基于激光测距传感器的汽车防撞报警器的设计
基于激光测距传感器的汽车防撞报警器的设计
作者:常凤筠;崔旭东
1 引言
介绍了一种基于激光测距传感器的汽车防撞报警器的设计原理。在车体上合理布置这些传感器 ,利用反射激光测量待测距离 ,实现汽车前行和倒车时对障碍物距离的检测、实时显示和报警 ,使汽车避免和障碍物发生碰撞。实践表明该汽车防撞报警器具有测距速度快、准确度高、易于实现等优点 ,具有很好的应用前景。
激光测距以其高方向性、高亮度、高单色性等众多优点而成为激光最的应用之一。利用激光测距原理简单 ,即通过测量激光往返目标所需时间来确定目标距离 ,使它成为距离检测的主要手段。
障碍物判别系统是从机器人的环境探测系统发展出来的。逐渐应用到其他领域 ,其中很多应用在车辆上 ,作为障碍物防撞判别系统。随着汽车的普及 ,智能化的环境探测系统已进入了汽车里 ,使汽车能自动识别同一车道上前方行驶的车辆 ,并能在有障碍物时提醒驾驶员改变汽车状态 ,以避免事故发生。环境探测系统的探测方式很多 ,用到的传感器类型也较多 ,激光测距传感器可应用于这些系统中。一般移动车辆测距传感器采用非接触的测量方法 ,测量周围环境或被操作物体的空间位置 ,从纳米级微小位移到成千上万公里甚至更远距离 ,该系统选用了由瑞士莱卡公司生产的 DLS2A15 型激光测距传感器。DLS2A 激光测距传感器是新一代的测距设备 ,功能强大、坚固耐用 ,专为工业测量市场设计。DLS2 A15 型激光测距传感器测量精度达 ±1. 5 mm ,该激光测距传感器单次测距输入指令为 g < trm > ,返回数据成功为 31. . 06 + xxxxxxxx < trm > 。
2 激光汽车障碍物判别系统组成
激光汽车倒泊防撞报警器的组成如图 1 所示。用单片机控制多个激光测距传感器 ,则可用来构成防撞系统 ,既能测量障碍物的距离 ,又能判断障碍物的位置。汽车倒车时障碍物可能在车的后面或侧面 ,前行时障碍物在前方或侧面 ,在前后左右四个方向 ,分别安装一个激光测距传感器 ,按照一定的排列顺序分别命名为传感器 1~4 ,前行时使前方和左右方向的激光测距传感器 1、2、3 工作 ,主要用于判断在低速行驶时汽车前方和侧面有无障碍物 ,给出预警信息 ,而倒车时使车尾和左右方向的激光测距传感器2、3、4 工作。根据障碍物的距离实时给出数字显示的信息。在进行障碍物探测时 ,取三路中距离较短的一路作为有效距离 ,本系统采用 DL S2A 激光传感器作为激光的发射和接收装置 , 在同一时间三块传感器同时发出探测激光。A T89C52 单片机利用RS232C 串行通讯向激光测距传感器 (DL S2A15) 发测距命令 (“g/ n”) 。传感器接收此命令发射一束光信号 ,经障碍物反射回的光信号在传感器内部被转换为一序列号码 , 若成功返回代码为 31. . 06 + xxxxxxxx 后 ,再经 RS232C 串行通讯将障碍物的位置距离返回给 A T89C52 接收 ,并通过 MAX7219 芯片驱动 L ED 显示器将被障碍物的实际距离实时地显示出来。如遇到所测得的数据超出所规定的范围时系统将自动产生报警信号。声光报警电路采用发光二极管和扬声器来对所设置的报警距离实施报警 ,以向驾驶员提出警示。显示电路是用来对所测得的结果进行实时显示 ,键盘电路是用来对最大测距、最小测距以及有关参数进行设置。该系统具有测量精度高 ,运行可靠等特点。
3 通讯电路设计过程
通讯电路主要完成电平的转换与信息的传递。本系统的通讯电路为单片机与激光测距传感器之间的通信 ,而单片机与传感器之间的通信主要是依靠单片机的串行通信功能得以实现。
DLS2A 激光传感器的接口为 D 型接口 ,有 RS232和 RS422 两种形式的接口 ,在本系统中选用 RS232 作为与单片机相连的接口。A T89C52 单片机的片内串行口是一个全双工的异步串行通信接口 ,可以同时发送和接收数据 ,串行口的接收和发送都是通过对特殊功能寄存器SBU F 的访问实现的。CPU 对 SBU F 执行写操作即可发送数据 ,CPU 对 SBU F 执行读操作即可接收数据。本设计通过单片机向传感器发送测距命令 “g/ n”来完成发送数据 ,即单片机通过判断测距命令字符数组“g/ n”中的字符是否等于‘/ n’来确定发送是否结束 ,如两个字符相等则发送测距命令完成 ,并将送到数据缓冲器 SBU F 中通过串行口的 TXD 给激光测距传感器的 RXD 接收。而接收方案本设计通过判断串行通信控制器 SCON 的接收中断结束标志 RI 来实现对返回数据的接收。即本系统通过判断接收是否超时 ,如超时则重新发测距命令 ;不超时则接收数据并判断第一个接收的是否是 3 ,如是 3则先让出 6 个标志位“31. . 06”,再接收 8 位数据位 ,但是本系统中距离是米且准确到 1/ 10mm ,所以有效数是从第 2 位至第 6 位 ,通过程序将其分离出来后的 4 位数 (米、分米、厘米、毫米) 即为测得的距离值。
4 测距程序设计思想
此部分程序主要完成测距功能 ,并把所测得的距离值进行数码显示并设置了越限报警功能。在此子程序中 ,首先将测量出来的数据与规定的距离进行比较 ,如果小于时 ,表明此时测量出来的数据已超出了规定的范围 ,系统将自动产生报警信号。声光报警电路采用发光二极管和扬声器来对所设置的报警距离实施报警 ,以向驾驶员提出警示。烧孔现象 ,很好地改善了器件的发光质量 ,发出光束的能量分布更均匀。③选择适当量子阱层数 ,有源区电流密度等参数 ,来提高发光功率。④因为 VC2 SEL 可实现高密度二维面阵的集成 ,所以也可以利用这一优势制作高密度面阵来实现更高的光功率输出。国外 ,德国的 UML 大学在 VCSEL 的功率方面做得好 ,2001 年报道了其制作的 VCSEL 单管室温脉冲激光的最大峰值功率为 10W ,这是迄今为止 VCSEL 单管输出光功率的最高值 。
由于 VCSEL 已在光纤通信中广泛应用 ,光纤通信系统中的成熟的 EDFA 技术、波分复用技术等也可与 VCSEL 很好地结合起来 ,在无线激光通信系统中发挥出它们的强大优势。这些优势主要表现在 :利用光纤通信系统的 EDFA 技术设计为发射部分 ,可实现对信号光的高增益 ,输出光功率很大 ;对光的频率没有限制 ,可以很好地解决输出光功率和调制频率相互制约的问题 ;使用 EDFA 光源可以提高系统接收的灵敏度。还可以引入光纤光栅 ,对于未来的多波长无线激光通信系统进行进一步的优化。利用简单的波分复用技术 , EDFA 既可以做系统的发射光源 ,又可以做接收的前置放大 ,这样可以大大提高系统的接收性能。更吸引人的是 ,可批量生产的制作工艺 ,与其他激光器相比低廉的生产成本 ,VCSEL 在无线激光通信中的应用 ,可进一步提高系统的稳定性 ,降低系统成本。
5 结论
本工作利用激光测距传感器 ,对周围环境的障碍物进行测距 ,在设计中选用了四块 DL S2A 激光测距传感器作为激光的发射源 ,该传感器的最大优点在于其内部具有强大的运算能力 ,通过 RS232 口可直接将测得实际距离的数值传送给单片机。然后 ,单片机通过 MAX7129 芯片驱动 L ED 显示器将测出的距离和误差实时地显示出来。此外 ,在整个系统中增加了一个按键控制部分 ,操作人员可通过按键控制系统的多种工作状态 ,整个系统设计简单 ,操作方便 ,测距准确。
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