超声波汽车测距告警装置

　　1　引言

　　在日常机场保障与维护过程中,工程车、充气车、电源车、加油车等诸多车辆常常需要在停机坪附近穿行、掉头或倒车。由于这些低速行驶的车辆与飞机非常接近,驾驶员的视野颇受限制,碰撞和拖挂飞机的事故时有发生,在夜航时则更显突出。为确保飞机安全,我们研制了一种测距告警装置,有效地提高了飞机在保障和维护过程中的安全性和可靠性。我们所研制的汽车测距告警装置的主要性能指标如下:

　　作用距离0.2m

　　测距精度≤0.05m

　　告警距离≤1m(可调)

　　漏警率1%

　　虚警率0.01%

　　2　基本工作原理及框图

　　此装置在单片机的控制下,利用超声波测距原理,测量低速行驶车辆与飞机的距离,当车辆与飞机的距离小于安全距离时,发出声光报警,并显示车辆与飞机之间的距离,提醒驾驶员及时采取减速、制动等措施,从而达到避免车辆与飞机碰撞、拖挂等事故,其原理框图如图1所示。整个系统由超声波发射、超声波接收、8031单片机系统和声光报警、距离显示等设备组成。

　　发射部分由高频振荡器、单脉冲发生器、编码调制器、功率放大器及超声换能器组成。单脉冲发生器在振荡器的每个周期内都被触发,产生固定脉宽的脉冲序列,来自单片机的编码信号对脉冲序列进行编码调制,经功率放大后,通过超声换能器发射超声波。

　　接收部分由超声换能器、接收放大器和编码解调器组成。接收到的超声波反射信号经超声换能器转换、放大、解调后,送到单片机系统进行处理,并通过距离显示器显示车辆与飞机之间的距离,当该距离小于设定的告警距离时,启动报警系统报警。

　　在多台车辆同时作业时,某台车辆发射的超声波信号可能被其它车辆接收,从而因造成系统混乱而产生误报。为解决这一问题,系统对不同的车辆进行不同的编码调制,使每辆车只能接收到其本身发射的信号。

　　为有效消除干扰,编码解调采用积累检测解调。编码解调的框图如图2所示。V1为被放大后的含有干扰的接收信号,经门限检测电路与门限电压V0比较后输出脉冲V2(当V1>V2时,输出脉冲,反之无输出)。单稳电路1和单稳电路2相互配合与或非门共同构成一个可以重新触发的单稳电路,通过此单稳电路,实现对脉冲序列的延时积累,其输出为V3,V3经积分器积分后输出V4,最后经整形电路整形后输出,V5并送入单片机处理。解调器的工作波形如图3所示。

　　单稳电路时间常数的选择,要求使其展宽时间大于载波脉冲周期。若载波脉冲周期为25μs,取单稳电路的展宽时间为两个载波脉冲周期(50μs ),则当触发脉冲V2为单个脉冲时,经单稳电路之后,其输出脉冲V3的宽度为50μs,当触发脉冲V2为两个连续脉冲时,经单稳电路之后,其输出脉冲V3的宽度为75μs,触发脉冲为3个连续脉冲时,其输出脉冲V3的宽度为100μs ,其余依次类推。即使由于干扰而使中间的某一触发脉冲丢失,也可被后一个脉冲所触发。所以,在单稳电路展宽时间取两个载波脉冲周期时,在V2的脉冲串中,只要不连续丢失两个以上的脉冲,单稳电路的暂稳态就可保持到被V2脉冲串的最后一个脉冲触发。因此,单稳电路展宽时间应根据实际干扰环境选取。展宽时间过小,则不利于对码元“1”的检测,展宽时间过大,又不利于对码元“0”的检测,这一点可以从图3所示的波形中看出。