采用一种新的测距原理，结合单片机，建立红外线测距系统。根据该系统设计、研制的汽车红外防撞系统，具有自动检测并跟踪显示车与障碍物的距离；当达到设置的安全极限距离时，能发出声音报警；若结合自动刹车装置，还具有自动刹车减速的功能。且该系统成本低，精确度较高，具有广阔的市场。

根据以上的测距原理，设计出系统的基本框图如图1。

图1 红外线测距系统基本框图

红外发射电路发射出40kHz频率的红外线，当遇到障碍物红外线发生漫反射，红外线接收电路第一次接收到反射的红外线时，给单片机一个信号脉冲，启动单片机内的计数器，计数器置位进入计数状态；当接收电路第二次接收到反射器的红外线时，经单片机处理给出一个信号脉冲，使计数器停止计数，数据被锁存，然后经单片机处理，将测量的距离显示在显示器上。

3 红外线测距在汽车防撞系统的应用

3.1 基本特点

本文研究的汽车红外防撞系统吸收了国内外各种测距仪的部分特点，结合我国汽车电子工业发展方向和现有电子技术基础上而设计出来的，具有以下特点：

1)汽车在行进中能自动连续跟踪显示障碍物的距离；

2)在交通量较大的高速公路的车间距离一般为30～50m，本装置设置极限安全距离为30m，当探测的车间距为30m时，发出警告声提醒驾驶员注意刹车；

3)探测的车间距为20m时，给出自动刹车信号；若装有自动刹车装置，则自动刹车减速。

3.2 汽车红外防撞系统

汽车红外防撞系统的电路原理框图如图2所示。

图2 汽车红外防撞系统的电路原理框图

本系统由发射部分、接收部分、单片机、译码显示电路、报警部分及自动刹车减速装置六部分组成。

发射部分：由40kHz振荡器，恒流发射发路和发射探头等组成，振荡器产生占空比非常小的窄脉冲，采用恒流源提供20mA左右的电流，这样减小了功耗，提高了发射功率，最后红外线由发射探头聚焦，以散射角小于2°发射。

接收部分：由红外线接收头、第1级放大电路、第2级放大电路、整形、AGC控制增益等电路组成，红外线接收头接收信号后经第1级与第2级放大电路放大，由施密特触发器电路整形，送入单片机处理。其中AGC控制接收电路的增益，保证恒幅输出。

单片机：由时钟振荡器和单片机组成，经过编程，单片机实现自动计数、计算时间t和测量距离s，并将测量距离连续输出给显示装置，同时在车间距离为30m时产生报警信号和车间距为20m时，产生自动刹车减速信号。

译码显示电路：由译码电路、显示器组成，单片机输出的距离信号经译码器译码，通过显示器显示出来。

可动态显示车与障碍物的距离。

报警部分：由触发器、驱动电路和小喇叭组成。当车间距为30m时单片机给触发器一个信号，使触发器置位产生一组脉冲，通过驱动电路，使小喇叭发出报警声，当大于30m时，触发器复位，停止产生脉冲。

自动刹车减速装置：由开关K和自动刹车减速装置组成，当司机认为必要用到自动刹车减速装置时，闭合开关K。当车间距小于20m时，单片机提供一个信号，启动自动刹车减速装置，防止碰撞。

4 汽车红外防撞系统性能评价

为了评价汽车红外防撞系统的性能，包括探测障碍物距和相对速度的性能，采用静物距离探测和在高速公路上行驶时动态探测两种试验。

4.1 静物距离探测试验

将普通汽车放在装有红外防撞系统的试验汽车前面，试验车从100m远处以30km/h的速度向普通汽车开来。当距离大于40m时，显示0；距离小于40m时，显示器显示的数据连续变化；当车间距为30m时，报警器开始报警。实验结果表明，符合实际车间距离，探测结果准确。实验结果如图3所示。

图3 静物距离探测实验结果

4.2 高速公路上行驶动态实验

试验车与普通车在高速公路上同时向同一个方向行驶，开车前两车保持100m的距离。试验车向普通汽车发射红外线，探测两车距和相对速度，其实验结果如图4所示。

图4 高速公路上进行的动态实验结果

5 结语

本文采用一种新的测距原理建立了红外测距系统，并研究了红外测距系统在汽车防撞系统的运用。

为使测量的时间差t准确，采取两种方法提高精确度：

1)计数脉冲的周期T应取得非常小。达微秒数量级；

2)计数N个接收到的红外线周期的计数脉冲，利用公式t=nT/N计算时间差t，则精确度提高到大约原来的N倍。

当然，为了使汽车红外防撞系统实用化还需解决如下几个问题：

1)怎样防止旁道上行驶时，因道路两旁物体，临车道上的车辆产生错觉问题；

2)单片机的防振能力差，影响工作可靠性的问题；

3)发出什么样的报警信号才能使司机不造成紧张不安的情绪；

4)如何进一步提高单片机计数工作频率，减少误差；

5)探测距离受恶劣天气影响，红外线损失较大；

6)动态探测距离有待进一步提高。

这些问题有待进一步研究、探讨。相信随着器件的改进和实验条件的改善，这些问题会得到圆满解决。总之，由于本系统成本低、精确度较高、功能多、具有广阔的市场。