基于聲光探測的汽車定位系統設計

　　2.4 紅外抗干擾處理
　　由于定位裝置在室外場地工作，在電路設計上應考慮對日光等背景紅外線的抗干擾措施。具體采取了3項措施：
　　（1）封閉接收頭。將接收頭置于帶窗口箱體中，避免日光對其直接照射。
　　（2）動態紅外線發射。日光等背景紅外線一般不會有巨烈波動，因此，對紅外線進行脈沖調制，以動態紅外線發射效果較好。
　　（3）選用抗干擾接收頭。電路采用了抗干擾能直射日光紅外線干擾中有效檢出紅外線信號。為達到SBXl6i0—02接收頭最佳工作點，脈沖發生器產生的振蕩信號頻率應在（38±0.5）kHz之間。
　　2.5 大跨度電子移位電路開關信號丟失處理
　　電子移位電路通常由約100片74LSl64串聯組成，電路長達數10 m，由于分布參數的影響，造成各片74LSl64的移位時鐘信號CLK的不同步，極易導致開關信號在移位過程中丟失，使掃描“半途而廢”。為此，對各片74LSl64的移位時鐘信號CLK，應采用并聯驅動，并保證各片74LSl64的時鐘信號處于同一個驅動級上，同時盡量減小電路阻抗，提高驅動電路的功率。
3 測距系統電路設計和調試
　　圖3為測距系統電路。該電路由1個單片機和4組超聲波收發單元組成，圖中只畫出了一組超聲波收發單元。發射單元由40 kHz振蕩器和門電路構成。門電路產生占空比很小的低頻脈沖信號，脈沖持續時間為160 its，脈沖間隔為30～50 ms（視需要調整）。此脈沖信號一路作為振蕩器的置位脈沖；另一路送給單片機，作為計時器的起始脈沖。在置位期間，振蕩器輸出經調制的頻率為40 kHz的脈沖信號，由超聲波發射頭T40-16發射出去。回波的接收采用通用的FPS409I紅外接收組件，只是需要把紅外接收管PH302換為超聲波接收頭R40—16，這樣在有效的測距范圍，可保證接收到的信號其輸出達到TTL電平。接收信號經整形放大后送入單片機，作為計時器的停止脈沖。單片機計算起始脈沖至停止脈沖之間的時間t，按照式（1）求出距離s。

圖3 測距系統電路
測距系統采用了“一拖四”的結構，為避免多組超聲波單元互相干擾，它們應在單片機控制下輪流工作。該電路中脈沖間隔為30～50 ms，對應測距范圍約為5～15 m，如果測距范圍加大，需要增大脈沖間隔。另外，該測距電路存在約30 cm的測距盲區，測距裝置與測量對象間要保持30 cm以上的距離，同時單片機對起停脈沖計時時，也要避開盲區內虛假停止脈沖的干擾。
4 控制軟件設計
　　控制軟件包括主機軟件和單片機軟件，主要軟件流程如圖4所示。單片機1產生紅外線電子移位逐行掃描電路所需的開關信號和移位時鐘，并在每個移位時鐘周期采集一次接收狀態數據，完成一遍掃描后把數據上傳給主機；還可根據主機指令，通過程序控制改變掃描速度和掃描強度。單片機2分別控制檢測4個超聲波裝置，所計時間經簡單處理后上傳給主機。由于存在盲區，要避開此區間過來的虛假停止脈沖的干擾，采用延時開中斷，即在起始脈沖啟動計時器計時后，等待盲區過去再開中斷，使單片機中斷口接收到實際有效停止脈沖停止計時器計時。主機程序以主動查詢方式輪流從兩個單片機讀取縱向檢測數據和橫向檢測數據，然后依照一定算法，對檢測數據進行處理、分析，先判斷是否有車，有車時判斷車型、計算停車位置參數和車箱幾何參數。
　　主機軟件采用Delphi編寫，能進行測量參數顯示和工作參數設置。

圖4 主要軟件流程
5 測試與結果
　　測試在室外工業現場進行。工作區為5 m×21 ITI，紅外模塊的間距為5 cm，紅外收發陣列的模塊數均為425。連續對100輛汽車進行定位，包括多種車型，都定位成功。在白天和夜間各抽取5輛汽車的定位數據與實物數據進行現場比對，結果如表1所示。車箱長度和前距測量誤差不超過5 cm，車箱寬度和邊距測量誤差不超過6 cln，單次定位時間最快可達1 s內。

6 結語
　　結果表明，采用聲光探測技術可實現平面內物體的非接觸定位。基于聲光探測的汽車定位系統，不論是定位速度、定位精度還是定位可靠性，都較當前的其他定位方式有明顯的提高。目前該系統已被用于汽車物料自動取樣控制系統中，在多個鋼鐵電力企業得到應用，運行效果良好。