การพัฒนา Rangefinder อัลตราโซนิกสำหรับที่จอดรถ

การพัฒนาอัลตราโซนิกช่วง Finder สำหรับที่จอดรถ

บทคัดย่อ: บทความนี้อธิบายหลักการพื้นฐานของเครื่องวัดระยะอัลตราโซนิคสำหรับจอดรถซึ่งพัฒนาขึ้นโดยการนำเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์ รูปแบบคณิตศาสตร์ของการวัดและการคำนวณเช่นเดียวกับวิธีการตระหนักยังกล่าวถึง วิธีการสอบเทียบซอฟต์แวร์ใช้เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวัดและความน่าเชื่อถือ Applica tion จริงแสดงให้เห็นว่าการรักษาความปลอดภัยเป็นผู้ประกันตนอย่างมากเมื่อจอดรถ

คำสำคัญ: ช่วงอัลตราโซนิก-ค้นหาไมโครโปรเซสเซอร์

ด้วยการปรับปรุงมาตรฐานการดำรงชีวิตอย่างต่อเนื่องความตระหนักในการบริโภครถยนต์ที่เข้ามาในครอบครัวเพิ่มขึ้น การเป็นเจ้าของรถในเมืองของจีนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เป็นผลให้อุบัติเหตุการจราจรเพิ่มขึ้นทุกวันโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเมือง การพัฒนาระบบขนส่งอัจฉริยะเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญของการขนส่งใน21st ระบบขนส่งอัจฉริยะ (ITS) จะให้การเล่นเต็มรูปแบบเพื่อศักยภาพของโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่และการปรับปรุงประสิทธิภาพการขนส่ง ประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมในการสร้างความมั่นใจในความปลอดภัยในการจราจรช่วยลดความแออัดของการจราจรและการปรับปรุงสภาพแวดล้อมในเมืองได้รับความกังวลอย่างกว้างขวางจากรัฐบาลในทุกระดับ รัฐบาลจีนยังให้ความสำคัญกับการวิจัยการพัฒนาการส่งเสริมและการประยุกต์ใช้ การกล่าวถึงในบทความนี้มุ่งเน้นไปที่การป้องกันการย้อนกลับซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงอุปสรรคและคนเดินเท้าที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อการย้อนกลับได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลีกเลี่ยงการสูญเสียทางเศรษฐกิจและปัญหาความปลอดภัยส่วนบุคคลที่เกิดจากการย้อนกลับ รถยนต์ระดับไฮเอนด์จากต่างประเทศได้รับการติดตั้งด้วยระบบที่คล้ายกันเมื่อออกจากโรงงาน

ระบบประกอบด้วยสามส่วน: (1) สองอากาศอัลตราโซนิก probes กับตัวรับส่งสัญญาณเดียวกันเพื่อตรวจจับอุปสรรคที่ด้านหลังซ้ายและขวาของหางรถ (2) วงจรควบคุมประกอบด้วยไมโครชิปตัวเดียวและวงจรส่งสัญญาณและรับอัลตราโซนิก (3) วงจรแสดงผลระยะทางและวงจรเตือนภัยด้วยเสียงและภาพ

ระบบตระหนักถึงดัชนีทางเทคนิคต่อไปนี้; ตำแหน่งอัลตราโซนิกสองทาง, ระยะทางการแสดงผลแบบดิจิตอล, ช่วงระยะทางด้วยเสียง, ช่วงระยะการแสดงผลหลอด nixie แถว

ตัวชี้วัดเฉพาะมีดังนี้: I. สองช่องของตำแหน่งอัลตราโซนิกและมุมช่วงการตรวจจับของแต่ละช่องจะ14o

II จอแสดงผลระยะทางหลอด nixie สามหลัก

III สี่ส่วนเสียงระยะทางช่วง Prompt, สีแดง, สีเขียวและสีฟ้า nixie หลอดระยะทางจอแสดงผล

อุณหภูมิในการทำงาน:-20-60

ความละเอียดในการวัดคือ1ซม.และข้อผิดพลาดน้อยกว่า0.5%

เครื่องทดสอบมีความแม่นยำในการวัดสูงและวิธีการพรอมต์ที่หลากหลายซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการวัตถุประสงค์ของสภาพแวดล้อมการทำงานที่แตกต่างกัน

3องค์ประกอบวงจรฮาร์ดแวร์และหลักการทำงาน

3.1ชิปควบคุม

AT89C2051ใช้เป็นตัวควบคุมในเครื่องมืออัจฉริยะขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูง ระบบการเรียนการสอนเข้ากันได้กับ8031. มีโครงสร้างการทำงานทั้งหมด8031ยกเว้นพอร์ต P0และ P2 ระบบควบคุมการวัดประกอบด้วยมันมีข้อดีของวงจรง่าย, ความน่าเชื่อถือสูงและปริมาณขนาดเล็ก; ปริมาณของการควบคุมและส่งและรับวงจรเป็น, และแผนภาพบล็อกองค์ประกอบฮาร์ดแวร์จะแสดงในรูปที่1;

P1.4และพอร์ต P1.5ของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวมีการตั้งโปรแกรมเป็นพอร์ตเอาท์พุทเพื่อสลับเอาท์พุท40kHz คลื่นสี่เหลี่ยมที่มีระยะเวลา0.2MS และส่งอีกครั้งทุก19.8MS, นั่นคือ, ความถี่การทำซ้ำของสองช่องของอัลตราซาวนด์คือ ความเร็วในการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในอากาศที่อุณหภูมิห้องคือ340เมตร/วินาทีซึ่งกำหนดระยะการตรวจจับสูงสุดของเครื่องมือ สถานการณ์ที่เกิดขึ้นจริงคือเนื่องจากคำสั่งต้องใช้เวลาในการทำงานและเมื่อการรับส่งและการรับสัญญาณทั้งหมดเสร็จสิ้นโปรแกรมจะส่งจอแสดงผล เมื่อความถี่ซ้ำประมาณ50Hz ระยะตรวจจับสูงสุดคือ1.5M. รูปคลื่นของ P1.4และพอร์ต P1.5จะแสดงในรูปที่2. P1.6และ P1.7ถูกตั้งโปรแกรมเป็นพอร์ตอินพุตเพื่อรับเสียงสะท้อนแบบอัลตราโซนิคสองตัว

P3.2-p3.5เป็นโปรแกรมเป็นพอร์ตเอาท์พุท, p3.2-p3.4ควบคุมส่วนข้อมูลเสียงของชิปเสียง isd1110, และ p3.5ควบคุมเมื่อเล่น.

จอแสดงผลใช้การสแกนแบบไดนามิกพอร์ตอนุกรม RXD และ TXD ใช้ในการส่งข้อมูลการแสดงผลและใช้ p1.3 p1.0เพื่อส่งบิตการแสดงผล เนื่องจาก P1.0และ P1.1ไม่มีความต้านทานการดึงขึ้นภายในความต้านทานการดึงขึ้นภายนอกของ4.7K จะต้องเชื่อมต่อตามลำดับในการใช้งาน

วงจรใช้ MAX810รีเซ็ตชิปพิเศษ เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟบนรถใช้ DC 12V. แบตเตอรี่และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อแบบขนาน ภายใต้สภาพการทำงานที่ไม่ดี (เช่นในระหว่างการเริ่มต้นของเครื่องยนต์) แรงดันไฟฟ้าจะลดลงประมาณ6V. แหล่งจ่ายไฟของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวถูกนำมาจาก12V ของยานพาหนะซึ่งจะเป็นการรบกวนอย่างรุนแรงต่อการทำงานปกติของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวและโปรแกรมจะทำงาน Max810สามารถแก้ปัญหานี้ได้ ฟังก์ชั่นของมันคือการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียว; เมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด, MAX810รีเซ็ตและต่อเนื่องเป็นเวลา140MS เมื่อแรงดันไฟฟ้าจะส่งกลับเหนือเกณฑ์ นี้สามารถแก้ปัญหาการรบกวนที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่ไม่เสถียรของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดียว

3.2อัลตราโซนิกส่งและรับวงจร

วงจรส่งสัญญาณและรับทั้งสองมีโครงสร้างและการทำงานเหมือนกัน วงจรทั้งสองมีโครงสร้างเดียวกัน หลักการแสดงในรูปที่3;

3.2.1วงจรส่งสัญญาณ

เนื่องจากพอร์ต P1ของไมโครคอมพิวเตอร์ชิปเดี่ยวสามารถให้ความจุในปัจจุบัน20mA เมื่อใช้เป็นพอร์ต IO และความสามารถในการดูดซึมปัจจุบันมีขนาดเล็กหลอด NPN เชื่อมต่อภายนอกเพื่อปรับปรุงกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้า ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสัญญาณชีพจร40kHz.

วงจรรับ3.2.2

วงจรรับประกอบด้วย preamplifier; การขยายตัวกรอง bandpass; การสร้าง Echo และ binarization Preamplifier สามารถขยายสัญญาณขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงความต้านทานอินพุตของวงจรขยายสัญญาณทั้งหมด ในวงจรนี้สองขั้นตอนที่สอง-สั่งซื้อ Infinite GAIN feedback BANDPASS FILTER amplification ได้รับการออกแบบและความถี่ศูนย์คือ40kHz; การเพิ่มขึ้นของขั้นตอนแรกคือ A1 =-120และกำไรของขั้นตอนที่สองคือ A1 = - 320, ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าสัญญาณไมโครโวลต์จะขยายไปยังขั้นตอนโวลต์สำหรับการสร้างและ binarization. ฟังก์ชั่นของการสร้างและ binarization วงจรคือการตรวจสอบ Echo สัญญาณเดียวขั้วสัญญาณ; binarization, เช่น หนึ่งบิต A/D, ตั้งค่าระดับเกณฑ์, แปลงอนาล็อก Echo เป็นสัญญาณระดับและปัจจัยการผลิตที่จะ P1.6.

3.3เสียงปลุกวงจร

ในฐานะที่เป็นเอาท์พุทของเครื่องมือวัดสัญญาณเตือนภัยด้วยเสียงเป็นรูปแบบที่ใช้งานง่ายและเข้าใจง่ายและอินเทอร์เฟซสำหรับมนุษย์เครื่องเป็นมิตร พิจารณาว่าผู้ขับขี่โดยทั่วไปไม่มีเวลาประมาณเครื่องมือบนรถเมื่อย้อนกลับและให้ความสำคัญกับด้านหลังของรถเวลาจะใช้การเตือนภัยด้วยเสียง ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีเสียงหลายชนิดในตลาด วงจรนี้ใช้ชิปเสียง isd1110ของบริษัท ISD และชิป adopts (dast) เทคโนโลยีการเก็บข้อมูลแบบอะนาล็อกโดยตรงซึ่งมีการบูรณาการระดับสูง เวลาในการบันทึกและเล่นเป็น10วินาทีและแบ่งออกเป็น80ส่วน การควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์สามารถรวมกันได้อย่างยืดหยุ่นเพื่อส่งสัญญาณเสียงที่ต้องการ ในแอพพลิเคชันระบบการพัฒนาตัวเองจะต้องมีการบันทึกเสียงลงในชิปและเชื่อมต่อกับระบบโดยใช้พอร์ตขนานของพีซี มีการบันทึกทั้งหมด4ส่วนคือ "โซน1.5m"; "โซน1M"; "โซน0.5M"; "สัญญาณเตือนเพลงจำกัด" เล่นวรรคที่สอดคล้องกันอย่างสม่ำเสมอตามระยะทางที่วัดได้ ถ้าผลการวัดเป็น0.8m รายงาน "พื้นที่1M" อินเตอร์เฟซการควบคุมวงจรจะแสดงในรูปที่4; A3, A4และ A5ของ isd1110เลือกส่วนการเตือนภัย, เล่นเชื่อมต่อกับ p3.5, และลดลงขอบทริกเกอร์เล่น.

3.4วงจรแสดงผล

นอกจากสัญญาณเตือนเสียงแล้วสัญญาณเตือนแบบออปติคอลยังเป็นอีกโหมดการเตือนภัยที่มีประสิทธิภาพ มีสองรูปแบบของสัญญาณเตือนแสงในการออกแบบ สามหลอด nixie แสดงระยะทดสอบปัจจุบัน (หน่วย: มม.), การแสดงผลช่วง "---", ระยะทางจากย้อนกลับไปยังอุปสรรคน้อยกว่า25มม., จอแสดงผล "SOS" กะพริบและเสียงเล่นเพลงเตือน แถวของหลอด nixie มีสองสีแดงสองสีเขียวและสีฟ้าสองแสดงระยะทางสัมพัทธ์ เมื่อค่าที่วัดได้มากกว่า1เมตรมากที่สุดสองหลอดสีเขียวอยู่บน; เมื่อค่าที่วัดได้มากกว่า0.5เมตรสองหลอดสีเขียวอยู่บน, และมากที่สุดสองหลอดสีเหลืองอยู่บน; เมื่อค่าที่วัดได้มากกว่า0.3เมตรสองสีเขียวและสองหลอดสีเหลืองอยู่บน, และมากที่สุดสองหลอดสีแดงอยู่บน หลอด nixie แถวจะแสดงค่าสัมพัทธ์ของระยะทดสอบ ใกล้ระยะทางมากขึ้นตัวเลขไฟหลอด nixie.

แผนภาพไฟฟ้าจะแสดงในรูปที่5. เอาท์พุทอนุกรม RXD ถูกนำมาใช้เพื่อแสดงข้อมูล, TXD เอาท์พุทซิงโครไนซ์ชีพจร, และชิ้นส่วนของ164จะใช้ในการแปลงข้อมูลอนุกรมเป็นขนานข้อมูล-P1.3เอาท์พุทเป็นควบคุมตำแหน่ง, เปิดหลอด nixie และแถว LED. เนื่องจาก P1.0และ P1.1ไม่มีความต้านทานต่อการดึงขึ้นควรเชื่อมต่อความต้านทานการดึงขึ้น4.7K เมื่อใช้เป็นพอร์ต IO เพื่อเพิ่มความสามารถในการขับขี่ MC1413จะถูกเพิ่มลงในการควบคุมตำแหน่ง

โปรแกรมประกอบด้วยโปรแกรมหลัก (รูปที่6), Interrupt Service Program (รูปที่7) และ Display subroutine (รูปที่8) T0จับเวลาใช้สำหรับ10ms และชีพจร40kHz จะถูกส่งไปยัง P1.4ที่จุดเริ่มต้นของระยะเวลาในการสอบถามว่ามี Echo ใน P1.6. หรือไม่ ถ้ามีเสียงสะท้อนสามารถหาได้จาก T0เวลา T และความเร็วเสียง V (M); ถ้า10MS มาถึงโดยไม่มีเสียงสะท้อน T0เวลาล้นขัดจังหวะ ใน T0ขัดจังหวะบริการ subroutine, เขียนจอแสดงผล "---" เพื่อบัฟเฟอร์จอแสดงผล, ตั้งบิตธง, ตัดสินบิตธงเพื่อตรวจสอบทางออกของ subroutine บริการ, และปรับปรุงบิตธงก่อนจะกลับมา ฟังก์ชั่นของธงบิตคือเพื่อให้แน่ใจว่า P1.4และ P1.6; P1.5และ P1.7ส่งและรับในทางกลับกัน จอแสดงผลใช้การสแกนแบบไดนามิก ทุกครั้งที่โปรแกรมหลักเสร็จสิ้นการส่งผ่านและการรับสัญญาณของหนึ่งช่องจะส่งจอแสดงผล จอแสดงผลแต่ละตัวจะเริ่มพอร์ตอนุกรมสี่ครั้งและบิตแสดงผลที่สอดคล้องกันจะถูกตั้งค่าให้ต่ำ ในเวลาเดียวกันให้เล่นส่วนพรอมต์ที่สอดคล้องกันตามผลการวัด

เมื่อรถกำลังทำงานมีการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งเนื่องจากไฟฟ้าแรงสูงและสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ดี ดังนั้นปัญหาการป้องกันการแทรกแซงจึงถือว่าเป็นทั้งฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์

ในแง่ของฮาร์ดแวร์การรับสัญญาณอัลตราโซนิคเป็นสัญญาณขนาดเล็กในเวทีด้านหน้า เซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับที่มีคุณภาพสูงแกนเดียวป้องกันลวดเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งผ่านที่เชื่อถือได้ของสัญญาณขนาดเล็ก ในขั้นตอนการขยายสัญญาณจะใช้การกรองความถี่สองขั้นตอนเพื่อกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงและความถี่ต่ำ แหล่งจ่ายไฟของชิ้นส่วนดิจิตอลและชิ้นส่วนอะนาล็อกจะแยกต่างหาก กล่องควบคุมใช้เปลือกโลหะเพื่อป้องกันสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก ซอฟต์แวร์ใช้วิธีการกำจัดมูลค่ารวมและผลการวัดแต่ละครั้งเป็นกลุ่มสามครั้ง ประการแรกค่ารวมจะถูกตัดออกแล้วผลการวัดเฉลี่ยที่ส่งไปยังจอแสดงผลจะได้รับ การใช้ค่าเฉลี่ยลูกบาศก์คำนึงถึงประสิทธิภาพในการวัดแบบเรียลไทม์ ในระหว่างการย้อนกลับฉันไม่สนใจมากเกี่ยวกับระยะทางที่แน่นอนจากอุปสรรค; ไม่ว่าจะมีอุปสรรคและห่างจากด้านหลังของรถแค่ไหน การปฏิบัติได้พิสูจน์ให้เห็นว่ามาตรการเหล่านี้ได้ผลลัพธ์ที่ดี

เครื่องมือนี้ถูกนำมาใช้และบรรลุเป้าหมายที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ในขั้นตอนของการย้อนกลับจะตระหนักถึงการตรวจสอบอัตโนมัติของอุปสรรคภายใน1.5เมตรจากด้านหลังซ้ายและด้านหลังขวาของรถและคนเดินเท้าก็ทำลายเข้าไปในพื้นที่อันตราย, และให้สัญญาณเตือนและแจ้งให้ผู้ขับขี่ใช้มาตรการ สำหรับไดรเวอร์ใหม่บทบาทของมันจะชัดเจนมากขึ้น พวกเขารู้ดีในกระบวนการย้อนกลับซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยเมื่อย้อนกลับ