利用电磁感应研发“误踩油门当刹车”智能识别系统

利用电磁感应研发“误踩油门当刹车”智能识别系统
邵思涛
【摘要】To avoid mistakenly stepping on accelerator instead of brake ,an intelligent recognition system was designed using electromagnetic induction .Using single-chip microcomputer and sensor , this system could recognize mistakenly stepping on the accelerator pedal and control vehicle effectively to avoid accidents .%为避免误踩油门当刹车，利用电磁感应设计了智能识别系统，该系统利用单片机和传感器对误踩和正常踩油门踏板情况进行了判别，进而对车辆进行了控制，有效地降低了由此引发的事故率。

【期刊名称】《物理实验》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】3页(P26-28)
【关键词】电磁感应;单片机;刹车;油门
【作者】邵思涛
【作者单位】华峰中学，广东广州510356
【正文语种】中文
【中图分类】G633.7
现实生活中有许多误踩油门当刹车的案例，其共性都是快速踩下油门踏板. 为避免此类现象的发生，特利用电磁感应研发了“误踩油门当刹车”的智能识别系统.
1 第一代实验原理与装置
1.1 设计方案
人教版初中物理有关于电磁继电器应用的例题，以此为借鉴设计了防止误踩油门当刹车的实验方案.
在油门连杆上安装磁铁，磁铁穿过固定在车体上的线圈，踩踏油门时，线圈就会切割磁感线而产生电流. 在正常情况下，油门都是缓慢踩下的，感应电流小，电磁铁无力吸引衔铁下落，发动机正常工作. 误将油门当刹车时，快速踩下，线圈中就会感应出很大的电流，电磁铁吸引衔铁下落，切断发动机火花塞的总电源，同时接通刹车油管电磁阀刹车.
1.2 实验器材
0.2 mm漆包铜线1 kg，强磁铁2条，焊锡丝1卷，电烙铁1个，热熔胶枪1个，指针式万用表1个，12 V电源1个，12 V中继电磁继电器2个，12 V电动机1个，指示灯5个，12 V电磁阀1个，镀锡万能线路板若干,电脑1台，单片机烧录软件、硬件，单片机芯片若干，各类电容、电阻、二极管、三极管若干.
1.3 实验过程
按照如图1所示的电路图组装好线圈、电磁继电器、电动机和电灯，开始实验，
无论多么快速插入磁铁，电磁继电器都不吸合，又更换了强磁铁，还是失败.
图1 第一代实验装置示意图
实验过程中发现感应电压最大值为1.8 V，而继电器额定电压是12 V，如此低的
电压，怎么能够把衔铁吸引下来？即便吸引下来，由于此电压很短暂，衔铁也很快被释放，不能钳位在下方. 为此，对该装置进行了改进.
2 第二代实验原理与装置
2.1 单片机控制系统
在图1电路中串联了单片机，利用感应电压的大小触发单片机，单片机得到指令
会动作，从而控制电磁铁的吸合与释放，自动切断发动机火花塞点火电路，同时接通刹车阀，直至解锁.
考虑到释放油门踏板时都是快速抬脚，踏板弹起太快会引起误触发，在信号输入端串联二极管D，它具有单向导电性，电位器R粗调踩踏油门的速度起控点，电位
器R1微调踩踏油门的速度起控点.
实验装置还增加了3个传感器：
1)利用雷达波探头判断前方是否有障碍物，从2号门输入指令；
2)利用热红外探头判断前方是否有热源(人或动物)，从3号门输入指令；
3)利用漫反射探头判断前方是否有沟壑，从4号门输入指令.
需要使用该系统时，闭合开关K，系统处于监控状态；不需要时，断开开关K，不影响原车的任何性能.
第二代实验装置电路图如图2所示，实物图如图3所示.
图2 第二代实验装置电路图
图3 第二代实验装置实物图
2.2 组装
1)将镀锡万能板焊接成与原理图一致的线路板，元件焊接在线路板上，制成主控板.
2)用牙膏的包装盒作原料制作内径比条形磁铁的外径稍大的骨架，在上面绕漆包线，制作成1 000匝的线圈.
3)用铝合金制作油门踏板.
4)用热熔胶把主控板、电动机、指示灯、电磁阀、线圈、油门踏板等固定在钙塑底座上.
5)按照原理图将各个部分连接起来.
3 调试步骤
1)烧录单片机控制程序：电源电压为12 V，触发电压为3 V，输出电压保持在12
V直至切断电源为止.
2)先将R1旋转到阻值最小，再调节R，使1门的静态电压是2.9 V，接近触发电压.
3)条形磁铁安装在踏板下，快速按下踏板. 如果单片机不动作，则反转磁铁的N，S极，使“感应电流”和R提供的“预设电流”正向叠加，1门电压超过3 V就会触发单片机发出动作指令.
4)调节R1，可以改变踏板下落的起控值，改变灵敏度.
5)2号门接入雷达波传感器，调节R2，探测10 m内障碍物.
6)3号门接入热红外传感器，调节R3，探测10 m内热源.
7)4号门接入漫反射传感器，调节R4，探测10 m内沟壑.
8)断开总开关K，电动机和指示灯应该一直工作.
4 实验效果
此系统采用电子识别，与机械式相比，具有体积小、反应快、灵敏度高等优点，把它安装在私家车上实验，“误踩油门当刹车”的设计完全能达标. 但是后来添加的雷达波、红外线和漫反射传感器在车流比较多处要关闭，因为10 m以内的干扰比较多，误触发关闭发动机反而带来麻烦.
【相关文献】
[1] 课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心. 物理(九年级)[M]. 北京：人民教育出版
社,2013:132.。