1 引言

在日常機場保障與維護過程中，工程車、充氣車、電源車、加油車等諸多車輛常常需要在停機坪附近穿行、掉頭或倒車。由于這些低速行駛的車輛與飛機非常接近，駕駛員的視野頗受限制，碰撞和拖掛飛機的事故時有發生，在夜航時則更顯突出。為確保飛機安全，我們研制了一種測距告警裝置，有效地提高了飛機在保障和維護過程中的安全性和可靠性。我們所研制的汽車測距告警裝置的主要性能指標如下：

作用距離 0.2 m

測距精度 ≤0.05 m

告警距離 ≤1 m(可調)

漏警率 1%

虛警率 0.01%

2 基本工作原理及框圖

此裝置在單片機的控制下，利用超聲波測距原理，測量低速行駛車輛與飛機的距離，當車輛與飛機的距離小于安全距離時，發出聲光報警，并顯示車輛與飛機之間的距離，提醒駕駛員及時采取減速、制動等措施，從而達到避免車輛與飛機碰撞、拖掛等事故，其原理框圖如圖1所示。整個系統由超聲波發射、超聲波接收、8031單片機系統和聲光報警、距離顯示等設備組成。

發射部分由高頻振蕩器、單脈沖發生器、編碼調制器、功率放大器及超聲換能器組成。 單脈沖發生器在振蕩器的每個周期內都被觸發，產生固定脈寬的脈沖序列，來自單片機的編碼信號對脈沖序列進行編碼調制，經功率放大后，通過超聲換能器發射超聲波。

接收部分由超聲換能器、接收放大器和編碼解調器組成。接收到的超聲波反射信號經超聲換能器轉換、放大、解調后，送到單片機系統進行處理，并通過距離顯示器顯示車輛與飛機之間的距離，當該距離小于設定的告警距離時，啟動報警系統報警。

在多臺車輛同時作業時，某臺車輛發射的超聲波信號可能被其它車輛接收，從而因造成系統混亂而產生誤報。為解決這一問題，系統對不同的車輛進行不同的編碼調制，使每輛車只能接收到其本身發射的信號。

為有效消除干擾，編碼解調采用積累檢測解調。編碼解調的框圖如圖2所示。V1為被放大后的含有干擾的接收信號，經門限檢測電路與門限電壓V0比較后輸出脈沖V2（當Ｖ１＞Ｖ２時，輸出脈沖，反之無輸出）。單穩電路1和單穩電路2 相互配合與或非門共同構成一個可以重新觸發的單穩電路，通過此單穩電路，實現對脈沖序 列的延時積累，其輸出為V3，V3經積分器積分后輸出V4，最后經整形電 路整形后輸出，Ｖ５并送入單片機處理。解調器的工作波形如圖３所示。

單穩電路時間常數的選擇，要求使其展寬時間大于載波脈沖周期。若載波脈沖周期為 25 μs，取單穩電路的展寬時間為兩個載波脈沖周期（50μs ），則當觸發脈沖V２為單個脈沖時，經單穩電路之后，其輸出脈沖V3的寬度為50 μs，當觸發脈沖V2為兩個連續脈沖時，經單穩電路之后，其輸出脈沖V3的寬度為７５μs，觸發脈 沖為3個連續脈沖時，其輸出脈沖V3的寬度為100 μs ，其余依次類推。即使由于干擾而使中間的某一觸發脈沖丟失，也可被后一個脈沖所觸發。所以，在單穩電路展寬時間取兩個載波脈沖周期時，在V２的脈沖串中，只要不連續丟失兩個以上的脈沖，單穩電路的暫穩態就可保持到被V２脈沖串的最后一個脈沖觸發。因此，單穩電路展寬時間應根據實 際干擾環境選取。展寬時間過小，則不利于對碼元“1 ”的檢測，展寬時間過大，又不利于對碼元“ 0”的檢測，這一點可以從圖3所示的波形中看出。

系統中的發射和接收部分由單片機控制輪流工作。在單片機編碼發送完畢后，即轉入接收狀態，同時關閉發射部分的單脈沖發生器；當接收一定時間后再轉入發射狀態重發編碼時 ，同時關閉接收放大器。因此，為保證測距正確，接收時間必須根據實際量程來限制時，眾所周知，聲波傳播的距離s、速度c及傳播時間t之間的關系為：s=c×t 。若系統量程為5m，則接收時間Ts應滿足：Ts=（2×5）/340=29.4ms

3 軟件設計

軟件設計流程圖如圖4所示。

系統上電初始化后，先使安裝在車輛四側的超聲波收發裝置處于發射狀態并輸出調制編碼，同時開始計時，在調制編碼發送完畢后，使收發裝置處于 接收狀態，并巡回檢測四側接收裝置是否接收到返回信號。當某一側檢測到返回信號時，就結束計時，并保存計時時間，同時接收返回信號編碼，并將其與發送編碼進行比較， 若兩者相符，則計算車輛與飛機間的距離，并顯示距離。然后將計算機所得的距離與設定 的告警距離進行比較，若小于告警距離就發出報警，否則返回重發。若接收編碼與發射編碼不相符，則返回重發。若四側接收裝置均沒有檢測到返回信號，則判斷接收限時是否已到， 若接收限時未到，則繼續巡回檢測接收裝置，否則返回發射狀態重發編碼。

4 結束語

經實際測試該裝置完全達到了設計指標要求，具有測距精確、告警及時、靈敏度高等優點；實際應用時裝置效果良好，有效地避免了機場事故的發生，具有很高的應用價值。由于超聲波的傳播速度慢，傳輸延時較大，影響了系統告警的反應速度，因此只限于低速行駛的車輛用，若要應用于高速車輛中，則需要進行改進。

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