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(nèi)自動剎車的裝置,。
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(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—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。
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(jié)合單片機技術(shù)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(yīng)用于汽車防撞系統(tǒng)中,，并進行了裝車防撞試驗。試驗結(jié)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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。測出發(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(dāng)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(dāng)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(shè)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(dāng)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(nèi)的計數(shù)器,，計數(shù)器置位進入計數(shù)狀態(tài)；當(dāng)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(yīng)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(nèi)外各種測距儀的部分特點,，結(jié)合我國汽車電子工業(yè)發(fā)展方向和現(xiàn)有電子技術(shù)基礎(chǔ)上而設(shè)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(shè)置極限安全距離為30m,，當(dāng)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(qū)動電路和小喇叭組成,。當(dāng)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(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,。
自動剎車減速裝置：由開關(guān)K和自動剎車減速裝置組成,，當(dāng)司機認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,，單片機提供一個信號，啟動自動剎車減速裝置,，防止碰撞,。
4 汽車紅外防撞系統(tǒng)性能評價
為了評價汽車紅外防撞系統(tǒng)的性能，包括探測障礙物距和相對速度的性能,，采用靜物距離探測和在高速公路上行駛時動態(tài)探測兩種試驗,。
4.1 靜物距離探測試驗
將普通汽車放在裝有紅外防撞系統(tǒng)的試驗汽車前面，試驗車從100m遠處以30km/h的速度向普通汽車開來,。當(dāng)距離大于40m時,，顯示0;距離小于40m時，顯示器顯示的數(shù)據(jù)連續(xù)變化,；當(dāng)車間距為30m時,，報警器開始報警。實驗結(jié)果表明,，符合實際車間距離,，探測結(jié)果準確。實驗結(jié)果如圖3所示,。
圖3 靜物距離探測實驗結(jié)果
4.2 高速公路上行駛動態(tài)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(fā)射紅外線,，探測兩車距和相對速度,，其實驗結(jié)果如圖4所示。
圖4 高速公路上進行的動態(tài)實驗結(jié)果
5 結(jié)語
本文采用一種新的測距原理建立了紅外測距系統(tǒng),，并研究了紅外測距系統(tǒng)在汽車防撞系統(tǒng)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(shù)脈沖的周期T應(yīng)取得非常小,。達微秒數(shù)量級,；
2）計數(shù)N個接收到的紅外線周期的計數(shù)脈沖，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(dāng)然，為了使汽車紅外防撞系統(tǒng)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(chǎn)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(fā)出什么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(shù)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(tài)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。
總之,，由于本系統(tǒng)成本低,、精確度較高、功能多,、具有廣闊的市場,。