中心議題：

• 紅外線測距基本原理及其係統的建立
• 紅外線測距在汽車防撞係統的應用
• 汽車紅外防撞係統性能評價

1　引言

隨著經濟的發展
，交通運輸業日益繁榮，但由於道路狀態、交通管理等硬件難以跟上，加上駕駛超車、出車開小差、錯(cuo)誤(wu)估(gu)計(ji)車(che)距(ju)等(deng)主(zhu)觀(guan)的(de)原(yuan)理(li)，使(shi)相(xiang)互(hu)碰(peng)撞(zhuang)的(de)交(jiao)通(tong)事(shi)故(gu)頻(pin)頻(pin)發(fa)生(sheng)。解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)的(de)根(gen)本(ben)措(cuo)施(shi)在(zai)於(yu)給(gei)行(xing)進(jin)中(zhong)的(de)汽(qi)車(che)安(an)裝(zhuang)能(neng)自(zi)動(dong)跟(gen)蹤(zong)測(ce)距(ju)
，在(zai)危(wei)險(xian)距(ju)離(li)內(nei)自(zi)動(dong)刹(sha)車(che)的(de)裝(zhuang)置(zhi)。

由於電子技術的發展
，先後出現了激光測距
、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。由於受惡劣的天氣、汽車激烈的振動

，反射鏡表麵磨損，汙染等因素影響
，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開發采用的裝備和振蕩器等電路部分價格昂貴，現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，由於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
，且由於其技術難度相對不太大

，構成的　測距係統成本低廉，性能優良，便於民用推廣。

當前測距係統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“脈衝方式”和“調頻2連續波方式”。這兩種測量方式都是以模擬電路來實現，由於器件延時的影響
，使測量精度大大下降。本文采用“計數”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係統成本較低，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；同時把這種測距係統應用於汽車防撞係統中，並進行了裝車防撞試驗。試驗結果表麵
，這種係統能探測的距離大於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係統的建立

2.1　基本原理
紅外線發射器不斷發射出頻率為40kHz的紅外線
，經障礙物反射，紅外線接收器接收到反射波信號
，並將其轉變為電信號。測出發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”方式，通過單片機處理進行測量
，其基本原理是：紅(hong)外(wai)線(xian)發(fa)射(she)器(qi)始(shi)終(zhong)處(chu)於(yu)發(fa)射(she)紅(hong)外(wai)線(xian)的(de)狀(zhuang)態(tai)，當(dang)紅(hong)外(wai)接(jie)收(shou)器(qi)第(di)一(yi)次(ci)接(jie)收(shou)到(dao)障(zhang)礙(ai)物(wu)反(fan)射(she)回(hui)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)時(shi)，經(jing)電(dian)路(lu)處(chu)理(li)單(dan)片(pian)機(ji)給(gei)出(chu)一(yi)個(ge)計(ji)數(shu)啟(qi)動(dong)信(xin)號(hao)，單(dan)片(pian)機(ji)的(de)計(ji)數(shu)器(qi)開(kai)始(shi)以(yi)一(yi)定(ding)頻(pin)率(lv)計(ji)數(shu)
；danghongwaixianjieshouqidiercijieshoudaofanshehuidehongwaixianshi，jingdianluchulidanpianjigeichuyigetingzhijishumaichong，jishuqitingzhijishu。tongguobiancheng，danpianjizidongchuli，yongmaichongdezhouqiT乘以脈衝數n就得到發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　係統的建立
根據以上的測距原理，設計出係統的基本框圖如圖1。

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紅外發射電路發射出40kHz頻(pin)率(lv)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)
，當(dang)遇(yu)到(dao)障(zhang)礙(ai)物(wu)紅(hong)外(wai)線(xian)發(fa)生(sheng)漫(man)反(fan)射(she)，紅(hong)外(wai)線(xian)接(jie)收(shou)電(dian)路(lu)第(di)一(yi)次(ci)接(jie)收(shou)到(dao)反(fan)射(she)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)時(shi)
，給(gei)單(dan)片(pian)機(ji)一(yi)個(ge)信(xin)號(hao)脈(mai)衝(chong)，啟(qi)動(dong)單(dan)片(pian)機(ji)內(nei)的(de)計(ji)數(shu)器(qi)，計(ji)數(shu)器(qi)置(zhi)位(wei)進(jin)入(ru)計(ji)數(shu)狀(zhuang)態(tai)；當(dang)接(jie)收(shou)電(dian)路(lu)第(di)二(er)次(ci)接(jie)收(shou)到(dao)反(fan)射(she)器(qi)的(de)紅(hong)外(wai)線(xian)時(shi)，經(jing)單(dan)片(pian)機(ji)處(chu)理(li)給(gei)出(chu)一(yi)個(ge)信(xin)號(hao)脈(mai)衝(chong)
，使(shi)計(ji)數(shu)器(qi)停(ting)止(zhi)計(ji)數(shu)，數(shu)據(ju)被(bei)鎖(suo)存(cun)
，然(ran)後(hou)經(jing)單(dan)片(pian)機(ji)處(chu)理(li)，將(jiang)測(ce)量(liang)的(de)距(ju)離(li)顯(xian)示(shi)在(zai)顯(xian)示(shi)器(qi)上(shang)。

3　紅外線測距在汽車防撞係統的應用

3.1　基本特點
benwenyanjiudeqichehongwaifangzhuangxitongxishouleguoneiwaigezhongcejuyidebufentedian

，jiehewoguoqichedianzigongyefazhanfangxianghexianyoudianzijishujichushangershejichulaide
，juyouyixiatedian：

1）汽車在行進中能自動連續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，發出警告聲提醒駕駛員注意刹車；
3）探測的車間距為20m時，給出自動刹車信號
；若裝有自動刹車裝置，則自動刹車減速。

3.2　汽車紅外防撞係統
汽車紅外防撞係統的電路原理框圖如圖2所示。

本係統由發射部分、接收部分、單片機、譯碼顯示電路、報警部分及自動刹車減速裝置六部分組成。

發射部分：由40kHz振蕩器，恒流發射發路和發射探頭等組成，振蕩器產生占空比非常小的窄脈衝
，采用恒流源提供20mA左右的電流，這樣減小了功耗
，提高了發射功率，最後紅外線由發射探頭聚焦，以散射角小於2°發射。

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控製增益等電路組成

，紅外線接收頭接收信號後經第1級與第2級放大電路放大，由施密特觸發器電路整形
，送入單片機處理。其中AGC控製接收電路的增益，保證恒幅輸出。

單片機：由時鍾振蕩器和單片機組成
，經過編程，單片機實現自動計數
、計算時間t和測量距離s
，並將測量距離連續輸出給顯示裝置，同時在車間距離為30m時產生報警信號和車間距為20m時
，產生自動刹車減速信號。

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譯碼器譯碼
，通過顯示器顯示出來。可動態顯示車與障礙物的距離。

報警部分：由觸發器、驅動電路和小喇叭組成。當車間距為30m時單片機給觸發器一個信號
，使觸發器置位產生一組脈衝，通過驅動電路，使小喇叭發出報警聲，當大於30m時，觸發器複位，停止產生脈衝。

自動刹車減速裝置：由開關K和自動刹車減速裝置組成，當司機認為必要用到自動刹車減速裝置時，閉合開關K。當車間距小於20m時
，單片機提供一個信號，啟動自動刹車減速裝置，防止碰撞。
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4　汽車紅外防撞係統性能評價

為(wei)了(le)評(ping)價(jia)汽(qi)車(che)紅(hong)外(wai)防(fang)撞(zhuang)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)，包(bao)括(kuo)探(tan)測(ce)障(zhang)礙(ai)物(wu)距(ju)和(he)相(xiang)對(dui)速(su)度(du)的(de)性(xing)能(neng)
，采(cai)用(yong)靜(jing)物(wu)距(ju)離(li)探(tan)測(ce)和(he)在(zai)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)上(shang)行(xing)駛(shi)時(shi)動(dong)態(tai)探(tan)測(ce)兩(liang)種(zhong)試(shi)驗(yan)。

4.1　靜物距離探測試驗
將普通汽車放在裝有紅外防撞係統的試驗汽車前麵，試驗車從100m遠處以30km/h的速度向普通汽車開來。當距離大於40m時，顯示0;距離小於40m時

，顯示器顯示的數據連續變化
；當車間距為30m時
，報警器開始報警。實驗結果表明
，符合實際車間距離，探測結果準確。實驗結果如圖3所示。

4.2　高速公路上行駛動態實驗
試驗車與普通車在高速公路上同時向同一個方向行駛
，開車前兩車保持100m的距離。試驗車向普通汽車發射紅外線，探測兩車距和相對速度，其實驗結果如圖4所示。
 
5　結語

本文采用一種新的測距原理建立了紅外測距係統，並研究了紅外測距係統在汽車防撞係統的運用。

為使測量的時間差t準確
，采取兩種方法提高精確度：
1）計數脈衝的周期T應取得非常小。達微秒數量級；
2）計數N個接收到的紅外線周期的計數脈衝，利用公式t=nT/N計算時間差t，則精確度提高到大約原來的N倍。

當然，為了使汽車紅外防撞係統實用化還需解決如下幾個問題：
1）怎樣防止旁道上行駛時，因道路兩旁物體，臨車道上的車輛產生錯覺問題；
2）單片機的防振能力差，影響工作可靠性的問題；
3）發出什麼樣的報警信號才能使司機不造成緊張不安的情緒；
4）如何進一步提高單片機計數工作頻率，減少誤差
；
5）探測距離受惡劣天氣影響，紅外線損失較大；
6）動態探測距離有待進一步提高。

這些問題有待進一步研究、探討。相信隨著器件的改進和實驗條件的改善，這些問題會得到圓滿解決。