CN104386062A - 一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，包含红外线发射器、红外线接收器、微控制器模块以及与微控制器模块连接的显示单元、报警单元、刹车减速单元；所述红外发射器包含振荡器、恒流发射发路、第一指令发射电路和发射探头，所述红外线接收器包含红外线接收头、放大电路、整形电路、第二指令发射电路；所述微控制器模块包含计数单元、数据处理单元、参数对比单元和控制单元；通过计算在收到红外接收器发送的计数启动信号和计数停止信号之间的脉冲个数，使测量准确度有了很大提高，有效地避免车祸的发生。

Description

一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统

技术领域

本发明涉及一种红外线测距系统，尤其涉及一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，属于电子技术领域。

背景技术

随着经济的发展，交通运输业日益繁荣，但由于道路状态、交通管理等硬件难以跟上，加上驾驶超车、出车开小差、错误估计车距等主观的原理，使相互碰撞的交通事故频频发生。解决这个问题的根本措施在于给行进中的汽车安装能自动跟踪测距，在危险距离内自动刹车的装置。

由于电子技术的发展，先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距。其中激光测距是靠激光束照射在前车上的反射镜（汽车尾部）反射回来的激光束探测两车距离。由于受恶劣的天气、汽车激烈的振动，反射镜表面磨损，污染等因素影响，使反射的激光束在一定功率上探测距离比可能探测的最大距离减少1/2～1/3，损失很大，影响探测的精确度；微波雷达测距技术为军事和某些工业开发采用的装备和振荡器等电路部分价格昂贵，现在几乎还没有开拓民用市场；超声波测距在国内外已有人做过研究，由于采用特殊专用元件使其价格高，难以推广；红外线作为一种特殊的光波，具有光波的基本物理传输特性—反射、折射、散射等，且由于其技术难度相对不太大，构成的测距系统成本低廉，性能优良，便于民用推广。

目前汽车防撞的手段还主要集中在能够吸收尽可能多的撞击能量的车架和车体、更合理受力的安全气囊和安全带等。这些被动防护手段可以在发生事故时保护车内人员的安全，从而降低交通事故的死亡人数。然而，最终要解决的是能够拯救更多生命、更多伤者和节省更多金钱的办法，首选是装备汽车防撞报警系统。汽车防撞报警系统主要可由以下几种技术实现：1）超声波，由于超声波能量与距离的平方成正比而衰减的，故距离越远，反射回的超声波越少，灵敏度下降，其作用距离只能达到几米到十几米，一般被用作倒车雷达。这种传感器不可能很准确地确定物体的距离，它主要用于报警系统，如探测车道上的行人。3）视频成像，由于其高成本，所以也限制了其使用。4）微波，微波容易受外界电磁波干扰。以上几种技术都有相应的局限性。

例如申请号为“201110450567.5”的一种基于脉冲激光测距的汽车防撞报警系统，属于电子技术领域，本发明通过设置以单片机STC12C5A60S2为核心的控制电路以及激光发射电路、激光接收放大电路和相关电路，在相应程序的支持下，激光脉冲信号经分光镜分光后，一路经反光镜反光，直接被PIN接收电路接收，另一路脉冲激光被前方车辆反射，然后被APD激光接收电路接收，两路脉冲激光都分别经时刻鉴别电路精确校正其接收时刻后送给单片机主控电路处理，实时监控本车与前车的距离，并且能在危险时，系统发出声光报警，同时语音提示驾驶员注意车速、保持与前车的距离，在必要时，系统输出制动信号控制汽车制动，该发明在测量精度上有待进一步的提高。

又如申请号为“201210178595.0 ”的一种基于超声波测距的汽车防撞报警系统。它包括AT89C2051控制模块、超声波测距模块、报警模块、显示模块和电源模块。当超声波测距模块将检测到的距离转化为电平信号传输到AT89C2051控制模块，AT89C2051控制模块将接收到的信号进行处理并与设定的最大距离值进行比较，如果此距离小于设定的最大距离值，AT89C2051控制模块将向报警模块发送指令，使报警器发出声音提醒司机，同时将距离值通过显示模块进行显示。该发明满足一般近距离测距的要求，但是成本较高且测量精度有待进一步提升。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，其结构简单、成本较低且测量精度高，能够通过精确计算车距有效地避免了车祸的发生。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

      一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，其特征在于：包含红外线发射器、红外线接收器、微控制器模块以及与微控制器模块连接的显示单元、报警单元、刹车减速单元；所述红外发射器包含依次连接的振荡器、恒流发射发路、第一指令发射电路和发射探头，所述红外线接收器包含依次连接的红外线接收头、放大电路、整形电路、第二指令发射电路；所述微控制器模块包含计数单元、数据处理单元、参数对比单元和控制单元；

其中，红外线发射器，用于发射红外线同时发送一个计数启动信号至计数单元；

红外线接收器，用于当第一次接收到障碍物反射回的红外线时发送一个计数停止信号至计数单元；

计数单元，用于计算在收到红外接收器发送的计数启动信号和计数停止信号之间的脉冲个数，进而将脉冲个数上传至数据处理单元；

数据处理单元，用于根据ct/2计算出距离障碍物的距离s，通过显示单元实时显示；其中，c为光速；t为发射波与接收到反射波的时间差t=nT，其中，n为脉冲数，T为脉冲的周期；

参数对比单元，用于根据数据处理单元计算出的距离障碍物的距离与设定值进行分析对比，若距离障碍物的距离小于安全距离时，则发送信号至控制单元；

控制单元，用于根据参数对比单元发送的信号控制报警单元发出警报，同时驱动刹车减速单元。

作为本发明一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统的进一步优选方案，所述距离障碍物的安全距离为30m。

作为本发明一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统的进一步优选方案，所述微控制器模块为AVR系列单片机。

作为本发明一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统的进一步优选方案，所述显示单元为LCD显示屏。

作为本发明一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统的进一步优选方案，所述报警单元为声光报警单元。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明结构简单、成本较低且测量精度高；

2、本发明采用“计数”方式，通过计算在收到红外接收器发送的计数启动信号和计数停止信号之间的脉冲个数，使测量准确度有了很大提高；

3、本发明能够通过精确计算车距及时提醒驾车者，有效地避免了车祸的发生。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

    如图1所示，一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，其特征在于：包含红外线发射器、红外线接收器、微控制器模块以及与微控制器模块连接的显示单元、报警单元、刹车减速单元；所述红外发射器包含依次连接的振荡器、恒流发射发路、第一指令发射电路和发射探头，所述红外线接收器包含依次连接的红外线接收头、放大电路、整形电路、第二指令发射电路；所述微控制器模块包含计数单元、数据处理单元、参数对比单元和控制单元；

其中，红外线发射器，用于发射红外线同时发送一个计数启动信号至计数单元；

红外线接收器，用于当第一次接收到障碍物反射回的红外线时发送一个计数停止信号至计数单元；

计数单元，用于计算在收到红外接收器发送的计数启动信号和计数停止信号之间的脉冲个数，进而将脉冲个数上传至数据处理单元；

数据处理单元，用于根据ct/2计算出距离障碍物的距离s，通过显示单元实时显示；其中，c为光速；t为发射波与接收到反射波的时间差t=nT，其中，n为脉冲数，T为脉冲的周期；

参数对比单元，用于根据数据处理单元计算出的距离障碍物的距离与设定值进行分析对比，若距离障碍物的距离小于安全距离时，则发送信号至控制单元；

控制单元，用于根据参数对比单元发送的信号控制报警单元发出警报，同时驱动刹车减速单元。

其中，所述距离障碍物的安全距离为30m，所述微控制器模块为AVR系列单片机，所述显示单元为LCD显示屏，所述报警单元为声光报警单元。

红外线接收器：由40kHz振荡器，恒流发射发路和发射探头等组成，振荡器产生占空比非常小的窄脉冲，采用恒流源提供20mA左右的电流，这样减小了功耗，提高了发射功率，最后红外线由发射探头聚焦，以散射角小于2°发射。

红外线接收器：由红外线接收头、第1级放大电路、第2级放大电路、整形、AGC控制增益等电路组成，红外线接收头接收信号后经第1级与第2级放大电路放大，由施密特触发器电路整形，送入单片机处理。其中AGC控制接收电路的增益，保证恒幅输出。

单片机：由时钟振荡器和微控制器模块组成，经过编程，单片机实现自动计数、计算时间t和测量距离s，并将测量距离连续输出给显示装置，同时在车间距离为30m时产生报警信号同时产生自动刹车减速信号。

显示单元：由译码电路、显示器组成，单片机输出的距离信号经译码器译码，通过显示器显示出来，可动态显示车与障碍物的距离。

报警单元：由触发器、驱动电路和小喇叭组成。当车间距为30m时单片机给触发器一个信号，使触发器置位产生一组脉冲，通过驱动电路，使小喇叭发出报警声，当大于30m时，触发器复位，停止产生脉冲。

刹车减速单元：由开关K和自动刹车减速装置组成，当司机认为必要用到自动刹车减速装置时，闭合开关K。当车间距小于20m时，单片机提供一个信号，启动自动刹车减速装置，防止碰撞。

当前测距系统所用的测距基本原理都是建立在测量时间差的基础上，而测量时间的方法主要有“脉冲方式”和“调频2连续波方式”。这两种测量方式都是以模拟电路来实现，由于器件延时的影响，使测量精度大大下降。本发明采用“计数”方式，通过单片机处理，使测量准确度有了很大提高。

本发明采用“计数”方式，通过单片机处理进行测量，其基本原理是：红外线发射器始终处于发射红外线的状态，红外线发射器用于发射红外线，同时发送一个计数启动信号至计数单元，微控制器模块控制计数单元开始以一定频率计数，当红外接收器第一次接收到障碍物反射回的红外线时，给出一个停止计数脉冲，计数单元停止计数。微控制器模块自动处理，用脉冲的周期T乘以脉冲数n就得到发射红外线到接收红外线的时间差t；根据t=nT,s=1/2ct计算出距离障碍物的距离，通过显示单元实时显示；其中c为光速度，一般取3×108m/s。

AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8 V即可工作；AVR单片机保密性能好。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，其特征在于：包含红外线发射器、红外线接收器、微控制器模块以及与微控制器模块连接的显示单元、报警单元、刹车减速单元；所述红外发射器包含依次连接的振荡器、恒流发射发路、第一指令发射电路和发射探头，所述红外线接收器包含依次连接的红外线接收头、放大电路、整形电路、第二指令发射电路；所述微控制器模块包含计数单元、数据处理单元、参数对比单元和控制单元；

其中，红外线发射器，用于发射红外线同时发送一个计数启动信号至计数单元；

红外线接收器，用于当第一次接收到障碍物反射回的红外线时发送一个计数停止信号至计数单元；

计数单元，用于计算在收到红外接收器发送的计数启动信号和计数停止信号之间的脉冲个数，进而将脉冲个数上传至数据处理单元；

数据处理单元，用于根据ct/2计算出距离障碍物的距离s，通过显示单元实时显示；其中，c为光速,t为发射波与接收到反射波的时间差t=nT，其中，n为脉冲数，T为脉冲的周期；

参数对比单元，用于根据数据处理单元计算出的距离障碍物的距离与设定值进行分析对比，若距离障碍物的距离小于安全距离时，则发送信号至控制单元；

控制单元，用于根据参数对比单元发送的信号控制报警单元发出警报，同时驱动刹车减速单元。

2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，其特征在于：所述距离障碍物的安全距离为30m。

3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，其特征在于：所述微控制器模块为AVR系列单片机。

4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，其特征在于：所述显示单元为LCD显示屏。

5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲计数红外测距装置的汽车防撞系统，其特征在于：所述报警单元为声光报警单元。