1、通过了解和比较五种常用的测距方法的原理以及各自的优缺点,最终选择激光测距法来实现本设计中对倒车距离的探测;
2、激光测距方法有很多种,如:脉冲法、相位法、干涉法、三角法等,考虑到实验成本和实用性,决定采用适合近距离、微位移的激光三角测距法作为系统的距离探测方式;
3、采用PSD器件将激光发射反射回来的光信号转换为电信号,输出的模拟量经过模/数转换后,变成数字量传输给单片机控制处理;
4、设计系统电路,使用Keil软件对单片机控制的各部分电路进行C语言编程,并将程序下载到单片机上进行调试,保证A/D转换正常,液晶显示屏能显示距离,蜂鸣器也能按不同频率发声;
5、实物制作出所设计的系统实验样机,实现汽车在倒车过程中实时显示倒车距离,并在小于安全距离时发出“滴滴”报警声。
2 基本原理
2。1 激光测距原理
根据测量距离的远近进行分类,激光测距技术可以分为两种,一种是绝对距离测量法,包含脉冲式和相位式;另一种是微位移测量法,包含三角法和干涉法两种[9]。
(1)脉冲法
脉冲式激光测距是激光检测中应用最早、最多的一种方法,该方法是使用脉冲发射器向待测物体发射出激光脉冲,可以是单次激光脉冲,也可以是激光脉冲串,激光脉冲到达待测物体表面后反射回来,靠计数器记录从脉冲发射到反射被接收的时间间隔,以此来计算目标的距离[10]。脉冲测距仪结构比较简单,测程远,广泛应用于航天、军事等领域,但是测距精度不高。所以脉冲式适合大范围测距,对分辨率要求较高的场合。
(2)相位法
相位式激光测距的原理是根据发射光的光强与接收光光强的相位差来计算目标物体的距离的。本测距系统中运用的是调制与差频测相,使得此方法的测距精确度变得更高[10]。一般来说我们会在被测物体上配置一个激光反射器(合作目标)来确保测量精度。使用非合作目标的时候,测距系统的有效距离范围最高可达几十米;但使用合作目标的时候,其工作距离甚至能够达到几万米,测量精度能够精确到毫米量级,测量的相对误差能够降低到百分之一。
(3)干涉法
干涉法测距的原理就是光波的干涉,该方法包含以下两种,多波长干涉法以及调频干涉法。从根本上来讲,干涉法测距法也属于相位法测距,不同之处在于前者是通过测量没有被调制过的光波原先的相位叠加来进行测距的,而后者是测量经过调制后的激光信号的相位差来确定距离的。此方法是运用相干光的原理使得激光发出的光束相干涉出现明暗相间的条纹,之后通过光电转换器件对干涉条纹进行接收和探测,并且将其转变为电信号,再经过一些信号处理电路的处理,用计数器来计数,这样最终就能实现对于位移量的检测[11]。因为干涉激光测距法最后得到的只是一个相对的距离,而且在户外远距离情况下操作的话,我们需要鉴别它的多值性,但是在这个方面我们还有许多问题仍旧没有解决,所以此方法要投入到实际使用中还需要努力进行改进。
(4)三角法
如今,激光三角法已经成为非接触式的位置测量中最为普遍的一种选择。首先介绍最基本的三角测量法,该方法的原理是利用从光源发出的光,发射到目标物体上,然后从另外一个方向来观测反射光点在物体表面上成像的位置,这样就能够由计算得出反射面的位移信息。对于此系统,可以把入射光线、反射光线看作组成了一个三角形,这就是被称为三角位移测量法的原因,形象直观[12]。