Otomobil çarpışma önleme sisteminde temassız mesafe ölçümü araştırması
Tian Haijun, Yang Ting, Zhao Yanghui
(Otomasyon Mühendisliği Okulu, Kuzeydoğu Dianli Üniversitesi, Jilin Jilin 132000)
Nabız uçuş süresi ve ölçüm prensibine bağlı olarak, otomobil çarpışmasını önleme sisteminin genel şeması önerilmektedir. Sistemin donanım ve yazılım parçaları, kısa mesafelerde düşük hızlarda seyahat eden araçlar için tasarlanmıştır. Sistemin genel yapısı, bir lazer yayma modülü, bir lazer alma modülü ve bir zaman tanımlama biriminden oluşur. Yüksek hassasiyetli zaman-dijitale dönüştürme çipi TDC-GP22, ana kontrolör olarak yüksek performanslı STM32 tek çipli mikro bilgisayar, alıcı fotodetektör olarak SPLLL90_3 yarı iletken lazer diyot, AD500-9 kullanan tek çipli mikro bilgisayar, ölçüm sonuçlarını SPI arayüz teknolojisi aracılığıyla okur ve tek çipli mikro bilgisayar tarafından işlenir. Veriler LCD12864 ekrana iletilir. Aracın sürüş yönüne bağlı olarak ve lazer aralığının döndürdüğü mesafe değerine göre itme değeri hesaplanır, böylece sürüş yolu değiştirilir, araba çarpışmasından kaçınma ve alarm problemi etkin bir şekilde çözülür.
Darbe uçuş süresi; yüksek hassasiyet; TDC-GP22; otomobil çarpışmasından kaçınma
TP311
Belge tanımlama kodu: Bir
10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.10.020
Çince alıntı biçimi: Tian Haijun, Yang Ting, Zhao Yanghui Otomobil çarpışma önleme sisteminde temassız mesafe ölçümü üzerine araştırma Elektronik teknoloji uygulaması, 2016, 42 (10): 80-82.
İngilizce alıntı biçimi: Tian Haijun, Yang Ting, Zhao Yanghui Otomotiv çarpışma önleme sisteminin temassız konum çalışması Elektronik Tekniği Uygulaması, 2016, 42 (10): 80-82.
0 Önsöz
Modern teknolojinin ilerlemesi ve insan yaşam standartlarının sürekli iyileştirilmesiyle, modern endüstriyel otomasyonun gelişimi artık geleneksel temas mesafesi ölçüm yönteminde kalmıyor. İnsanların yaşamlarının tüm yönleri, otomobil çarpışmasından kaçınma, havacılık uzaktan kumandası, dijital algılama iletişimi ve diğer alanlar gibi mesafe ölçümünü içerir. Dünya Sağlık Bürosu tarafından bildirilen zayiat raporlarına göre, trafik kazalarının gizli tehlikeleri hızla artıyor. Bu nedenle, trafik kazalarının görülme sıklığını azaltmak için, yüksek performanslı otomotiv çarpışma önleme sistemlerinin incelenmesi büyük önem taşımaktadır. Hava menzili, nesne tanıma ve diğer yönler esas olarak temassız aralıkları kullanır. Lazerin havada yayılma hızı daha hızlı ve mesafesi daha uzundur, bu nedenle otomobil çarpışmasını önleme sistemi için daha iyi bir seçimdir. Lazer, ölçüm doğruluğunu sıradan cihazlardan daha iyi hale getiren iyi yönlülük, güçlü monokromatiklik ve yüksek parlaklık özelliklerine sahiptir ve boyutu küçüktür ve kurulumu ve ayarlanması kolaydır, bu nedenle şu anda mesafeyi ölçmek için ideal bir araçtır. Bu nedenle, bu makale, araçta çarpışma ve çizilme gibi kazaları önlemek için lazer temassız bir ölçüm yöntemi kullanır ve simülasyon deneyleri ile iyi bir izleme etkisi elde edilir.
1 Genel tasarım
Lazer menzil sistemi, bir güç kaynağı sistemi, gönderme ve alma modülleri, zaman tanımlama devresi, görüntüleme ünitesi, STM32F103C8T6 tek çipli mikro bilgisayar, optik bileşenler vb. Lazer menzil sisteminin blok diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir.
Tek çipli mikrobilgisayar açıldıktan sonra, G / Ç bağlantı noktası belirli bir görev döngüsüne sahip bir darbe sinyali üretir.Sürücü devresi, yarı iletken lazeri bir darbe sinyali göndermek için tetikler.Sinyalin bir kısmı ışın ayırıcı tarafından fotodetektöre yansıtılır.Bu sinyal, ilk darbe t1'dir. Sinyalin bir kısmı hedeften dağınık yansıma ile fotodetektöre ulaşır ve alınan optik sinyali bir elektrik sinyaline dönüştürür.Sinyal amplifiye devresi tarafından yükseltilir ve zaman ayrım devresine girer.Bu sinyal, darbe bitiş zamanı t2'dir ve t1 ile t2 arasındaki zaman farkı TDC tarafından belirlenir. -GP22 kaydetti. STM32 mikrodenetleyicisi ölçüm sonuçlarını SPI arayüz iletişim yöntemi ile okur Veri işlemeden sonra, vericiden hedefe olan mesafe LCD12864'te görüntülenir.Bu mesafe, araba ile engel (lidarlı bir araba) arasındaki mesafedir. Mesafe bilgilerinden araç ile engel arasındaki mesafe, nispi hız ve yönelim bilgileri yazılım üzerinden alınabilmektedir.
2 Kontrol sistemi donanım tasarımı
2.1 Lazer emisyon devresi tasarımı
Lazer emisyon devresi 555 zamanlayıcı, triyot 2N1711, yarı iletken lazer SPLLL90 ve 74LS112'den oluşur ve darbeli aralık yöntemini benimser. Lazer emisyon devresinin prensibi, 555 zamanlayıcı tarafından bir darbe sinyalinin üretilmesidir. 74LS112, darbe sinyalinin seviyesini değiştirir. Kapasitans ve direncin boyutunu değiştirerek, darbe görev döngüsü belirli bir dereceye kadar değiştirilir ve sonunda 25 ns'lik bir darbe üretilir. Zirve. Lazer emisyon devresi Şekil 2'de gösterilmektedir.
2.2 Lazer alıcı devre ve zaman ayırıcı devre tasarımı
Alıcı devrenin işlevi, gürültü ve parazit sinyallerini filtrelemektir TDC-GP22 yongası, alıcı devrenin temel bileşenidir. Tek yongalı işlem birimine sahip TDC-GP22 yongası, zaman ölçümü için zamandan dijitale dönüştürme yongasıdır. Lazer alıcı devre ve zaman ayırma devresi Şekil 3'te gösterilmektedir.
Alıcı modülün fotodetektörü AD500-9, optik darbe sinyallerini elektriksel darbe sinyallerine dönüştürür, bu da gürültü ve çapakları daha iyi filtreleyebilir. Ölçümün doğruluğu, fotodetektörün kararlılığı, tepki süresi ve hassasiyeti üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Yüksek kazanç kararlılığına ve hızlı işlem yeteneğine sahip olan ve sinyali 10 ila 300 kat artırabilen UA733 amplifikatörü kullanılır. Sinyal-gürültü oranını iyileştirmek için, yüksek hızlı ve düşük tüketim seviyeli bir çıkış karşılaştırıcısı olan ve seviye değeri filtresini ayarlayarak ölçümü daha doğru hale getiren MAX913 karşılaştırıcısı benimsenmiştir. Zaman-dijitale dönüştürme çipi TDC-GP22, ACAM'ın patentli ölçüm prensibini kullanır. Zaman ölçümü, 2 veya daha fazla darbe arasındaki zaman aralığı ölçülerek yapılır.
STM32F103C8T6 tek çipli mikrobilgisayar makalede seçilmiştir, Flash bellek 64 bit, 32 bit SRAM'a kadar, çalışma frekansı 72 MHz'e kadar ve 2 SPI arabirimi ve 2 I2C arabiriminden oluşur. Tek kablolu hata ayıklama ve JTAG arabirimi olmak üzere 2 tür hata ayıklama modunu destekleyin. Mikrodenetleyici geniş bir sıcaklık aralığına sahiptir ve düşük güç tüketimi uygulama gereksinimlerini sağlayabilir. Tek çipli mikro bilgisayarın sıfırlama devresi, VCC ile seri olarak bir kapasitör ve bir dirençten oluşur. PA4 PA7 pinleri sırasıyla TDC-GP22 yongasının SSN, SI, SO, SCK pinlerine bağlanır ve iletişim için SPI1 arayüzünü kullanır. TDC-GP22 yonga kontrol darbesinin stop1 ve stop2 portları sırasıyla sinyalleri alan ve iletir. EN_START, EN_STOP1 ve EN_STOP2 pinleri sırasıyla tek çipli PB8-PB10 pinlerine bağlıdır. JTAG olarak kullanılabilen pinler, programları indirmek ve mikrodenetleyicide hata ayıklamak için kullanılan JTDI, RET, JNRST, JTCK, JTMS, JTDO'dur. STM32 mikro denetleyicinin VSS pini topraklanmalı ve VDD, VCC'ye bağlanmalıdır.
3 yazılım tasarımı
Yazılım C dilinde yazılmıştır ve program kodu Keil yazılımı ile derlenmiştir. C dili kullanarak SCM sistem yazılımı geliştirmenin avantajları, yazılımın hata ayıklama, yükseltme ve bakımının kolay olması, kod kullanım oranının yüksek olması ve platformlar arası kod transplantasyonu için uygun olmasıdır.Bu nedenle SCM sisteminin tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Sistem yazılım programı akış şeması Şekil 4'te gösterildiği gibi gösterilmektedir. Sistem yazılım tasarımı, seri port başlatma, zamanlayıcı başlatma, TDC-GP22 başlatma, mikro denetleyici başlatma ve benzerlerini içerir. MCU başlatma, saat, IO bağlantı noktası çevre birimleri, SPI1 ve SURT1 iletişim parametrelerinin ayarlanması vb. İçerir. Yazılım çalışma süreci: mikro denetleyici seri bağlantı noktasını, zamanlayıcıyı ve TDC-GP22'yi başlatır ve yapılandırır; daha sonra, mikro denetleyici, ölçüm durumuna girmesi için TDC-GP22 zaman aralığı modülüne bir Başlatma sinyali gönderir; aynı zamanda mikro denetleyici, yarı iletken yapmak için lazer sürücü devresini kontrol eder Lazer, lazer darbeleri yayar, bu sinyali zaman ölçüm modülünün Stop1-1 ve Stop1-2 kanallarına gönderir ve saymaya başlar; aynı zamanda optik atım hedefi karşılayıp optik sistem tarafından odaklandıktan sonra fotodetektör A1 ve A2 optik sinyallerini gönderir. Elektrik sinyalleri B1 ve B1'e dönüştürülür; B1 ve B2 sırasıyla sinyal ile işlendikten sonra C1 ve C2, yankı sinyalleri olarak Stop2-1 ve Stop2-2 kanallarına gönderilir.Bu sırada TDC-GP22 yongası saymayı durdurur ve zamanı toplar. D1 ve D2 aralıkları, tek çipli mikro bilgisayara gönderilir; D1 ve D2 zaman aralıklarından, tek çipli bilgisayar, araba ile engel arasındaki mesafeyi, yönlendirmeyi ve göreceli hızı hesaplar; son olarak, tek çipli bilgisayar, yukarıdaki bilgilere dayanarak araba ile engel arasındaki güvenlik durumunu yargılayabilir. Araç tehlikeli bir durumda ise, tek çipli mikrobilgisayar sürücüye bir trafik kazasından kaçınmak için önlemler almasını hatırlatmak için bir alarm sinyali gönderir ve ECU, aracın acil frenlemesi için alarm sinyalini alır. Sistemin algılama frekansı 100 Hz'dir ve iki bitişik mesafe algılaması arasındaki zaman aralığı 0,02 sn'dir.
4 Deney ve sonuç analizi
Ölçüm sırasında engeller deney platformunun sol ön ve sağ önüne yerleştirilir.Dedektör tarafından algılanan araç ile engel arasındaki mesafe d1 ve d2 ile temsil edilir. Engel ile araç arasındaki dikey mesafe d ve d1 ile temsil edilir. D2'ye karşılık gelen zaman ölçüm sonuçları t1 ve t2'dir. Ölçüm sonuçları Tablo 1 ve Tablo 2'de gösterilmektedir.
Bu sistemin hataları arasında darbe yükselme süresi, tepe gücü, optik kırılma indisi ve lazer ışığı yoğunluğunun soğurma oranı bulunur. Tablo 1 ve 2'den, ölçüm mesafesi arttıkça hatanın kademeli olarak artacağı görülebilir. Algılama mesafesi 3 m'den az olduğunda, iki dedektör arasındaki mesafe nispeten yakındır ve yankı enerjisi güçlü ve ölçüm doğruluğu yüksek olsa bile, engelin araçtan konumu ayırt edilemez. Bu araştırmanın otomobil çarpışma önleme sistemindeki temassız mesafe ölçümü, ölçüm hatasının 20 cm'den az olduğunu, bu da teknik ve pratik gereksinimleri karşıladığını göstermektedir. Devre yapısı basittir, güvenilirliği yüksektir, maliyeti düşüktür ve önceden belirlenen etki elde edilir.
Referanslar
Lu Deshen, Liang Chengquan Bir otomobil çarpışmasından kaçınma alarm sisteminin tasarımı ve simülasyonu Üretim Otomasyonu, 2013, 35 (11): 150-154.
Huo Yujing, Chen Qiansong, Pan Zhiwen Nabız Lidar Zaman Aralığı Ölçümüne Genel Bakış Lazer ve Kızılötesi, 2001, 31 (3): 136-139.
HSIAO M J, HUANG J R, CHANG T Y. Yerleşik parametrik zamanlama ölçüm birimi.IEEE Design and Test of Computers, 2004, 21 (4): 312-320.
Shi Zhiyong, Pan Xiaosheng, Zhang Qianli. Zaman geciktirme yöntemiyle değişen yüksek hassasiyetli darbeli lazer Optik ve Hassas Mühendislik, 2014, 22 (2): 253-258.
Wan Xiaoqiang AD500 APD'ye dayalı lazer donanım devresi araştırması Wuhan: Wuhan University of Technology, 2012.
Huang Zhen, Liu Bin. Darbeli lazerde uçuş süresini ölçmek için yeni yöntem Optoelektronik Lazer Dergisi, 2006, 17 (9): 1153-1155.
Daiqin, Geng Yue, Li Yeqiu, ve diğerleri TDC-GP21 kullanarak yüksek hassasiyetli lazer darbeli uçuş süresi ölçüm teknolojisi.Kızılötesi ve Lazer Mühendisliği, 2013, 42 (7): 1706-1709.
Jin Xiangliang, Zeng Yun, Chen Diping.Kızılötesi menzil sisteminin kurulması ve otomobil çarpışma önleme sistemindeki uygulaması Kızılötesi Teknolojisi, 2001, 23 (3): 43-45.
Zhou Gang, Wu Jie Otomobil çarpışma önleyici milimetre-dalga radar sisteminin parametre optimizasyon tasarımı Telekomünikasyon Teknolojisi, 2011, 51 (7): 77-80.
He Dasong. Otomobiller için Boylamsal Çarpışma Önleyici Alarm Sisteminin Geliştirilmesi Chengdu: Çin Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, 2008.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
