传感器测距交通预警系统
目 录
引 言 1
一、红外线的发射与红外线的接收装置 1
（一）红外线的发射装置 1
（二）红外线接收装置 2
二、数据信号的采集与处理 5
三、数据信号的报警与显示 7
四、主程序设计 7
五、需要解决的技术难点 11
结束语 14
致谢 15
参考文献 16
引 言
随着社会的发展道路上的机动车辆越开越多，同时伴随而来的交通事故也越来越频繁。许多社会中巨大的损失都由这些交通事故引起。如果能有效地减少这类事故的发生，将会是一件十分有意义的事情。传感器测距交通预警系统，可以实时的提醒司机自己当前的驾驶状态，使驾驶人员可以远离危险。可以起到保护人员的生命与财产的作用。本论文介绍了基于传感器器材的使用，采用红外发射装置以及传感器接收装置，测距的方法通过红外线的发射遇到障碍物进行反射来进行操作，并且结合当时车辆的行车速度动态的得出安全距离，并对汽车当前的状态进行判断，当报警器响起提醒司机减速或与前方车辆拉开距离，提示安全距离不满足。警报解除的条件是安全距离满足。实时通信系统被采用，嵌入式单片机的知识也同时被涉及。使用价值较高是系统具有的特点，一定的便利因素能为安全出行提供帮助，更好的体验能够在人们的出行能得到。该系统对红外线进行发射与接收，并对采集到的信息进行处理，得出结论后决定是否发出警报提示司机。
一、红外线的发射与红外线的接收装置的介绍
机动车辆安全行车报警系统是这个仪器主要用于的地方,红外线是探测媒体可以采用的,接收装置使用接收红外线的光电位置敏感器件,车辆与障碍物的距离可以根据三角形的勾股定理测量出,进而车辆的相对速度可以求出,司机及相关 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
车辆在危险情况下也会提供被音响报警, 也可以触发机动车辆的制动器或自动车速控制装置。
主要由电子显示与报警系统,数据采集及信息处理系统,红外线发射与接收装置三部分组成该系统。
（一）红外线的发射装置
应采用较大功率的红外线发射装置的光源功率,以红外线在遇到目标发生反射时能够接收到可靠的信号得到保证。红外线的发射装置可装在汽车前方, 红外线的发射装置后部布置一凹透镜，将红外线向前方汇聚以保证红外线能够将前方区域整个覆盖。光源的选择发射峰值波长每一台发射装置不同，以此保证接收到的红外线的唯一性与准确性。为了滤掉可见光，红外发射窗口放置在光源前方, 可以有效防止光束扫描时对行人或其他司机干扰。对发射光束进行调制采用三面或多面柱状旋转反射镜,调制频率100~1000HZ,为了保证调制频率的稳定，所以采用步进电动机驱动旋转反射镜旋转来进行。红外线发射装置,与方向盘联锁,保证光束中心线始终朝前方发射, 置于机动车前部中心，即总是对车辆正前方扫描,弯道行驶时,驾驶员减速提醒也会受到道路旁树木等障碍物的影响。传感器红外线信号在遇到障碍物其距离的不同则其反射的强度也不同是红外线测距的原理，对障碍物的距离进行测量就是以此为依据的。使用此装置的成本较为低廉，并且制作工艺较为简单，值得推广，
红外线发射电路设计
红外线发射电路是由红外线探头和红外线放大器组成。红外线探头将电信号发射出去，信号放大本设计选用74LS04芯片来进行，红外线发射电路如图1-1所示。
图1-1红外线发射电路
（二）红外线接收装置
红外线传感器采集信号安装于车辆对位置敏感的部位,在车辆前方的红外线接收装置接收到反射强度极大的红外线反射信号时,记录下信号发出与接收到之间的时间差,与此时汽车的行驶速度进行比较求出障碍物的距离以及障碍物的运行速度。
(PositionSensitiveDevice)被叫做光电位置敏感器件,简称PSD器件,是红外线接收传感装置的核心器材。如图1-2所示
图1-2pds结构原理图
PSD 的横向光电效应是其工作原理工作原理
PSD 由三层构成， P 层是第一层， N 层是第三层，较厚的高阻I层是中间插入的第二层，形成P-I- N 结构。
I?层结电容小，耗尽区宽，在I?层耗尽区中产生了几乎全部光生载流子，特点没有扩散分量的光电流是此结构的, 因此造成了快得多的响应速度与普通PN 结光电二极相比较。
当光照射时PSD 表面时，会在光照射出光能量的的电子—空穴以对流的方式通过P 层电阻， 分别从输出光电流I?1 和I?2来自设置在P 层相对的两个电极上。
电极输出的光电流与入射光斑位置到各自电极之间的距离成反比的关系，是由于P 层电阻是均匀的。
它以横向光电效应作为原理,即把光源入射到PN结上，光源一个确定的光点或非均匀的光点,除了通过接受到的光点产生电势能, 产生光生电势的方向与结平行,电荷量随着光强的改变而改变。当一对平行电极设置在PN结上表面两端时,与光源位置相对应的光电流就可以得到了。
图1-3PSD三维模型
右图中光敏区总的光电流为IO。PN结表面一对平行电极是IA,IB,与光源位置相对应的光电流是接收光信号时所产生的。接收反射光束的光敏区的水平方向坐标为X。
红外线在空气中进行传播，如果距离较远，那么红外线接收电路所接收到的红外线信号就会比较微弱，因此对接收到的信号需要进行放大而且放大的倍数也要尽可能地大才能保证系统正确。
（三）对红外线测距进行计算
计算红外线发射与接受的时间差应为光的速度为1X10的八次方米每秒相对于汽车的速度较大，所以红外线的接收时间的一半即为车辆与前方物体的距离，计算车辆与前方速度的相对距离。通过时间的一半与光的速度相乘，即为车辆与前方障碍物的距离。
作为此方案的控制核心可选择51单片机，距离数值显示由4位共阳极数码管对所测得，与障碍物之间的不同距离报警声进行提示，红外线发射信号由51单片机的P0.1口送出到红外线发射电路，将红外线发送出去，由CX20106A芯片和红外线接收探头组成的电路构成红外线接收电路，警报声电路构成报警系统。为了不会使收发信号混叠本设计中将收发红外线的探头分离，对避免干扰起到一定的作用，对系统的可靠性也可以很好的提高。如图1-4所示即为论文的汽车防撞装置的系统框图。
图1-4汽车防撞装置确定的系统框图
CX20106A芯片具有带自动增益控制的功能的前置放大器，如果测量的距离比较近时，放大器不会过载而发生故障；而当测量距离比较远时，红外线信号比较微弱，前置放大器就有较大的放大增益效果，使仪器正常运行。电阻外接在CX20106A芯片的5脚可以进行调节它的带通滤波器的频率，而且其他的电感不用再外接，这样能够有效地使外加磁场对芯片电路的避免干扰，所以有比较高的可靠性。CX20106A芯片电路本身抗干扰的能力较强，而且有比较高灵敏度，所以，设计的要求可以需求。如图5所示即红外线接收的电路。
由单片机控制来对锁存器的时钟脉冲控制,距离和相对速度的计算频率以时间脉冲12ms为间隔进行计算。
引 言 1
一、红外线的发射与红外线的接收装置 1
（一）红外线的发射装置 1
（二）红外线接收装置 2
二、数据信号的采集与处理 5
三、数据信号的报警与显示 7
四、主程序设计 7
五、需要解决的技术难点 11
结束语 14
致谢 15
参考文献 16
引 言
随着社会的发展道路上的机动车辆越开越多，同时伴随而来的交通事故也越来越频繁。许多社会中巨大的损失都由这些交通事故引起。如果能有效地减少这类事故的发生，将会是一件十分有意义的事情。传感器测距交通预警系统，可以实时的提醒司机自己当前的驾驶状态，使驾驶人员可以远离危险。可以起到保护人员的生命与财产的作用。本论文介绍了基于传感器器材的使用，采用红外发射装置以及传感器接收装置，测距的方法通过红外线的发射遇到障碍物进行反射来进行操作，并且结合当时车辆的行车速度动态的得出安全距离，并对汽车当前的状态进行判断，当报警器响起提醒司机减速或与前方车辆拉开距离，提示安全距离不满足。警报解除的条件是安全距离满足。实时通信系统被采用，嵌入式单片机的知识也同时被涉及。使用价值较高是系统具有的特点，一定的便利因素能为安全出行提供帮助，更好的体验能够在人们的出行能得到。该系统对红外线进行发射与接收，并对采集到的信息进行处理，得出结论后决定是否发出警报提示司机。
一、红外线的发射与红外线的接收装置的介绍
机动车辆安全行车报警系统是这个仪器主要用于的地方,红外线是探测媒体可以采用的,接收装置使用接收红外线的光电位置敏感器件,车辆与障碍物的距离可以根据三角形的勾股定理测量出,进而车辆的相对速度可以求出,司机及相关 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
车辆在危险情况下也会提供被音响报警, 也可以触发机动车辆的制动器或自动车速控制装置。
主要由电子显示与报警系统,数据采集及信息处理系统,红外线发射与接收装置三部分组成该系统。
（一）红外线的发射装置
应采用较大功率的红外线发射装置的光源功率,以红外线在遇到目标发生反射时能够接收到可靠的信号得到保证。红外线的发射装置可装在汽车前方, 红外线的发射装置后部布置一凹透镜，将红外线向前方汇聚以保证红外线能够将前方区域整个覆盖。光源的选择发射峰值波长每一台发射装置不同，以此保证接收到的红外线的唯一性与准确性。为了滤掉可见光，红外发射窗口放置在光源前方, 可以有效防止光束扫描时对行人或其他司机干扰。对发射光束进行调制采用三面或多面柱状旋转反射镜,调制频率100~1000HZ,为了保证调制频率的稳定，所以采用步进电动机驱动旋转反射镜旋转来进行。红外线发射装置,与方向盘联锁,保证光束中心线始终朝前方发射, 置于机动车前部中心，即总是对车辆正前方扫描,弯道行驶时,驾驶员减速提醒也会受到道路旁树木等障碍物的影响。传感器红外线信号在遇到障碍物其距离的不同则其反射的强度也不同是红外线测距的原理，对障碍物的距离进行测量就是以此为依据的。使用此装置的成本较为低廉，并且制作工艺较为简单，值得推广，
红外线发射电路设计
红外线发射电路是由红外线探头和红外线放大器组成。红外线探头将电信号发射出去，信号放大本设计选用74LS04芯片来进行，红外线发射电路如图1-1所示。
图1-1红外线发射电路
（二）红外线接收装置
红外线传感器采集信号安装于车辆对位置敏感的部位,在车辆前方的红外线接收装置接收到反射强度极大的红外线反射信号时,记录下信号发出与接收到之间的时间差,与此时汽车的行驶速度进行比较求出障碍物的距离以及障碍物的运行速度。
(PositionSensitiveDevice)被叫做光电位置敏感器件,简称PSD器件,是红外线接收传感装置的核心器材。如图1-2所示
图1-2pds结构原理图
PSD 的横向光电效应是其工作原理工作原理
PSD 由三层构成， P 层是第一层， N 层是第三层，较厚的高阻I层是中间插入的第二层，形成P-I- N 结构。
I?层结电容小，耗尽区宽，在I?层耗尽区中产生了几乎全部光生载流子，特点没有扩散分量的光电流是此结构的, 因此造成了快得多的响应速度
当光照射时PSD 表面时，会在光照射出光能量的的电子—空穴以对流的方式通过P 层电阻， 分别从输出光电流I?1 和I?2来自设置在P 层相对的两个电极上。
电极输出的光电流与入射光斑位置到各自电极之间的距离成反比的关系，是由于P 层电阻是均匀的。
它以横向光电效应作为原理,即把光源入射到PN结上，光源一个确定的光点或非均匀的光点,除了通过接受到的光点产生电势能, 产生光生电势的方向与结平行,电荷量随着光强的改变而改变。当一对平行电极设置在PN结上表面两端时,与光源位置相对应的光电流就可以得到了。
图1-3PSD三维模型
右图中光敏区总的光电流为IO。PN结表面一对平行电极是IA,IB,与光源位置相对应的光电流是接收光信号时所产生的。接收反射光束的光敏区的水平方向坐标为X。
红外线在空气中进行传播，如果距离较远，那么红外线接收电路所接收到的红外线信号就会比较微弱，因此对接收到的信号需要进行放大而且放大的倍数也要尽可能地大才能保证系统正确。
（三）对红外线测距进行计算
计算红外线发射与接受的时间差应为光的速度为1X10的八次方米每秒相对于汽车的速度较大，所以红外线的接收时间的一半即为车辆与前方物体的距离，计算车辆与前方速度的相对距离。通过时间的一半与光的速度相乘，即为车辆与前方障碍物的距离。
作为此方案的控制核心可选择51单片机，距离数值显示由4位共阳极数码管对所测得，与障碍物之间的不同距离报警声进行提示，红外线发射信号由51单片机的P0.1口送出到红外线发射电路，将红外线发送出去，由CX20106A芯片和红外线接收探头组成的电路构成红外线接收电路，警报声电路构成报警系统。为了不会使收发信号混叠本设计中将收发红外线的探头分离，对避免干扰起到一定的作用，对系统的可靠性也可以很好的提高。如图1-4所示即为论文的汽车防撞装置的系统框图。
图1-4汽车防撞装置确定的系统框图
CX20106A芯片具有带自动增益控制的功能的前置放大器，如果测量的距离比较近时，放大器不会过载而发生故障；而当测量距离比较远时，红外线信号比较微弱，前置放大器就有较大的放大增益效果，使仪器正常运行。电阻外接在CX20106A芯片的5脚可以进行调节它的带通滤波器的频率，而且其他的电感不用再外接，这样能够有效地使外加磁场对芯片电路的避免干扰，所以有比较高的可靠性。CX20106A芯片电路本身抗干扰的能力较强，而且有比较高灵敏度，所以，设计的要求可以需求。如图5所示即红外线接收的电路。
由单片机控制来对锁存器的时钟脉冲控制,距离和相对速度的计算频率以时间脉冲12ms为间隔进行计算。
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