隨著經濟的發(fā)展,，交通運輸業(yè)日益繁榮,，但由于道路狀態(tài),、交通管理等硬件難以跟上,，加上駕駛超車,、出車開小差、錯誤估計車距等主觀的原理,，使相互碰撞的交通事故頻頻發(fā)生,。解決這個問題的根本措施在于給行進中的汽車安裝能自動跟蹤測距，在危險距離內自動剎車的裝置,。
由于電子技術的發(fā)展,，先后出現(xiàn)了激光測距、微波雷達測距,、超聲波測距及紅外線測距,。其中激光測距是靠激光束照射在前車上的反射鏡（汽車尾部）反射回來的激光束探測兩車距離。由于受惡劣的天氣,、汽車激烈的振動,，反射鏡表面磨損,，污染等因素影響,，使反射的激光束在一定功率上探測距離比可能探測的最大距離減少1/2～1/3，損失很大,，影響探測的精確度,；微波雷達測距技術為軍事和某些工業(yè)開發(fā)采用的裝備和振蕩器等電路部分價格昂貴,，現(xiàn)在幾乎還沒有開拓民用市場；超聲波測距在國內外已有人做過研究,，由于采用特殊專用元件使其價格高,，難以推廣；紅外線作為一種特殊的光波,，具有光波的基本物理傳輸特性—反射,、折射、散射等,，且由于其技術難度相對不太大,，構成的測距系統(tǒng)成本低廉，性能優(yōu)良,，便于民用推廣,。
當前測距系統(tǒng)所用的測距基本原理都是建立在測量時間差的基礎上，而測量時間的方法主要有“脈沖方式”和“調頻2連續(xù)波方式”,。這兩種測量方式都是以模擬電路來實現(xiàn),，由于器件延時的影響，使測量精度大大下降,。本文采用“計數(shù)”方式,，通過單片機處理，使測量準確度有了很大提高,。
因此,，本文研究的紅外測距系統(tǒng)成本較低，機體尺寸小,，而且利用一種新的測距原理結合單片機技術的處理,，使測量精度有了較大提高；同時把這種測距系統(tǒng)應用于汽車防撞系統(tǒng)中,，并進行了裝車防撞試驗,。試驗結果表面，這種系統(tǒng)能探測的距離大于40m,，且分析判斷險情的速度快,，準確性較高。
2 紅外線測距基本原理及其系統(tǒng)的建立
2.1 基本原理
紅外線發(fā)射器不斷發(fā)射出頻率為40kHz的紅外線,，經障礙物反射,，紅外線接收器接收到反射波信號，并將其轉變?yōu)殡娦盘?。測出發(fā)射波與接收到反射波的時間差t,，即可求出距離s：
式中，c為光速度,，一般取3×108m/s,。
本文采用“計數(shù)”方式,，通過單片機處理進行測量，其基本原理是：紅外線發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線的狀態(tài),，當紅外接收器第一次接收到障礙物反射回的紅外線時,，經電路處理單片機給出一個計數(shù)啟動信號，單片機的計數(shù)器開始以一定頻率計數(shù),；當紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時,，經電路處理單片機給出一個停止計數(shù)脈沖，計數(shù)器停止計數(shù),。通過編程,，單片機自動處理，用脈沖的周期T乘以脈沖數(shù)n就得到發(fā)射紅外線到接收紅外線的時間差t,，即：
?。?）式代入（1）式就得測量距離。
2.2 系統(tǒng)的建立
根據(jù)以上的測距原理,，設計出系統(tǒng)的基本框圖如圖1,。
圖1 紅外線測距系統(tǒng)基本框圖
紅外發(fā)射電路發(fā)射出40kHz頻率的紅外線，當遇到障礙物紅外線發(fā)生漫反射,，紅外線接收電路第一次接收到反射的紅外線時,，給單片機一個信號脈沖，啟動單片機內的計數(shù)器,，計數(shù)器置位進入計數(shù)狀態(tài),；當接收電路第二次接收到反射器的紅外線時，經單片機處理給出一個信號脈沖,，使計數(shù)器停止計數(shù),，數(shù)據(jù)被鎖存，然后經單片機處理,，將測量的距離顯示在顯示器上,。
3 紅外線測距在汽車防撞系統(tǒng)的應用
3.1 基本特點
本文研究的汽車紅外防撞系統(tǒng)吸收了國內外各種測距儀的部分特點，結合我國汽車電子工業(yè)發(fā)展方向和現(xiàn)有電子技術基礎上而設計出來的,，具有以下特點：
1）汽車在行進中能自動連續(xù)跟蹤顯示障礙物的距離,；
2）在交通量較大的高速公路的車間距離一般為30～50m，本裝置設置極限安全距離為30m,，當探測的車間距為30m時,，發(fā)出警告聲提醒駕駛員注意剎車；
3）探測的車間距為20m時,，給出自動剎車信號,；若裝有自動剎車裝置，則自動剎車減速,。
3.2 汽車紅外防撞系統(tǒng)
汽車紅外防撞系統(tǒng)的電路原理框圖如圖2所示,。
圖2 汽車紅外防撞系統(tǒng)的電路原理框圖
本系統(tǒng)由發(fā)射部分,、接收部分,、單片機,、譯碼顯示電路、報警部分及自動剎車減速裝置六部分組成,。
發(fā)射部分：由40kHz振蕩器,，恒流發(fā)射發(fā)路和發(fā)射探頭等組成，振蕩器產生占空比非常小的窄脈沖,，采用恒流源提供20mA左右的電流,，這樣減小了功耗，提高了發(fā)射功率,，最后紅外線由發(fā)射探頭聚焦,，以散射角小于2°發(fā)射。
接收部分：由紅外線接收頭,、第1級放大電路,、第2級放大電路、整形,、AGC控制增益等電路組成,，紅外線接收頭接收信號后經第1級與第2級放大電路放大，由施密特觸發(fā)器電路整形,，送入單片機處理,。其中AGC控制接收電路的增益，保證恒幅輸出,。
單片機：由時鐘振蕩器和單片機組成,，經過編程，單片機實現(xiàn)自動計數(shù),、計算時間t和測量距離s,，并將測量距離連續(xù)輸出給顯示裝置，同時在車間距離為30m時產生報警信號和車間距為20m時,，產生自動剎車減速信號,。
譯碼顯示電路：由譯碼電路、顯示器組成,，單片機輸出的距離信號經譯碼器譯碼,，通過顯示器顯示出來。
可動態(tài)顯示車與障礙物的距離,。
報警部分：由觸發(fā)器,、驅動電路和小喇叭組成。當車間距為30m時單片機給觸發(fā)器一個信號,，使觸發(fā)器置位產生一組脈沖,，通過驅動電路,，使小喇叭發(fā)出報警聲，當大于30m時,，觸發(fā)器復位,，停止產生脈沖。
自動剎車減速裝置：由開關K和自動剎車減速裝置組成,，當司機認為必要用到自動剎車減速裝置時,，閉合開關K。當車間距小于20m時,，單片機提供一個信號,，啟動自動剎車減速裝置，防止碰撞,。
4 汽車紅外防撞系統(tǒng)性能評價
為了評價汽車紅外防撞系統(tǒng)的性能,，包括探測障礙物距和相對速度的性能，采用靜物距離探測和在高速公路上行駛時動態(tài)探測兩種試驗,。
4.1 靜物距離探測試驗
將普通汽車放在裝有紅外防撞系統(tǒng)的試驗汽車前面,，試驗車從100m遠處以30km/h的速度向普通汽車開來。當距離大于40m時,，顯示0;距離小于40m時,，顯示器顯示的數(shù)據(jù)連續(xù)變化；當車間距為30m時,，報警器開始報警,。實驗結果表明，符合實際車間距離,，探測結果準確,。實驗結果如圖3所示。
圖3 靜物距離探測實驗結果
4.2 高速公路上行駛動態(tài)實驗
試驗車與普通車在高速公路上同時向同一個方向行駛,，開車前兩車保持100m的距離,。試驗車向普通汽車發(fā)射紅外線，探測兩車距和相對速度,，其實驗結果如圖4所示,。
圖4 高速公路上進行的動態(tài)實驗結果
5 結語
本文采用一種新的測距原理建立了紅外測距系統(tǒng)，并研究了紅外測距系統(tǒng)在汽車防撞系統(tǒng)的運用,。
為使測量的時間差t準確,，采取兩種方法提高精確度：
1）計數(shù)脈沖的周期T應取得非常小。達微秒數(shù)量級,；
2）計數(shù)N個接收到的紅外線周期的計數(shù)脈沖,，利用公式t=nT/N計算時間差t，則精確度提高到大約原來的N倍。
當然,，為了使汽車紅外防撞系統(tǒng)實用化還需解決如下幾個問題：
1）怎樣防止旁道上行駛時,，因道路兩旁物體，臨車道上的車輛產生錯覺問題,；
2）單片機的防振能力差,，影響工作可靠性的問題；
3）發(fā)出什么樣的報警信號才能使司機不造成緊張不安的情緒,；
4）如何進一步提高單片機計數(shù)工作頻率,，減少誤差,；
5）探測距離受惡劣天氣影響,，紅外線損失較大；
6）動態(tài)探測距離有待進一步提高,。
這些問題有待進一步研究,、探討。相信隨著器件的改進和實驗條件的改善,，這些問題會得到圓滿解決,。
總之，由于本系統(tǒng)成本低,、精確度較高,、功能多、具有廣闊的市場,。