Датчик приближения к автомобилю
Рейтинг: 11 588 |
Репутация: +4 |
Благодарил (а): 138 раз Поблагодарили: 28 раз
Датчики объёма или приближения на сигналку
Сообщение Vebion » 29 апр 2009, 09:35
В следствии этой истории возникла необходимость поставить какой-нибудь датчик объёма.
Вторйо вопрос. Где могут у нас продавать такое? И объёма в салоне и снаружи(если есть такое в природе). Имеется необходимость и желание такое поставить.
Сообщения: 212 Зарегистрирован: 16 май 2008, 00:00 Откуда: Тюмень Стаж: есть Авто: Kyron на 35-х :
Награды: 1
Рейтинг: 627 |
Репутация: 0 |
Благодарил (а): 4 раза Поблагодарили: 8 раз
Сообщение kyrooon » 29 апр 2009, 09:51
Рейтинг: 11 588 |
Репутация: +4 |
Благодарил (а): 138 раз Поблагодарили: 28 раз
Сообщение Vebion » 29 апр 2009, 10:27
Сообщения: 393 Зарегистрирован: 17 янв 2008, 00:00 Откуда: Тюмень Стаж: 1993 Авто: VW
Рейтинг: 493 |
Репутация: 0 |
Благодарил (а): 3 раза Поблагодарили: 2 раза
Сообщение ICEBERG121 » 29 апр 2009, 13:27
Все микроволновые, фиксируют объем по зоне (зонам), при изменении объема срабатывают. Подключать лучше к концевикам, т.к. при автозапуске не будет работать.
Приобрести можно Сталкер, Камертон, Автосалоны да везде где присутствует продукция Scher-Khan
Рейтинг: 11 588 |
Репутация: +4 |
Благодарил (а): 138 раз Поблагодарили: 28 раз
Сообщение Vebion » 29 апр 2009, 13:30
Спасиб!! Сегодня/завтра(если не снимут стекла с умызкой и фарами) буду искать и устонавливать сразу.
Добавлено спустя 9 минут 14 секунд:
Почитал статьи про такие вещи. У меня тонировка. вообще бесполезным может оказаться чтоли данное приспособление?
Добавлено спустя 1 минуту 24 секунды:
Почитал статьи про такие вещи. У меня тонировка. вообще бесполезным может оказаться чтоли данное приспособление?
Обсуждение проекта эффективной сигнализации
Примечание: Данную запись было бы правильнее разместить в форуме для обсуждения, однако форум не позволяет вставку картинок а также редактирование записи по прошествию длительного времени, поэтому заранее прошу прощения у читателей и персонально у Степана
В данный момент ломаю голову (ломал свою, но вот уже и вашу начал 🙂 ), над проектом сигнализации, решающей или стремящейся предупредить проявление всех возможных действий злоумышленников в отношении автомобиля. Проект совпал с построением «карпутера» (CarPC), а т.к. у меня есть уже некоторый опыт в построении медиацентров и т.к. компьютеров, заточенных под конкретные задачи а также тот факт, что я программист просто не позволит мне не справиться с задачей.
В этой ветке я приветствую людей, которым интересно решать логические загадки, электронщиков или же людей, готовых к конструктивному диалогу и задающих новое направление мысли. Итак, если заинтересовал — читаем и обсуждаем тему. Прекрасно осознавая, что будет определённое количество флейма (разговоров не по сути), некоторые сообщения могу игнорировать. Тут уж не обижайтесь. Но есть вероятность, что не отвечу потому что нечего добавить либо ещё не успел.
Итак, рассмотрение вопроса предлагаю начать с представления о видах злоумышленников, их мотивации и способов, с которыми эту самую мотивацию в отношении автомобиля они могут реализовать:
ВИДЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ЗЛОУМЫШЛЕННИКОВ
а). МСТИТЕЛИ
Мотивация: Проявление мести по отношению к владельцу автомобиля, либо ненависти по отношению к нему.
Цель: нанесение ущерба.
Следует заметить что в случае, если вам хотят отомстить — вред скорее всего будет нанесён и никакая сигнализация или технические средства не помогут — ни предотвратить нанесение вреда, ни идентифицировать злоумышленников. Ведь даже если ведётся видеозапись — человек может надеть маску. Если зоны защиты простираются в большой области вокруг машины — можно элементарно пострелять из пневматики в машину издалека. Не создавайте себе мстителей.
б). ВАНДАЛЫ (гопота)
Цель: нанесение ущерба.
Мотивация:самоутверждение (вандал царапает ножом слово «ЙУХ» на машине чтобы самоутвердиться перед собой либо такими же животными — мол, вот я сделал, а мне ничего не будет).
В большинстве случаев, эту аудиторию отличает слабые либо полное отсутствие знаний технического характера относительно устройства авто и сигнализаций. Это не профессиональные угонщики.
в). ВОРЫ
Цель: Кража
Мотивация: Получить денег. Например, от продажи магнитолы.
Когда залезли ко мне в машину, у меня украли экран 2-din магнитолы (причём, сам по себе экран вообще не представляет ценности на рынке, он интересен только с магнитолой, которую снять не смогли — и это говорит в пользу непонимания технического вопроса злоумышленником). Как правило, это различные отродья типа наркоманов-системщиков. Нужно также учитывать, что мне покоцали весь пластик салона пока пытались что-то выковырять, т.е. ущерб несоразмерим с целью.
Также, стоит учитывать что кражи бывают разные: злоумышленника может заинтересовать магнитола, видеорегистратор, барсетка. А могут заинтересовать диски машины и он помучается с домкратом а утром машина будет стоять на кирпичах (крайний случай)
г). УГОНЩИКИ
Цель: угон автомобиля
Мотивация: получение денег от продажи автомобиля
Как правило, случайный прохожий наркоман наврятли будет обладать амбициями угона, скорее это профессионалы — вооружённые сканерами сигнализаций, глушителями частот и gps датчиков, знаниями о техническом устройстве конкретного автомобиля и стратегией угона (вероятнее всего, за вами проследят, ваше поведение изучат и на базе этих знаний будет построена стратегия угона.
На данный момент мне кажется, что я описал все типы авто злоумышленников, однако — буду признателен за дополнения.
Теперь о реализации сигнализации:
ОБЩАЯ СТРАТЕГИЯ РАБОТЫ СИГНАЛИЗАЦИИ, ЗОНЫ СРАБАТЫВАНИЯ
ЗОНА 4:
Проникновение в зону 4 может быть случайным: ребёнок там заигрался, подошёл к машине, или случайный прохожий мимо проходил. Попадание в Зону 4 ещё не позволяет дотянуться до автомобиля. Для этого нужно пройти в зону 3.
Итак, Зона 4 — зона предупредительная.
Действия:
— Включение света (только ночью). Имеется ввиду Creeшные LEDы в корпусе автомобиля, которые во-первых предупреждают потенциального злоумышленника о том, что наблюдение за ним ведётся, во-вторых дают лучшее освещение для работы видеокамер (про камеры будет ниже).
— Средней громкости предупреждающий звук, повторяющийся с интервалом в n секунд. Громкость выбирается таким образом, чтобы соседей звук никак не побеспокоил, но объект его отчётливо услышал.
— Также я бы добавил ультразвук, отпугивающий собак, а то просыпаться от того что собачка на машину помочится — не очень хочется.
— Ультразвук от людей: можно добавить неприятный ультразвук, который будет создавать беспричинное волнение и сбивать мотивацию — вот сходу нагуглил: www.spyline.ru/item/view/3172/
— В случае нахождения в зоне 1 более n секунд — сообщение на брелок хозяину автомобиля с кодом 4. При этом, хозяин может посмотреть на своём андроиде, яблоке или компьютере — что собственно происходит (изображение с видеокамер). Тут желательно определять, с какой стороны подошёл(подошли) объекты и первыми выдавать трансляции именно этих сторон автомобиля.
— При выходе из зоны 4: все предупреждения отключаются, но не сразу (чтобы не было возможности определить, где находятся границы зоны, а через случайное кол-во секунд между min и max — выставляется в настройках.
— При входе в зону 4 — также сработка не по границе зоны а со случайной границей между min и max сантиметров.
Примечания:
— Зона 4 определяется датчиками объёма. Датчики бывают на основе радиоволн и на основе ик. Работать должны оба, т.к. радиоволновой датчик может быть заглушен глушилкой частот.
— В случае, если брелок хозяина находится в любой из зон, никакие тревожные сигналы и действия не производятся. И в этой зоне и во всех остальных далее по тексту.
ЗОНА 3:
В большинстве случаев, проникновение в зону 3 будет не случайным. Конечно, мы допускаем момент, что ребёнок заигравшись уронил мяч в зону 3 и пошёл за ним. Хорошо, если так. Итак, Зона 3 — тревожная зона.
— Сообщение на брелок хозяину автомобиля с кодом 3. При этом, хозяин может посмотреть на своём андроиде, яблоке или компьютере — что собственно происходит (изображение с видеокамер). Тут желательно определять, с какой стороны подошёл(подошли) объекты и первыми выдавать трансляции именно этих сторон автомобиля.
— Звук сирены, но не громкий, более активный нежели в Зоне 4 но не будящий соседей.
— Возможно (ещё не решил): аудиозапись, сообщающая объекту о том что он находится на охраняемой территории, в случае нанесения урона транспортному средству последует уголовная ответственность. Для сообщений голосом и для сирены используются 2 различных динамика. Так, например, динамик сирены может поменять тип сирены при перемещении между зонами, но аудиозапись ещё будет воспроизводиться.
— Мигание cree подсветки, описанной для зоны 4.
Примечания:
— Опять же, ночью будить соседей как-то не хочется. Помочь не помогут скорее всего, а хозяин и так получит уведомление о тревоге. Поэтому сирены тут ещё нет. Зато есть недвусмысленное предупреждение злоумышленника.
— Граница зоны 3 — плавающая, в пределах случайного числа между min и max сантиметров, чтобы злоумышленник не мог определить чёткие границы.
Возможны варианты в зоне 2:
а). Проникновение в зону (объект в
б). Прикосновение к автомобилю (помните, выше я писал про вандала, который пишет гвоздём слово «ЙУХ» на корпусе машины?):
— Сообщение на брелок хозяину автомобиля с кодом 2б.
в). Наклон (датчик наклона)
Наклон автомобиля возможен, если пытаются снять колёса, например.
— Сообщение на брелок хозяину автомобиля с кодом 2в.
д). Разбитие стекла
Акустический датчик, реагирующий на звук разбитого стекла можно купить в любом магазине сигнализаций. Но хотелось бы продублировать работу датчика. Как-пока не знаю, подскажите. Ситуация усугубляется ещё и тем, что у меня безрамные двери.
— Сообщение на брелок хозяину автомобиля с кодом 2window (готовность к проникновению в салон)
— Звонок в милицию с аудиозаписью для вызова милиции и местом (сохраняется с gps при остановке машины). По опыту звонков в милицию — необходимо сделать автодозвон, т.к. дозвониться просто нереально.
— Очень громкая сирена, отключаемая только с брелка.
— Нажатие электромагнитным поршнем на балончики с слезоточивым газом в салон.
— Сработка «защиты», которая разрывает цепь с датчика коленвала до момента, пока не поступит команда с брелка.
— Блокировка багажника отдельным замком, открывающимся только с брелка.
е). Открытие двери
Магниконтактные датчики + концевики дверей. В принципе, магниконтактные датчики можно «заклинить» мощным магнитом, если знать, где датчик находится. (?) Необходимо придумать решение от этого, ваши советы приветствуются.
— Сообщение на брелок хозяину автомобиля с кодом 2door (готовность к проникновению в салон)
— Очень громкая сирена, отключаемая только с брелка.
— Звонок в милицию с аудиозаписью для вызова милиции и местом (сохраняется с gps при остановке машины). По опыту звонков в милицию — необходимо сделать автодозвон, т.к. дозвониться просто нереально.
— Нажатие электромагнитным поршнем на баллончики с слезоточивым газом в салон.
— Сработка «защиты», которая разрывает цепь с датчика коленвала до момента, пока не поступит команда с брелка.
— Блокировка багажника отдельным замком, открывающимся только с брелка.
ЗОНА 1:
Контролируется датчиком объёма + ик-датчиками по контуру машины.
Возможны ситуации:
а). Злоумышленник сел на сидение (датчик веса, который есть в каждой иномарке для проверки какой ремень нужно пристегнуть, либо доставляется отдельно):
— Нажатие электромагнитного поршня на балончик со слезоточивым газом, напротив злоумышленника., если этот балончик не срабатывал раньше по какой-то причине.
— Яркий свет в салоне, который слепит злоумышленника.
б).Злоумышленник включил зажигание (попытка угона):
— Нажатие электромагнитного поршня на балончик со слезоточивым газом, напротив злоумышленника., если этот балончик не срабатывал раньше по какой-то причине.
— Сработка «защиты», которая на 12 часов отключает контакт с датчика бензина (показывая пустой бак) + пережигание плавкой вставки, которая спрятана в салоне, через которую проходит провод бензонасоса.
— Блокировка электромагнитным поршнем педали тормоза в нижнем положении (чтобы машину не утянули на буксире).
— Блокировка электромагнитным штоком дроссельной заслонки в закрытом положении.
Принцип работы данных зон описан для «громкого режима» сигнализации. Будет также тихий режим — для тревоги только в критических случаях. Тихий режим — для постановки машины в публичном месте (на парковке) или в гараже. Позже опишу подробнее.
На сегодня всё, завтра продолжу — будет описана система диалога брелка с автомобилем и если успею, оборудование, которое требуется для этой затеи.
Каждый раз я буду дополнять текст описанием, разворачивая своё представление из головы в текст. Но на каждом из этапов, в том числе и этом я рад вашим коментариям и дополнениям, давайте взглянем на проблему максимально широко.
Как работают датчики в автосигнализации: объема, удара, проникновения и другие?
Датчики автосигнализаций – инструменты, при помощи которых система осуществляет охрану автомобиля. Существует несколько их типов, работающих по разным принципам. Совокупность работы нескольких сенсоров значительно повышает охранный потенциал сигнализации, но какие из них самые эффективные?
Для чего необходимы?
Как известно, даже один хорошо настроенный датчик удара обеспечивает высокий уровень защиты автомобиля. Но тогда зачем нужно устанавливать дополнительные?
Чем больше у узла дублирующих элементов, тем выше надежность всей системы. То есть, если в автомобиле установлено несколько датчиков, то при выходе из строя одного из них, остальные все равно смогут предупредить Вас о попытке угона или проникновения в автомобиль.
Когда в автомобиле установлен единственный датчик, то злоумышленник может найти и отключить его прежде, чем он сработает. А если сенсоров несколько, то у преступника гораздо меньше шансов остаться незамеченным. Даже обезвредив один, он может не успеть обезвредить второй. Или даже не догадаться о его существовании.
Справка! Датчики дополняют друг друга. Например, если ваш автомобиль аккуратно «домкратят» для того, чтобы украсть колеса, то сенсор удара может не сработать. На помощь ему придет сенсор наклона, который сможет уловить небольшое отклонение автомобиля от линии горизонта.
Виды: ультразвуковой, микроволновый, инфракрасный
Этими характеристиками описываются датчики движения и объема.
Ультразвуковые
Работают следующим образом: устройство распространяет звуковые волны высокой частоты, не воспринимаемые человеческим ухом. Волны отражаются от окружающих поверхностей и возвращаются к чувствительному элементу. Он оценивает, за какой промежуток времени произошло возвращение сигнала. При движении в области охвата датчика это время резко изменяется, и он фиксирует нарушителя. Однако, если двигаться плавно, от он не зафиксирует резких изменений и не «увидит» нарушителя. Еще одним минусом является небольшая дальность работы, но при условии установки в салон авто – это не критично.
Инфракрасные
Сенсоры фиксируют движения за счет фиксирования разницы температур между человеком и окружающей средой. Имеют гибкую настройку чувствительности.
Микроволновые
Излучают и принимают СВЧ — волны. При попадании человека в зону действия излучения изменяется частота и длина волны, фиксируемая чувствительным элементом сенсора и воспринимаемая как движение.
Внимание! При установке такого датчика в автомобиль не рекомендуем долго находится в нем, когда включен режим охраны. Волны, излучаемые им – вредны для здоровья!
Что такое датчик движения?
Служит для улавливания движения в месте установке: салоне, багажнике или под капотом. Бывают ультразвуковые и инфракрасные. Их принцип работы описан в предыдущем пункте.
Что такое объемный датчик сигнализации?
Продвинутая вариация сенсора движения. Он предназначен для фиксации движения в салоне и вокруг автомобиля. Является микроволновым датчиком (его принцип работы рассматривался выше). В случае приближения объекта близко к автомобилю посылает предупреждающий сигнал. А если объект находится рядом с автомобилем достаточно долго, либо проникает в салон – включает тревогу.
Располагают их, как правило, в центре салона автомобиля. Например, рядом с рычагом ручного тормоза. Его можно устанавливать под декоративные пластиковые обшивки. Еще их устанавливают в багажник и в подкапотное пространство.
Как найти датчик открытия двери?
Он является концевиком двери, имеющимися в каждом автомобиле. Они находятся либо на двери, либо на дверной стойке и представляют из себя некую кнопку. Если дверь закрыта, то эта кнопка нажата плоскостью двери и контакты в ней разомкнуты. В случае, если дверь раскрывается, то кнопка отжимается, контакты замыкаются и тем самым передается сигнал об открытии двери. Сигнализация просто подключается к штатной проводке и получает информацию о том, открыты или закрыты двери с концевиков.
Справка! В большинстве современных автомобилей концевики также устанавливаются на капот и крышку багажника.
Что такое датчик удара?
Является основным и единственным в большинстве систем. Он воспринимает вибрации, распространяющиеся по кузову при касании и ударе. Его чувствительность оценивается силой воспринимаемых вибраций. Существует три вида таких датчиков, различающихся по принципу действия:
Самым удачным местом его установки является моторный щит со стороны салона. Так же он может быть установлен на рулевую колонку, стойку ветрового стекла, заднее боковое стекло или под приборную панель.
Справка! Найти любой датчик можно, отследив его по проводке, идущей от центрального блока сигнализации. А блок можно отследить по проводу от антенны, которая обычно располагается на виду на лобовом стекле.
Что такое датчик наклона?
В его основе лежит акселерометр, который воспринимает отклонения от горизонтального положения в пространстве. Устройство сообщит, если ваш автомобиль:
Располагать их нужно строго горизонтально и крепко фиксировать. Выполнение этих условий обеспечит его точную работу. Оптимальным местом установки так же будет моторный щит.
Что такое датчик перемещения в машине?
Продвинутая версия сенсора наклона. Позволяет помимо отклонения от горизонта фиксировать перемещение в пространстве. Тем самым, он предупредит, если ваш автомобиль переместили без вашего ведома. они в подавляющем большинстве при помощи GPS и связи со спутниками. В дополнении к этому он подскажет, где в любой момент времени находится ваш автомобиль. Даже если его отключат, он все равно передаст свое последнее место расположения, что поможет в поисках угнанного автомобиля.
Возможно ли установить дополнительные датчики своими руками?
Установка дополнительных сенсоров возможна только в том случае, если это поддерживает блок конкретной модели сигнализации. В таком случае, самостоятельно доукомплектовать охранную систему еще одним — не сложная задача. Как правило, под эти задачи в блоках управления сигнализацией находятся отдельные разъемы и схема для подключения. Если выбрать датчик от производителя вашей охранной системы, то его нужно будет просто подключить к такому разъему и установить, как написано в инструкции. После подключения программное обеспечение сигнализации самостоятельно определит его и выполнит соответствующие коррективы для его правильной работы. Вам останется только настроить его чувствительность.
В случае, если в вашем блоке нет расширяющих интерфейсов, либо вы отдаете предпочтение датчику стороннего производителя, то необходимо будет коммутировать провода блока и сенсора. Внимательно изучите схему подключения и распиновку на разъеме блока и сенсоре, а также убедитесь, что ваша модель сигнализации поддерживает подобную модернизацию. В противном случае вы рискуете вывести из строя всю систему.
Важно! Такие работы лучше выполнять в сертифицированных сервисных центрах. Ошибка в установке не только может негативно сказаться на правильности его работы, но и повредить блок сигнализации.
Полезное видео
Подробнее о том, как работают датчики в сигнализации наглядно ознакомитесь в видео ниже:
Автомобильный справочник
для настоящих любителей техники
Датчики систем безопасности при движении автомобиля
Развитие технологий производства датчиков, позволило их применять в интеллектуальных системах безопасности, к которым относятся системы помощи водителю. В стремлении обеспечить конкурентоспособность своих автомобилей, производители поддерживая передовые технологии, внедряют их на новые машины. Вот о том, какими бывают датчики для систем повышения безопасности при движении автомобиля, мы и поговорим в этой статье.
Ультразвуковая технология
В современных системах, помогающих при движении задним ходом и парковке (см. «Системы парковки автомобилей») используются ультразвуковые датчики малой дальности действия (порядка 2,5 м). Они встраиваются в бамперы автомобилей и служат для вычисления расстояний до препятствий с целью контроля пространства при парковке и маневрировании. При приближении к препятствию система выдает водителю звуковые и световые сигналы.
Более новые датчики с дальностью действия до 4,5 м позволяют использовать систему помощи при парковке, которая либо выдает водителю инструкции по оптимальной парковке, либо осуществляет руление при въезде на парковочное место, а водителю остается лишь следить за перемещением автомобиля в продольном направлении.
Конструкция ультразвукового датчика
Ультразвуковой датчик (рис. «Вид ультрозвукового датчика в разрезе» ) состоит из пластмассового корпуса со встроенным штырьковым разъемом, ультразвукового преобразователя (алюминиевого блока с диафрагмой, на внутреннюю часть которой приклеен пьезокерамический элемент) и печатной платы с передающей и оценивающей электроникой. Они электрически соединены с ЭБУ с помощью трех выводов, два из которых — питающие. Третий, служащий в качестве двунаправленной сигнальной линии, используется для активизации функции передачи сигналов и принятия возвращенного сигнала.
Принцип работы ультразвукового датчика
Ультразвуковой датчик принимает от ЭБУ цифровой импульс. Затем электроника заставляет колебаться алюминиевую диафрагму с прямоугольными импульсами на резонансной частоте (около 48 кГц) с типичным периодом порядка 300 мкс, в результате чего испускаются ультразвуковые импульсы. Отраженный от препятствия звук снова заставляет колебаться диафрагму, между тем уже успокоившуюся (прием невозможен в течении периода успокоения, порядка 900 мкс). Эти колебания выводятся пьезоэлектрическим элементом в виде аналогового электрического сигнала, который затем усиливается и преобразуется в цифровой.
Обычно ультразвуковые датчики для описанной области применения имеют селективную характеристику испускания с широким диапазоном чувствительности по горизонтали (для определения как можно большего количества объектов) и узким диапазоном чувствительности по вертикали (во избежание отражений от земли).
Радарная технология на автомобиле
Радарная технология используется, помимо прочего, в адаптивном круиз-контроле (АСС) для определения движущихся впереди автомобилей и соответственной адаптации скорости движения. Излучаемые радаром электромагнитные волны отражаются от металлических поверхностей и других отражающих материалов и затем регистрируются приемной частью радара. Расстояние до объектов в диапазоне чувствительности можно измерить на основании времени распространения этих волн. Для измерения относительной скорости используется эффект Допплера.
Благодаря своим превосходным свойствам в плане быстрого и точного измерения расстояния и относительной скорости радар также очень хорошо подходит для использования в системах активной и пассивной безопасности. Примерами таких систем являются прогнозирующие системы аварийного торможения и раннего распознавания столкновений.
Методы испытаний
Принимаемые сигналы сравниваются с передаваемыми по времени распространения или частоте. Используемые методы значительно различаются по способу сравнения сигналов. Передаваемые волны модулируются, чтобы принимаемый сигнал можно было уникально сопоставить передаваемому. Самыми распространенными формами модуляции являются импульсная, где генерируются импульсы в 10-30 нс, что соответствует длине волны 3-10 м, и частотная, где вовремя передачи мгновенная частота волн изменяется в зависимости от времени.
У всех радарных датчиков измерение расстояния основано на прямом или косвенном измерении времени распространения сигнала с момента его передачи и до момента его приема в виде отраженного сигнала.
Импульсная модуляция
В случае импульсной модуляции измеряется время распространения τ сигнала от его передачи до его приема. Принятый волновой пакет нужно демодулировать, чтобы извлечь нужную информацию. Учитывая скорость света, можно вычислить расстояние до движущегося впереди автомобиля по разности времени. При прямом отражении оно определяется как двойное расстояние d до отражателя, поделенное на скорость света с:
τ = 2d/с
Для расстояния d = 150 м и с ≈ 300 000 км/с время распространения τ≈1,0 мкс.
Импульсный радар испускает очень короткие импульсы. Эти сигналы отражаются от предметов и возвращаются к датчику. Требуется измерить время распространения этих сигналов. На рис. «Блок-схема импульсного радара» показана блок-схема импульсного радара. Генератор с частотой, к примеру, 24 ГГц, передает сигналы на делитель мощности. Его выходные сигналы подаются на два высокоскоростных переключателя в двух каналах, изображенных на схеме. В верхнем тракте (передающем) сигналы от генератора импульсов сначала модулируются и затем выдаются на высокоскоростной переключатель (высокочастотный модулирующий переключатель). Из этого блока сигналы проходят на передающую антенну. В нижнем параллельном тракте (принимающем) регулируемая задержка генерирует опорные сигналы, подаваемые на высокоскоростной переключатель в передающем тракте. Принятый отраженный сигнал смешивается с выходным сигналом генератора, что служит когерентным опорным значением для определения измерений частоты в принятом отраженном сигнале. Когерентность в этом контексте означает, что фаза переданного импульса остается сохраненной в опорном сигнале. Изменение определяется фильтром Допплера.
Излучаемая пиковая мощность в 20 дБм EIRP (уровень мощности при опорном значении 1 мВт) дает расстояние измерения 20-50 м, в зависимости от размера и отражающих свойств данного предмета. Минимальное расстояние измерения составляет около 25 см.
Модуляция FMCW
На рис. «Блок-схема 4-х канального радара с частотно-модулированной незатухающей гармонической волной FMCW» показана блок-схема радара FMCW (частотно-модулированная незатухающая гармоническая волны). Генератор на диоде Ганна в эхорезонаторе или новый генератор на базе SiGe параллельно подает сигналы, к примеру, на четыре патч-антенны, расположенные рядом друг с другом и также служащие для одновременного приема отраженных сигналов. Установленная спереди пластмассовая линза Френеля фокусирует передаваемые и принимаемые лучи, относительно оси автомобиля, в горизонтальном и вертикальном направлениях. Характеристики антенны в плане передачи и приема имеют веерообразную форму в четырех разных направлениях из-за смещения антенн от центра. По расстоянию а до транспортных средств, движущихся впереди, и по их относительной скорости Δv можно оценивать изменение ситуации относительно той, при которой они были обнаружены. Этот метод используется для обнаружения нескольких автомобилей.
Направленные ответвители разделяют передаваемые и принимаемые отраженные сигналы. Путем смешивания частоты приема и частоты передачи, находящиеся далее микшеры переносят частоту приема на более низкие частоты (0-300 кГц). Чтобы оценить их, низкочастотные сигналы оцифровываются и проходят высокоскоростной (гармонический) анализ Фурье для определения частот.
Метод работы разъясняется ниже на примере генератора Ганна. Частота генератора на основе диода Ганна непрерывно сравнивается с эталоном частоты диэлектрического резонансного генератора (DRO) и регулируется до определенной заданной величины. В данном случае напряжение питания диода Ганна изменяется до тех пор, пока частота снова не будет соответствовать заданной. Через эту цепь с обратной связью, с пилообразными колебаниями, частота передачи fs генератора Ганна кратковременно повышается и понижается на 300 МГц каждые 100 мс (частотная модуляция). Сигнал, отраженный от впереди идущей машины, изменяется в соответствии со временем его прохождения, как показано на рис. 4, т.е., при увеличении расстояния до впереди идущей машины — путем понижения частоты, а при уменьшении расстояния — путем повышения частоты fe на ту же величину Δf. Разность частот Δf является прямой мерой расстояния а:
Если же между двумя движущимися автомобилями будет дополнительная относительная скорость Δv, то принимаемая частота fе увеличивается (при приближении) или уменьшается, на основании эффекта Допплера, как при возрастании, так и при снижении расстояния между машинами пропорционально величине:
Иными словами, имеются две дифференциальных частоты Δf1 и Δf2. Их сумма соответствует расстоянию между автомобилями, а разность — относительной скорости Δv их движения (рис. «Измерение расстояния и скорости с помощью радиолокационной установки с частотно-модулированной незатухающей гармонической волной FMCW» ). При увеличении расстояния:
При уменьшении расстояния:
Определение угла смещения объекта
Третьей основной величиной, помимо расстояния и относительной скорости, является боковое смещение (угол) объекта. Единственный способ измерить его — путем испускания луча радара в нескольких направлениях. Затем по отраженным сигналам определяется направление, из которого принят самый сильный отраженный сигнал. Чтобы определить угол, под которым радар находит объект, либо направляется один луч (сканирование), либо параллельно испускаются и анализируются несколько лучей.
Для измерения угла требуются не менее двух перекрывающихся лучей. Усиления амплитуд, измеряемых для определенного объекта в соседних лучах, позволяют сделать вывод об угле обзора. На практике сегодня используется четыре луча, с угловым разрешением 1-2°.
Радар малой дальности (24 ГГц)
Используются два типа радаров малой дальности: узкополосные датчики и ультра широкополосные датчики (UWB). Диапазон узкополосных датчиков составляет несколько МГц в диапазоне ISM (промышленность, наука и медицина) при 24 ГГц и они отличаются низкой разделяемостью объектов. Разделяемость объектов у датчика UWB с типичным диапазоном 5 ГГц — высокая, порядка нескольких сантиметров при удаленности объектов около 1,5 м. Функции безопасности, реализованные с помощью датчиков этого типа (например, датчиков раннего распознавания столкновения) требуют коротких циклов измерения, порядка 2 мс и менее.
Диапазон типичных радарных датчиков малой дальности составляет от 2 до 20-50 м, в зависимости от функции помощи водителю.
Датчики этого типа были впервые представлены в 2005 году в системах адаптивного круиз-контроля (АСС) с помощью при движении в пробках. Здесь используются два радарных датчика малой дальности. Если с помощью этой сенсорной технологии потребуется реализовать дополнительные функции, то спереди и сзади автомобиля потребуется установить до четырех датчиков.
Радар большой дальности
Радар большой дальности (LRR), используемый для адаптивного круиз-контроля (АСС), сканирует зону перед движущимся автомобилем на расстояние до 250 м. Рабочая частота 76,5 ГГц (длина волны λ = 3,8 мм) допускает относительно низкопрофильные конструкции, необходимые в автомобилях.
Лидар
Лидары (лазерные локаторы ИК-диапазона) для адаптивного круиз-контроля (АСС) уже несколько лет используются в Японии. В принципе, лидары работают так же, как и радары, но отличаются от последних тем, что используют электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне 800-1000 нм, а не микроволны в миллиметровом диапазоне. Лучи лидара могут иногда значительно заглушаться туманом и условиями плохой видимости, особенно брызгами. Это может, соответственно, уменьшить дальность измерения. Поэтому они подходят для систем безопасности хуже, чем радары.
Инфракрасное излучение модулируется по интенсивности, но не по частоте. Блок-схема лидара показана на рис. «Блок-схема лидара«. Лидар создает модулированное инфракрасное излучение, отражаемое от предметов и принимаемое одним или несколькими фотодиодами в датчике. Модуляция может иметь следующие формы: прямоугольные волны, синусоидальные колебания или импульсы. Модулятор передает информацию о модуляции на приемник. Таким образом, принятый сигнал можно сравнить с переданным, чтобы определить либо фазовую разность сигналов, либо время их распространения, и на основании этого вычислить расстояние до объекта. Отношение «сигнал-шум» очень сильно зависит от типа модуляции, наилучшие результаты достигаются при импульсной модуляции. Поэтому импульсная модуляция используется на практике для лидаров большой дальности. Типичные значения длительности импульсов находятся в наносекундном диапазоне. Соответственно, длина импульсов составляет порядка 1 метра. Для достижения точности измерения сантиметрового порядка можно использовать подходящие методы обработки сигналов.
Горизонтальное и вертикальное разрешение достигается либо путем многолучевой конфигурации, либо путем механического сканирования. Преимущество механического сканирования состоит в очень высоком угловом разрешении при использовании всего одного приемно-передающего блока. Лучевое сканирование реализуется либо путем использования поворотного зеркала, либо путем перемещения оптического элемента передатчика или приемника вперед-назад.
В отличие от большинства радарных датчиков, лидар не измеряет непосредственно скорость объекта. Скорость вычисляется путем дифференцирования сигнала расстояния, в результате происходит определенная задержка и ухудшается качество сигнала. С другой стороны, хорошее горизонтальное разрешение сканирующего лидара намного превосходит разрешение типичного современного радарного датчика.
Видеотехнология
Изображения несут в себе наибольшую часть информации, воспринимаемой человеком. Следовательно, очевидным методом в контексте разработки систем повышения безопасности при движении (DAS) является запись изображений, извлечение из них нужных деталей и выявление опасных ситуаций посредством обработки изображений.
На первом этапе на рынок были выведены функции на основе видео — например, систем ночного видения, систем слежения за дорожной разметкой и распознавания дорожных знаков. На втором этапе функции, корректирующие динамику автомобиля через тормоза, рулевое управление и дроссельную заслонку (прежде всего при взаимодействии нескольких датчиков) открывают новые, эффективные перспективы для надежного предотвращения ДТП и смягчения их последствий.
В этом контексте в автомобильной системе выполняются две различные задачи. Когда требуется создать особенно контрастное, яркое изображение, необходимое в системах ночного видения, производится обработка изображения. Затем обработанное изображение выводится непосредственно на дисплей. Вторая задача предусматривает извлечение конкретного содержания изображения с помощью специальных алгоритмов (например, распознавание дорожных знаков). Принятую информацию можно затем использовать для предупреждения водителя сигналами на дисплее или активации соответствующих исполнительных органов.
Основные принципы фотосчитывания
Когда полупроводник освещается фотонами, создаются пары «электрон-дырка». Они, в свою очередь, генерируют электрическое поле, рекомбинируют и создают фотоэлектрический ток. Здесь показатель «квантовая эффективность η» описывает количество пар «электрон-дырка», создаваемых одним фотоном.
Практически все проникающие в полупроводник фотоны преобразуются в электрические заряды. Однако существует сильная спектральная зависимость от средней длины поглощения, в которой возникает это фотопреобразование. Коротковолновый свет в принципе поглощается на поверхности полупроводника, а длинноволновый проникает глубоко внутрь него. Поэтому изображения с большим содержанием волн красного и инфракрасного диапазонов (например, системы улучшения ночного видения) имеют гораздо меньший контраст, чем изображения, записанные в коротковолновой части спектра. Поэтому для систем ночного видения важно обрабатывать изображения в сторону улучшения контрастности. В системах любительского уровня перед камерой часто устанавливаются оптические фильтры для отсечки инфракрасной части спектра.
Фотоэлектрический ток растет пропорционально, на много порядков, падающему световому потоку и строго линеен в широком динамическом диапазоне. Именно это делает полупроводниковые фотодатчики такой привлекательной перспективой для многочисленных систем массового спроса и измерительных систем.
Двумя наиболее важными фоточувствительными полупроводниковыми структурами являются фотодиод (рис. «Фотодиод» ) и металлооксидный полупроводниковый конденсатор (МОП-конденсатор, рис. «МОП-канденсатор, работающий как интегрирующий фотодатчик» ), используемый в ПЗС-датчиках приборах с зарядовой связью. Обе эти полупроводниковых структуры изготавливаются по стандартным полупроводниковым технологиям.
Фотодиод состоит из сочетания полупроводниковых материалов с различными проводящими свойствами. В области пространственного заряда на стыке двух полупроводниковых материалов существует электрическое поле. В то же время область пространственного заряда имеет определенную емкость, обратно пропорциональную ее толщине. Фотодиоды типично заряжаются до определенного потенциала и затем подвергаются воздействию света. Теперь фотоэлектрически генерируемые заряды распространяются по всей области пространственного заряда и накапливаются в фотодиодном конденсаторе. Остаточное напряжение измеряется сразу после облучения фотодиода светом. Разница между этим напряжением и напряжением сброса является мерой падающего света.
МОП-конденсатор (рис. «МОП-канденсатор, работающий как интегрирующий фотодатчик» ) состоит из полупроводникового материала, покрытого тонким оксидным слоем. На оксидный слой наносится металлический проводящий слой. При подаче положительного напряжения на металлический электрод МОП-элемента под изолирующим оксидным слоем создается область пространственного заряда стационарных положительных зарядов. В случае падения света через прозрачный изолированный электрод (переднее облучение) или через подложку (заднее облучение) в этой зоне собираются фотоэлектрически генерируемые электроны без возможности рекомбинирования и опока.
Типичное значение емкости фотодиода и МОП-конденсатора составляет 0,1 фФ/мкм.
ПЗС-матрицы
Для изготовления датчиков формирования изображений многие фотодиоды или МОП-конденсаторы соединяются в матрицы с большим числом пикселов. В то время как выходные сигналы фотодиодов соответствуют мгновенным значениям светового потока (освещенности), следующие две структуры являются, по своей сути, интегрирующими. Их сигнал соответствует общему количеству фотонов, проникших в датчик за время освещения. Такие датчики, в основном, нужны для изготовления линейных или одноплоскостных матриц по принципу ПЗС (приборы с зарядовой связью, CCD).
В случае с этими р-гс-фотодиодами лишь небольшая часть р-я-перехода чувствительна к излучению из-за экрана с вакуумным напылением. Но фотоэлектрически генерируемые заряды распространяются по всей области пространственного заряда и накапливаются там (в МОП-конденсаторе). Когда канальный полевой униполярный МОП-транзистор закрыт, они могут опекать к совместно используемой сигнальной линии (видеовыходу). МОП-транзистором управляет генератор синхронизирующих импульсов через сдвиговый регистр (рис. «Линейное расположение фотодиодов с линией последовательного вывода«). Заряды, последовательно протекающие через видеовыход, являются мерой дозы излучения фотодиодов, активируемых в каждом случае.
Чтобы после облучения можно было сместить измерительный заряд по горизонтали, рядом с освещаемой зоной или коллекторным электродом располагаются дополнительные электроды, как показано на рис. «МОП-конденсатор с задней подсветкой и передающими электродами для переноса заряда«; вовремя интеграционной фазы они находятся на нулевом потенциале. Если затем увеличить потенциал бокового переходного электрода на положительное значение при одновременном уменьшении потенциала коллекторного электрода, то заряд можно сместить на соседний МОП-элемент, защищенный экраном от падения света.
Этот принцип переноса заряда формирует основу приборов с зарядовой связью. Согласно этому принципу аналоговые заряды можно смещать или передавать через многие станции до полного преобразования в конце цепочки преобразований посредством усилителя заряда, к примеру, в сигнал напряжения, который можно подать на быстрый аналогово-цифровой преобразователь.
Этот метод передачи заряда, который можно также рассматривать как аналоговый сдвиговый регистр, обеспечивает простую настройку длинных линейных множественных структур, а также матричных структур. Мельчайший элемент этих структур также называют пикселом (pixel, сокращение от picture element). На данный момент максимально возможное количество пикселов для линейных датчиков составляет около 6000, а у матричных — порядка 2000-2000, т.е. четыре миллиона. Сегодняшние датчики для формирования изображений в автомобилях работают с разрешением менее одного миллиона пикселов. Для более сложных автомобильных систем желательно иметь гораздо большее количество писелов. В камерах уровня потребительской электроники используются датчики с более чем 10 миллионами пикселов.
Ограничивается даже заряд, поглощаемый отдельными, интегрирующими ячейками. При превышении этого предела заряд может «перетечь» в соседние ячейки. Это также называют эффектом расплывания изображения, который в принципе ограничивает динамическую реакцию «светлый/темный» в ПЗС-технологии. Даже с дополнительными мерами против расплывания изображения эту динамическую реакцию едва удается увеличить сверх величины около 50 дБ без дополнительных мер, таких как регулируемые экран и время выдержки.
Как показано на рис. «Принцип работы ПЗС-матрицы«, создаваемые в фотодиоде фотоэлектрические заряды сначала смещаются из зоны экспозиции посредством перемещающихся электродов и управляющих сигналов в сторону, в столбцовую структуру. Затем заряды всех столбиков по тому же принципу одновременно смещаются вниз, где они рядами перетекают в горизонтальный «сдвиговый регистр». Оттуда они последовательно считываются и обрабатываются.
Сегодня ПЗС-матрицы — наиболее распространенная полупроводниковая технология с датчиками для формирования изображений. Однако ограниченная реакция «светлый/темный», относительно высокая потребляемая мощность по сравнению с другими технологиями при трех разных рабочих напряжениях, и ограниченный диапазон температур не позволили им получить широкого распространения в автомобилях.
КМОП-матрицы
Сегодня КМОП-матрицы являются более перспективным решением по сравнению с ПЗС-матрицами, и уже широко используются во многих областях. Здесь понятие «КМОП- матрица» может внести путаницу, потому что КМОП (сокращение от «комплементарный металлооксидный полупроводник») — это особая полупроводниковая технология. С другой стороны, ПЗС-матрица тоже содержит МОП-структуры (структуры металлооксидных полупроводников). КМОП-матрицы существенно отличаются от ПЗС-матриц не только технологией изготовления, но и рядом особенностей.
Пикселы здесь считываются не последовательно, а по аналогии с ячейкой памяти в оперативном запоминающем устройстве, могут активироваться по-отдельности, так как расположены в матричной структуре. С этой целью для каждого пиксела также интегрирована активная электроника (APS, активный датчик пиксела).
Интегрирующие фотодиоды не используются. Вместо них используются те, что в большой степени не зависят от времени выдержки.
Значения яркости не пропорционально преобразуются в электрические сигналы, а логарифмируются. Поэтому они имеют схожую характеристику с человеческим глазом. Только это позволило увеличить динамическую реакцию «светлый/темный» до более чем 100 дБ без дополнительных мер.
КМОП-матрицы реализуются не на основе стандартной КМОП-технологии. Вместо этого используется КМОП-технология, оптимизированная до фотоэлектрического элемента, который, благодаря гораздо меньшей потребляемой мощности, чем у ПЗС-матриц, позволяет добавлять на матричный чип другую активационную и оценочную электронику.
Поскольку время доступа к отдельным пикселам составляет порядка нескольких десятков нс, КМОП-матрицы допускают несколько более высокую частоту смены кадров, особенно при использовании возможности считывания только фрагментов изображения (субфрейминг), чего не позволяют сделать ПЗС-матрицы.
На рис. «КМОП-матрица» показан фрагмент структуры КМОП-матрицы. Отдельный пиксел состоит из фотодиода и канального полевого униполярного МОП-транзистора (M0SFET) в качестве переключающего элемента. Каждый пиксел можно индивидуально активировать и считывать с него сигналы через матричную структуру.
Все фотодиоды заряжаются до противодействующего напряжения смещения величиной около 5 В. Отдельные пикселы разряжаются до определенного напряжения под влиянием падающего света. Сигнал пискеля считывается путем активации соответствующих формирователей строк и столбцов, в результате чего создается проводное соединение от пиксела к выходному усилителю. Затем пиксел снова заряжается через это соединение до исходного противодействующего напряжения. Усилитель измеряет необходимый заряд для каждого пиксела. Это точно соответствует фотозаряду, накопленному пикселом. Таким образом, каждый пиксел можно считывать индивидуально, а время выдержки можно определить через внешнюю схему выборки адреса.
Эта APS-технология, при которой в матрицу интегрируется транзистор MOSFET, обеспечивает низкий уровень шумов. Самый простой пиксел APS состоит из фотодиода и трех MOSFET. Fla рис. «Схема пиксела HDRC в разрезе» схематично изображена структура пиксела HDRC (КМОП — технология с расширенным динамическим диапазоном). Светочувствительным элементом этого варианта КМОП-матрицы является фотодиод, поляризованный в направлении блокировки, последовательно соединенный с р-канальным МОП-транзистором (М1), работающим ниже напряжения открывания. Диодный ток, пропорциональный освещенности, также должен протекать через блокированный транзистор. Напряжение его потокового перехода UGs в широком диапазоне практически идеально логарифмически зависит от протекающего фототока. Два других транзистора М2 и М3 служат для развязки сигнала, подаваемого через мультиплексор на быстрый 10-битный аналого-цифровой преобразователь.
Технология определения дальности
Формирователи изображений для определения дальности — это датчики, все еще находящиеся на стадии разработки, сочетающие характеристики лидаров и видеокамер. Их можно считать видеодатчиками с дополнительной функцией измерения расстояния до ближайшего объекта каждым пикселом камеры. Наиболее известной технологией в современном автомобилестроении является фотонное смешивающее устройство (PMD).
Находящийся перед автомобилем объект подвергается модулированному облучению светодиодами в диапазоне, близком к инфракрасному. Для принятого фоточувствительным датчиком сигнала также оценивается время его распространения. Это создает трехмерное изображение окружающей автомобиль обстановки. Если все еще существующие проблемы можно преодолеть, то технологию PMD следует рассматривать как серьезную альтернативу другим датчикам в коротком и среднем диапазонах дальности.