تطوير Rangefinder بالموجات فوق الصوتية لوقوف السيارات

تطوير مكتشف المدى بالموجات فوق الصوتية لوقوف السيارات

الخلاصة: تصف هذه الورقة المبدأ الأساسي لمكتشف نطاق الموجات فوق الصوتية لوقوف السيارات والذي تم تطويره بواسطة تقنية المعالج الدقيق adopTIng. تمت مناقشة نموذج MathemaTIcs للقياس و calculaTIon وكذلك طرق realizaTIon. يتم استخدام طريقة معايرة البرامج لزيادة دقة القياس والموثوقية. التطبيق الفعلي يظهر أن الأمن مؤمن بشكل كبير عند وقوف السيارات.

الكلمات الرئيسية: المعالج بالموجات فوق الصوتية العثور على نطاق واسع

مع التحسين المستمر لمستويات المعيشة ، يتزايد الوعي الاستهلاكي للسيارات التي تدخل العائلات. زادت ملكية السيارات الحضرية في الصين بسرعة. نتيجة لذلك ، تتزايد حوادث المرور يومًا بعد يوم ، خاصة في المدن. تطوير نظام النقل الذكي هو اتجاه تطوير مهم للنقل في القرن الحادي والعشرين. يتيح نظام النقل الذكي (ITS) فرصة كاملة لإمكانات البنية التحتية الحالية وتحسين كفاءة النقل. كانت الكفاءة الممتازة لضمان السلامة المرورية ، وتخفيف الازدحام المروري وتحسين البيئة الحضرية مهتمة على نطاق واسع من قبل الحكومات على جميع المستويات. كما تولي الحكومة الصينية أهمية كبيرة للبحث والتطوير والترويج وتطبيق لها. تركز المناقشة في هذه الورقة على عكس الحماية ، والتي يمكن أن تتجنب بشكل فعال العقبات والمشاة التي قد تسبب ضررًا للعكس. تجنب الخسائر الاقتصادية ومشاكل السلامة الشخصية الناجمة عن عكس ذلك. تم تركيب السيارات الأجنبية الراقية مع أنظمة مماثلة عند مغادرتها المصنع.

يتكون النظام من ثلاثة أجزاء: (1) مسباران بالموجات فوق الصوتية مع نفس جهاز الإرسال والاستقبال للكشف عن العقبات في الجزء الخلفي الأيمن والأيسر من ذيل السيارة. (2) دائرة التحكم تتألف من الحواسيب الصغيرة رقاقة واحدة ودائرة الإرسال والاستقبال بالموجات فوق الصوتية. (3) دائرة عرض المسافة ودائرة الإنذار مسموعة ومرئية.

يدرك النظام الفهارس التقنية التالية ؛ تحديد المواقع بالموجات فوق الصوتية ، ومسافة العرض الرقمي ، ونطاق مسافة الصوت الفوري ، ونطاق مسافة عرض أنبوب الصف nixie.

المؤشرات المحددة هي كما يلي: I. قناتان لتحديد المواقع بالموجات فوق الصوتية ، وزاوية نطاق الكشف لكل قناة هي 14o

II ثلاثة أرقام نيكسي أنبوب عرض المسافة

III أربعة أجزاء نطاق مسافة الصوت موجه ، عرض مسافة أنبوب nixie الأحمر والأخضر والأزرق

درجة حرارة العمل:-20-60

دقة القياس هي 1 سنتيمتر ، والخطأ أقل من 0.5 ٪.

يتمتع المختبر بدقة عالية في القياس وطرق سريعة متنوعة ، والتي يمكن أن تلبي الاحتياجات الموضوعية لبيئات العمل المختلفة.

3 تكوين دائرة الأجهزة ومبدأ العمل

3.1 رقاقة التحكم

يستخدم AT89C2051 كوحدة تحكم في أدوات ذكية صغيرة ذات أداء عالي التكلفة. نظام التعليمات متوافق تماما مع 8031. يحتوي على جميع الهياكل الوظيفية 8031 باستثناء منافذ P0 و P2. يتميز نظام التحكم في القياس المكون منه بمزايا الدائرة البسيطة والموثوقية العالية والحجم الصغير ؛ حجم التحكم ودائرة الإرسال والاستقبال ، ويرد مخطط كتلة تكوين الأجهزة في الشكل 1 ؛

تتم برمجة منافذ P1.4 و P1.5 من الحواسيب الصغيرة ذات الشريحة الفردية كمنافذ إخراج لإخراج الموجة المربعة بالتناوب 40 كيلو هرتز بالتناوب مع مدة 0.2 مللي ثانية ، وإرسالها مرة أخرى كل 19.8 مللي ثانية ، أي تردد تكرار قناتي الموجات فوق الصوتية هو. تبلغ سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الهواء عند درجة حرارة الغرفة 340 متر/الثانية ، والتي تحدد أقصى مسافة اكتشاف للأداة. الوضع الفعلي هو أنه نظرًا لأن التعليمات تحتاج إلى وقت للتشغيل ، وعندما يتم الانتهاء من جميع الإرسال والاستقبال ، سيرسل البرنامج عرضًا. عندما يكون تردد التكرار حوالي 50 هرتز ، فإن أقصى مسافة الكشف هي 1.5 متر. تظهر الأشكال الموجية لمنافذ P1.4 و P1.5 في الشكل 2. تمت برمجة P1.6 و P1.7 كمنافذ إدخال لتلقي اثنين من أصداء الموجات فوق الصوتية وفقًا لذلك.

تمت برمجة P3.2-p3.5 كمنفذ إخراج ، ويتحكم p3.2-p3.4 في جزء البيانات الصوتية من رقاقة الصوت isd1110 ، وعناصر التحكم p3.5 عند التشغيل.

تعتمد الشاشة المسح الديناميكي ، وتستخدم المنافذ التسلسلية RXD و TXD لإرسال بيانات العرض ، وتستخدم p1.0-p1.3 لإرسال بتات العرض. نظرًا لأن P1.0 و P1.1 ليس لديهما مقاومة سحب داخلية ، يجب توصيل مقاومة السحب الخارجية 4.7K على التوالي في التطبيق.

الدائرة تعتمد max810 إعادة تعيين رقاقة خاصة. لأن امدادات الطاقة على السيارة تعتمد DC 12V. يتم توصيل البطارية والمولد بالتوازي. في ظل ظروف العمل السيئة (مثل أثناء بدء تشغيل المحرك) ، ينخفض الجهد إلى حوالي 6 فولت. يتم أخذ مصدر الطاقة للكمبيوتر الصغير من شريحة واحدة من 12 فولت من السيارة ، والذي سيكون تداخلًا خطيرًا في التشغيل العادي للكمبيوتر الصغير رقاقة واحدة ، وسيتم تشغيل البرنامج. Max810 يمكن حل هذه المشكلة. وتتمثل مهمتها في مراقبة جهد إمدادات الطاقة للكمبيوتر الصغير ذي الشريحة المفردة ؛ عندما يكون جهد الإمداد أقل من عتبة محددة ، يتم إعادة ضبط max810 ويستمر لمدة 140 مللي ثانية عندما يعود جهد الإمداد فوق العتبة. هذا يمكن أن يحل بشكل جيد التداخل الناجم عن الجهد الكهربائي غير المستقر من الحواسيب الصغيرة ذات الشريحة الواحدة.

3.2 دائرة الإرسال والاستقبال بالموجات فوق الصوتية

دائرتي الإرسال والاستقبال لها نفس الهيكل وتعمل بالتناوب. الدائرتين لها نفس الهيكل. يظهر المبدأ في الشكل 3 ؛

3.2.1 دائرة الإرسال

نظرًا لأن منفذ P1 للكمبيوتر الصغير ذي الشريحة الفردية يمكن أن يوفر سعة تعبئة حالية تبلغ 20 مللًا عند استخدامه كمنفذ IO ، وقدرة الامتصاص الحالية صغيرة ، فإن أنبوب NPN متصل خارجيًا لتحسين قدرته الحالية على الإنتاج. تأكد من أن إشارة النبض 40 كيلو هرتز لها قوة معينة.

3-2-2 دائرة الاستقبال

تتكون دائرة الاستقبال من مكبر للصوت ؛ تضخيم مرشح Bandpass ؛ تشكيل الصدى والتثمين. يمكن للمضخم تضخيم الإشارة الصغيرة بشكل فعال وتحسين مقاومة الإدخال لدائرة التضخيم بأكملها. في هذه الدائرة ، تم تصميم تضخيم مرشح Pandpass لردود الفعل اللانهائي من مرحلتين من الدرجة الثانية ، والتردد المركزي 40 كيلو هرتز ؛ زيادة المرحلة الأولى هي A1 = - 120 وكسب المرحلة الثانية هو A1 = - 320 ، مما يضمن تضخيم إشارة فولت الصغرى إلى مرحلة الفولت للتشكيل والتثمين. تتمثل وظيفة تشكيل الدائرة الثنائية في اكتشاف إشارة الصدى في إشارة قطبية واحدة ؛ التعميم ، أي بت واحد أ/د ، يحدد مستوى العتبة ، ويحول الصدى التناظري إلى إشارة مستوى ويدخلها إلى P1.6.

3.3 دائرة إنذار صوتي

كناتج من أداة القياس ، فإن التنبيه الصوتي هو شكل بديهي للغاية وسهل الفهم ، وواجهة الإنسان والآلة صديقة. بالنظر إلى أن السائق ليس لديه وقت لتقدير الأداة على السيارة عند الرجوع والانتباه إلى الجزء الخلفي من السيارة ، فإن التوقيت يعتمد التنبيه الصوتي. في الوقت الحاضر ، هناك العديد من أنواع منتجات تكنولوجيا الصوت في السوق. تتبنى هذه الدائرة شريحة صوت isd1110 لشركة ISD ، وتعتمد الشريحة تقنية التخزين التناظرية المباشرة (DAST) ، والتي تتمتع بدرجة عالية من التكامل. مدة التسجيل والتشغيل 10 ثوانٍ وتنقسم إلى 80 قسمًا. يمكن دمج التحكم في الحواسيب الصغيرة بمرونة لإخراج الإشارات الصوتية المطلوبة. في التطبيق ، يجب أن يكون نظام التطوير الذاتي مطلوبًا ، ويجب تسجيل الصوت في الشريحة وتوصيله بالنظام باستخدام المنفذ المتوازي للكمبيوتر الشخصي. تم تسجيل ما مجموعه 4 أجزاء ، وهي: "منطقة 1.5m" ؛ "منطقة 1m" ؛ "منطقة 0.5m" ؛ "الحد من إنذار الموسيقى". قم بتشغيل الفقرة المقابلة بانتظام وفقًا للمسافة المقاسة. إذا كانت نتيجة القياس 0.8 متر ، أبلغ عن "مساحة 1 متر". تظهر واجهة دائرة التحكم في الشكل 4 ؛ حدد A3 و A4 و A5 من isd1110 مقاطع إنذار ، والتشغيل متصل بـ p3.5 ، وتحفز الحافة المتساقطة التشغيل.

3.4 دائرة العرض

بالإضافة إلى التنبيه الصوتي ، التنبيه البصري هو وضع إنذار فعال آخر. هناك نوعان من التنبيه البصري في التصميم. تعرض أنابيب nixie الثلاثة مسافة الاختبار الحالية (الوحدة: مم) ، وشاشة العرض فوق النطاق "---" ، والمسافة من الخلف إلى العقبة أقل من 25 مللي متر ، ومضات العرض "SOS" ، وتشغيل الصوت تحذير الموسيقى. يحتوي صف أنابيب nixie على اثنين من الأحمر والأخضر واثنين من اللون الأزرق ، مما يدل على المسافة النسبية. عندما تكون القيمة المقاسة أكبر من 1 متر ، يتم تشغيل أنبوبين أخضر على الأكثر ؛ عندما تكون القيمة المقاسة أكبر من 0.5 متر ، يتم تشغيل أنبوبين أخضر ، وعلى الأكثر تشغيل أنبوبين أصفر ؛ عندما تكون القيمة المقاسة أكبر من 0.3 متر ، اثنين من الأنابيب الخضراء واثنين من الأنابيب الصفراء على ، وعلى الأكثر اثنين من أنابيب حمراء على. يعرض أنبوب الصف nixie القيمة النسبية لمسافة الاختبار. كلما اقتربت المسافة ، زادت أرقام أضواء أنبوب nixie.

يظهر الرسم التخطيطي الكهربائي في الشكل 5. يتم استخدام الإخراج التسلسلي RXD لعرض البيانات ، ونبض مزامنة مخرجات TXD ، ويتم استخدام قطعة من 164 لتحويل البيانات التسلسلية إلى بيانات متوازية-خرج P1.3 كتحكم في الموضع ، وتشغيل أنبوب nixie والصف LED. نظرًا لأن P1.0 و P1.1 ليس لديهم مقاومة سحب ، يجب توصيل مقاومة سحب 4.7K عند استخدامها كمنافذ IO. من أجل زيادة قدرة القيادة ، تتم إضافة mc1413 إلى التحكم في الموقع.

يتكون البرنامج من البرنامج الرئيسي (الشكل 6) ، برنامج خدمة المقاطعة (الشكل 7) وعرض الروتين (الشكل 8). يستخدم الموقت T0 لمدة 10 مللي ثانية ، ويتم إرسال نبضة 40 كيلو هرتز إلى P1.4 في بداية التوقيت لاستعلام ما إذا كان هناك صدى في P1.6. إذا كان هناك صدى ، فيمكن الحصول عليه من وقت توقيت t0 t وسرعة الصوت V (m) ؛ إذا وصلت 10ms دون صدى ، فإن t0 توقيت تجاوز t0. في الروتين الخاص بخدمة المقاطعة t0 ، اكتب العرض "---" إلى المخزن المؤقت للعرض ، وحدد بت العلم ، وحكم على بت العلم لتحديد خروج الروتين الخاص بالخدمة ، وتحديث بت العلم قبل العودة. وظيفة بت العلم هي ضمان P1.4 و P1.6 ؛ P1.5 و P1.7 إرسال واستقبال بدوره. العرض يعتمد المسح الديناميكي. في كل مرة يكمل فيها البرنامج الرئيسي إرسال واستقبال قناة واحدة ، يرسل شاشة. تبدأ كل شاشة المنفذ التسلسلي أربع مرات ، ويتم ضبط بت العرض المقابل على مستوى منخفض. في الوقت نفسه ، قم بتشغيل الجزء الفوري المقابل وفقًا لنتائج القياس.

عندما تعمل السيارة ، هناك إشعاع كهرومغناطيسي قوي بسبب حريق كهربائي عالي الجهد ، والبيئة الكهرومغناطيسية سيئة. لذلك ، يتم النظر في مشكلة مكافحة التدخل في كل من الأجهزة والبرامج ؛

من حيث الأجهزة ، فإن الاستقبال بالموجات فوق الصوتية هو إشارة صغيرة في المرحلة الأمامية. يتم توصيل المستشعر بسلك واحد محمي عالي الجودة لضمان النقل الموثوق للإشارات الصغيرة. في مرحلة تضخيم الإشارة ، يتم استخدام تصفية تمرير النطاق على مرحلتين لتصفية التداخل عالي التردد والتردد المنخفض. يتم توفير إمدادات الطاقة من الجزء الرقمي والجزء التناظري بشكل منفصل. يستخدم صندوق التحكم غلاف معدني لحماية المجال الكهرومغناطيسي الخارجي. يستخدم البرنامج طريقة التخلص من القيمة الإجمالية ، وكل نتيجة قياس هي مجموعة من ثلاث مرات. أولاً ، يتم التخلص من القيمة الإجمالية ، ثم يتم الحصول على متوسط نتيجة القياس المرسلة إلى الشاشة. استخدام متوسط مكعب يأخذ في الاعتبار أداء القياس في الوقت الحقيقي. أثناء الرجوع ، لا أهتم كثيرًا بالمسافة الدقيقة من العائق ؛ إنه ما إذا كانت هناك عقبات ومدى البعد عن الجزء الخلفي من السيارة. وقد أثبتت الممارسة أن هذه التدابير قد حققت نتائج جيدة.

تم استخدام الأداة وحققت الهدف المحدد مسبقًا. في عملية الرجوع ، تدرك الكشف التلقائي عن العقبات على بعد 1.5 متر من الخلف الأيسر والخلفي الأيمن من السيارة والمشاة اقتحم فجأة المنطقة الخطرة ، ويعطي إنذارًا ويطالب السائق باتخاذ التدابير. بالنسبة للسائقين الجدد ، فإن دورها أكثر وضوحًا. انهم يعرفون جيدا في عملية عكس ، مما يحسن كثيرا من السلامة عند عكس.