激光与单片机组合的汽车防撞系统

1.系统的总体结构

激光-单片机组合的汽车防撞系统主要由单片机子系统、电源部件、前向检测部件（左右各一组）、后向检测部件（左右各1～2组）、报警部件、LED拟图形显示器构成。其总体框图如图6-32所示。

图6-32 系统总体框图

由单片机子系统、电源部件、报警部件和拟图形显示器构成的主机安排在驾驶室仪表盘上；两个前向检测部件分别安装在汽车驾驶室左右两旁专用后视镜的背面；2～4组后向检测部件则安装在车尾后、外侧；主机和前、后向检测部件之间以长线驱动器连接。

2.工作原理

前、后向检测装置是用来测量发射光脉冲从发射到遇见障碍物返回的时间间隔，并将此送往主机。由单片机数据口读入前向检测装置发送的时差信号，而后向发送的时差信号经HSO/HIS口得到，再由单片机子系统完成时差到距离的变换、距离显示码和报警信号的输出。对车前、后方和左、右侧障碍物的不同距离分别采用四组红、黄、绿三色二极管作拟图形显示，当距离小于预定值时发出报警信号。

3.前、后向检测部件

图6-33 前向检测部件

（1）前向检测部件 如图6-33所示，前向检测采用激光-光电组件，即激光二极管发射，雪崩光敏二极管接收。左右两侧前向检测部件中的激光二极管均旋转90°角安装，利用其旋转后与平行路面方向成24°发射角使发射波束在前方5m内交叠以取代一维扫描。

激光二极管为松下MEL4744型，发射波长为830nm，输出功率为25mW，正向压降为2.7V，峰值电流为125mA，阈值电流为70mA，漏电流为0.5mA，旋转90°角安装后，水平发散角为24°，垂直发散角为8°。硅雪崩光敏二极管采用nip型，接收波长范围为500～1100nm，反向偏压为60～160V，暗电流为2～30nA，响应时间0.5ns，量子效率为150。从30MHz晶振取得周期约为67μs，宽约为17μs的发射门控方波，左右两路错开半个周期。每个门控方波发射5个周期约为3.3μs，宽度约为1.7μs的脉冲，其前沿将RS触发器置1，巨打开计数门对30MHz晶振填充脉冲计数，反射脉冲的前沿经前置放大和微分电路将RS触发器清零从而关闭计数门。5次累计计数值经3μs延时后锁存，10μs延时后清零，准备下一轮计数。(www.xing528.com)

图6-34 后向检测部件

（2）后向检测部件 后向检测部件的最大输入电压为20V，工作频率40kHz，发射脉冲宽度一般取200μs，发射后需要有一段大约1ms的余振衰减时期。该系统单向有效测程在空气中为6m。发射控制信号来自单片机的HSO，接收的电平信号送单片机的HIS。当单片机HSO和HIS的时间分辨率均为2μs时，后向距离单向检测精度不低于1mm。图6-34为后向检测部件示意图。后向检测装置采用400ET/R250型电磁波收发头，巨和LM1812电磁波收发专用集成电路组成单头收发共体系统。LM1812的端子1接LC回路，端子2、3为接收级联，端子4为接收输入，端子6为发射输出，端子8为发射控制输入，端子11为时限保护，端子12接电源，端子13为电源去耦，端子16为接收电平输出，端子17为噪声抑制，端子18外接积分电容。L1采用TOKO公司的CIN—2A 900HM，发射时调谐振荡频率，接收时作为选频负载。L6选用TOKO公司的719VXA—A017A0。

当向LM1812的端子8输入电流1mA（3.6V以上的高电平脉冲）时，端子6将输出峰值功率12W，峰值电流1A，最高频率325KHz的脉冲。经电磁波收发头转换为电磁波发射。遇障碍物返回的发射波通过400ET/R250，再经选频放大、积分检测，最后由端子16输出。从发射到接收的电平输出的时间差反映了最近障碍物到车辆的距离。

4.LED拟图形显示器

三色LED拟图形显示器安装在汽车驾驶室内仪表盘上，前左、前右、后左、后右各一组三色LED拟图形显示器以显示障碍物的距离。2个同色LED为一个单元，每组各8个单元。远距离2单元为绿色，中距离2单元为黄色，近距离4单元为红色。前方透光宇样依次为200m、150m、100m、75m、50m、25m、15m和5m，后方依次为6m、5m、4m、3m、2m、1.5m、1m和0.5m。图6-35a为平面布置，其与水平线成60°角排列。拟图形显示为点模式或为线模式，线模式使从最远距离到相应距离的发光管全部发光，最多全部单元导通，最大功耗0.3W。点模式只使与最近障碍物距离相应的一个发光管发光，最多4个单元同时导通，最大功耗为0.4W，最大电流为80mA。图6-35b是拟图形显示器单元电路图，当V_i=0.3V时，晶体管截止；当V_i=3.6V时，输入电流约为10μA，流过LED的驱动电流为20mA。

激光-单片机组合的汽车防撞系统，能在正常行驶速度下或慢速倒车时检测和显示前、后方一定距离内有无障碍物，并在必要时报警，从而有效防止车辆在行驶或倒车时发生交通事故。

图6-35 三色LED拟图形显示器

a）平面图 b）单元电路