精度高； 2、本發(fā)明采用“計數(shù)”方式，通過計算在收到紅外接收器發(fā)送的計數(shù)啟動信號和計數(shù)停止信號之間的脈沖個數(shù)，使測量準(zhǔn)確度有了很大提高；
3、本發(fā)明能夠通過精確計算車距及時提醒駕車者，有效地避免了車禍的發(fā)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1所示，一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:包含紅外線發(fā)射器、紅外線接收器、微控制器模塊以及與微控制器模塊連接的顯示單元、報警單元、剎車減速單元；所述紅外發(fā)射器包含依次連接的振蕩器、恒流發(fā)射發(fā)路、第一指令發(fā)射電路和發(fā)射探頭，所述紅外線接收器包含依次連接的紅外線接收頭、放大電路、整形電路、第二指令發(fā)射電路；所述微控制器模塊包含計數(shù)單元、數(shù)據(jù)處理單元、參數(shù)對比單元和控制單元;
其中，紅外線發(fā)射器，用于發(fā)射紅外線同時發(fā)送一個計數(shù)啟動信號至計數(shù)單元；
紅外線接收器，用于當(dāng)?shù)谝淮谓邮盏秸系K物反射回的紅外線時發(fā)送一個計數(shù)停止信號至計數(shù)單元；
計數(shù)單元，用于計算在收到紅外接收器發(fā)送的計數(shù)啟動信號和計數(shù)停止信號之間的脈沖個數(shù)，進(jìn)而將脈沖個數(shù)上傳至數(shù)據(jù)處理單元；
數(shù)據(jù)處理單元，用于根據(jù)Ct/2計算出距離障礙物的距離S，通過顯示單元實時顯示；其中，c為光速；t為發(fā)射波與接收到反射波的時間差t=nT，其中，η為脈沖數(shù)，T為脈沖的周期；
參數(shù)對比單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元計算出的距離障礙物的距離與設(shè)定值進(jìn)行分析對比，若距離障礙物的距離小于安全距離時，則發(fā)送信號至控制單元；
控制單元，用于根據(jù)參數(shù)對比單元發(fā)送的信號控制報警單元發(fā)出警報，同時驅(qū)動剎車減速單元。
[0016]其中，所述距離障礙物的安全距離為30m，所述微控制器模塊為AVR系列單片機(jī)，所述顯示單元為IXD顯示屏，所述報警單元為聲光報警單元。
[0017]紅外線接收器: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。
[0018]紅外線接收器:由紅外線接收頭、第I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I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(jī)處理。其中AGC控制接收電路的增益，保證恒幅輸出。
[0019]單片機(jī):由時鐘振蕩器和微控制器模塊組成，經(jīng)過編程，單片機(jī)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)生報警信號同時產(chǎn)生自動剎車減速信號。
[0020]顯示單元:由譯碼電路、顯示器組成，單片機(jī)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。
[0021]報警單元:由觸發(fā)器、驅(qū)動電路和小喇叭組成。當(dāng)車間距為30m時單片機(jī)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(qū)動電路，使小喇叭發(fā)出報警聲，當(dāng)大于30m時,觸發(fā)器復(fù)位,停止產(chǎn)生脈沖。
[0022]剎車減速單元:由開關(guān)K和自動剎車減速裝置組成，當(dāng)司機(jī)認(rèn)為必要用到自動剎車減速裝置時，閉合開關(guān)K。當(dāng)車間距小于20m時，單片機(jī)提供一個信號，啟動自動剎車減速裝置，防止碰撞。
[0023]當(dāng)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(chǔ)上，而測量時間的方法主要有“脈沖方式”和“調(diào)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。本發(fā)明采用“計數(shù)”方式，通過單片機(jī)處理，使測量準(zhǔn)確度有了很大提高。
[0024]本發(fā)明采用“計數(shù)”方式，通過單片機(jī)處理進(jìn)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)，紅外線發(fā)射器用于發(fā)射紅外線，同時發(fā)送一個計數(shù)啟動信號至計數(shù)單元，微控制器模塊控制計數(shù)單元開始以一定頻率計數(shù)，當(dāng)紅外接收器第一次接收到障礙物反射回的紅外線時，給出一個停止計數(shù)脈沖，計數(shù)單元停止計數(shù)。微控制器模塊自動處理，用脈沖的周期T乘以脈沖數(shù)η就得到發(fā)射紅外線到接收紅外線的時間差t ;根據(jù)t=nT, s=l/2ct計算出距離障礙物的距離，通過顯示單元實時顯示；其中c為光速度，一般取3X108m/s。
[0025]AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來，使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快；AVR單片機(jī)具有32個通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷；AVR單片機(jī)耗能低。對于典型功耗情況，TOT關(guān)閉時為ΙΟΟηΑ，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備；有的器件最低1.8 V即可工作；AVR單片機(jī)保密性能好。
[0026]本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0027]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:包含紅外線發(fā)射器、紅外線接收器、微控制器模塊以及與微控制器模塊連接的顯示單元、報警單元、剎車減速單元；所述紅外發(fā)射器包含依次連接的振蕩器、恒流發(fā)射發(fā)路、第一指令發(fā)射電路和發(fā)射探頭，所述紅外線接收器包含依次連接的紅外線接收頭、放大電路、整形電路、第二指令發(fā)射電路；所述微控制器模塊包含計數(shù)單元、數(shù)據(jù)處理單元、參數(shù)對比單元和控制單元； 其中，紅外線發(fā)射器，用于發(fā)射紅外線同時發(fā)送一個計數(shù)啟動信號至計數(shù)單元； 紅外線接收器，用于當(dāng)?shù)谝淮谓邮盏秸系K物反射回的紅外線時發(fā)送一個計數(shù)停止信號至計數(shù)單元； 計數(shù)單元，用于計算在收到紅外接收器發(fā)送的計數(shù)啟動信號和計數(shù)停止信號之間的脈沖個數(shù)，進(jìn)而將脈沖個數(shù)上傳至數(shù)據(jù)處理單元； 數(shù)據(jù)處理單元，用于根據(jù)ct/2計算出距離障礙物的距離S，通過顯示單元實時顯示；其中，c為光速，t為發(fā)射波與接收到反射波的時間差t=nT，其中，η為脈沖數(shù)，Τ為脈沖的周期； 參數(shù)對比單元，用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元計算出的距離障礙物的距離與設(shè)定值進(jìn)行分析對比，若距離障礙物的距離小于安全距離時，則發(fā)送信號至控制單元； 控制單元，用于根據(jù)參數(shù)對比單元發(fā)送的信號控制報警單元發(fā)出警報，同時驅(qū)動剎車減速單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:所述距離障礙物的安全距離為30m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器模塊為AVR系列單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示單元為IXD顯示屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于脈沖計數(shù)紅外測距裝置的汽車防撞系統(tǒng)，其特征在于:所述報警單元為聲光報警單元。
【文檔編號】B60Q9/00GK104386062SQ201410676255
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】朱杰 申請人:無錫科思電子科技有限公司