基于紅外測距技術的制動踏板檢測裝置設計

張天罡 巴鐵魁

摘 要：為了解決現有測距技術的某些缺陷，利用紅外測距技術設計了帶有藍牙傳輸功能的可精確檢測短距離的設備，采集車輛制動踏板位移從而獲知制動行為，可在PC端采集測量數據，此設備具有檢測精度高、檢測結果易于傳輸、便于安裝等優點。

關鍵詞：載運工具運用工程;紅外測距;制動踏板位移;智能移動終端

中圖分類號：TB274 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.04.018

0 引言

紅外測距技術屬于紅外技術領域， 紅外技術是最近幾十年中發展起來的一門新興技術[1]。紅外傳感器的應用主要體現在以下幾個方面：（1）紅外輻射計：用于輻射和光譜輻射測量;（2）搜索和跟蹤系統：用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對其運動進行跟蹤[2];（3）熱成像系統：能形成整個目標的紅外輻射分布圖像;（4）紅外測距系統：實現物體間距離的測量[3];（5）通訊系統：紅外線通信是無線通信的一種方式;（6）混合系統：是指以上各類系統中的兩個或多個的組合[4]。

1 系統框架設計

基于紅外測距技術的制動踏板檢測裝置框架如圖所示。

各個模塊間工作方式如下，利用紅外測距傳感器檢測距離，所用的紅外測距傳感器型號是GP2Y0A51，其測距原理是三角測距法，紅外測距傳感器接收反射回的紅外線，實際是記錄反射回的紅外線在PSD上的位置，反射回的紅外線位置與所測距離呈反比關系，PSD將位置信息轉化為電信號，紅外測距傳感器將此電信號傳輸到微處理器，利用圖像處理軟件對所得的電信號數據和距離信息進行擬合處理，得到電壓值與距離間的函數關系式，微處理器利用該公式將電信號轉換為實際測量距離值，最后，在微處理器上安裝藍牙傳輸設備，實現與PC端的通信。

2 測距傳感器的選擇

根據測量范圍及實際使用環境，本設計需要一種體積較小、能夠準確測距、響應頻率快的裝置，所以本紅外測距裝置發射和接收紅外線的紅外傳感器選擇光子傳感器[5]。

GP2Y0A51采用的測距方式為三角測量法，三角測量法為紅外發射器按照一定的角度發射紅外光束，當遇到物體以后，光束會反射回來。反射回來的紅外光線被PSD檢測器檢測到以后，會獲得一個偏移值L，利用三角關系，在知道了發射角度α、偏移距L、中心矩X，以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過幾何關系計算出來了。相比于時間差法，三角測量法在測量較近的距離時有準確性高的優點。

3 軟件設計

紅外測距傳感器和單片機連接好之后，單片機所接收的數據是直接由紅外測距傳感器傳回的電壓值數據，所以還需將電壓值數據轉化為距離，本設計未利用三角幾何關系求所測距離，而是代入了二者之間的函數關系式將電壓值轉化為距離，該函數關系式由以下方法獲取。

通過觀察PSD檢測到的偏移值與輸出電壓值之間的關系會發現二者呈反比關系，所測距離越大，電壓值越小，所測距離越小，電壓值越大。

為了獲取傳感器輸出與輸入信號之間的函數關系，研究中對該特性曲線進行了擬合，其具體的函數形式為

式中：y為輸出的電壓值，x為所測的實際距離值。

4 結論

本文為了解決現有測距技術的某些缺陷，如：測距裝置體積較大、測距響應間隔較長、測距結果不利于再利用等問題。利用紅外測距技術設計了帶有藍牙傳輸功能的可精確檢測短距離的設備，采集車輛制動踏板位移從而獲知制動行為，可在PC端采集測量數據。

參考文獻：

[1] 楊愛粉.短波紅外激光在光電偵察與反偵察中的應用[J].應用光學，2019，40（6）：937-943.

[2] 高建偉，李海涵.汽車智能避讓控制系統設計與研究[J].設備管理與維修，2019（21）：39-40.

[3] 巴興強，李洪濤，逯兆友.基于紅外測距傳感器的公交客流量統計裝置[J].現代電子技術，2019，42（17）：129-132.

[4] 郅富標.基于紅外距離傳感器的特雷門琴設計[J].北京工業職業技術學院學報，2019，18（3）：24-27.

[5] 梁勇，李艷.超聲波與紅外的信息融合以及在移動載體的應用[J].現代工業經濟和信息化，2019，9（5）：60-62.