بخشی از مقاله
چکیده — این مقاله طرح سیستمی بر پایه ي میکروکنترلر ARM و سنسور اولتراسونیک را ارائه می نماید که وظیفه ي آن کاهش احتمال برخورد وسائل نقلیه عبوري با درب خودرویی است که سرنشینان آن قصد پیاده شدن از آن را دارند. هدف نخست این مقاله نگاشت محیط اطراف خودرو توسط سنسورهاي تعبیه شده است و داده هاي سنسورها توسط میکروکنترلر فیلتر و پردازش شده و با الگوریتمی که ارائه گردیده، میزان ریسک خطر محاسبه و بر اساس آن اخطارهاي لازم صادر می گردد.
1 مقدمه
نگاشت محیط براي حفظ امنیت سرنشینان خودرو در هنگام پیاده شدن صورت مساله این مقاله است. بحث اصلی این است که چگونه اطلاعات جمع آوري شده و درون یک الگوریتم تشخیص و کنترل خطر به کار رود. کاربرد نهایی در بررسی شرایط اطراف خودرو درون محیطهاي ناشناخته با هدف خروج ایمن سرنشینان با استفاده از سنسورهاي خارجی است.
تمرکز اصلی این مقاله بر روي دقت تخمین ریسک به وسیله ي الگوریتم هاست در حالی که محصول خروجی ارزان، کارا و مطمئن باشد. سنسور پیشنهادي از نوع اولتراسونیک بوده که بر اساس روش TOF - زمان پرواز - اقدام به ارسال پالس صوتی - با فرکانس بین 40 کیلوهرتز تا چندین مگاهرتز - و دریافت اکوي بازگشتی می کند. فاصله مابین سنسور و جسم مورد نظر نیز از زمان بین این ارسال و دریافت محاسبه می گردد.
.2 سابقه ي تحقیق
یانبین، هونگ و هائو [1] به ارائه ي طراحی و شبیه سازي محدوده یاب اولتراسونیک بر پایه ي میکروکنترلر پرداخته اند. هدف اصلی مطالعه صورت گرفته توسط ایشان تخمین مدار سخت افزار و طراحی نرم افزار اصلی است. عملکرد اصلی محدوده یاب ارائه شده محاسبه ي فاصله در محدوده ي 6 متري است. مشخصات آن بدین صورت است : مدار الکتریکی ساده است و حجم آن کوچک است. با استفاده از تکنولوژي میکروکنترلر، قابلیت اطمینان بالا و دقت اندازه گیري به دست آمده است.
ژئونگ، چوي، و همکارانشان [2] در مقاله اي مبحث طراحی و پیاده سازي کم هزینه ي سیستم کمکی پارك موازي بر پایه ي سنسور اولتراسونیک آن را مطرح نموده اند. مفاهیم این مقاله با مفاهیم مورد نظر طرح پیشنهادي نزدیک می باشد . سیستمی که نام آن را به اختصار PPAS گذارده و بیان نموده اند که این سیستم چند نوع متفاوت از سنسورها از جمله سنسورهاي اولتراسونیک ، رادار، لیزر و دوربین را نیاز دارد تا بتواند فضاي پارك را تشخیص دهد.
در این مقاله براي پیدا کردن اطلاعات موقعیت خودرو از سرعت چرخش خودرو و زاویه ي دید سنسور استفاده شده است. معماري سخت افزار پیشنهادي شامل یک ماژول واحد کنترل الکترونیکی، ماژولهاي سنسورها و یک ماژول واسط ماشین انسان می باشد. معماري نرم افزاري PPAS بر پایه ي تنظیمات اولیه ي سیستم، زمان بندي، تشخیص و الگوریتم کنترل می باشد.
چانگ و همکارانش [3] نیز طراحی و پیاده سازي یک کنترل کننده ي پارك خودکار هوشمند - - APC – Autonomous parking controller را ارائه نموده و آن را در یک ربات متحرك خودرو-سان - -CLMR – Car - like mobile robot تکمیل نموده اند. این خودرو این کارکرد را دارد تا محیط اطراف را با سنسورهاي مادون قرمز و اولتراسونیک تخمین بزند.
در زمینه استفاده از ماژول هاي اولتراسونیک عزیزا زکی، اساما عرافا و صنا عامر مقاله اي ارائه نموده اند و یک سیستم رباتیک موقعیت یابی و پرهیز از موانع را با استفاده از سنسور اولتراسونیک پیشنهاد داده اند.[4] نویسندگان این مقاله اشاره نموده اند بیشتر سیستم هاي رباتیک از چندین سنسور استفاده می نمایند. سنسورها به صورت ترکیبی یا افزونه استفاده می شوند تا بیشترین پوشش را ارائه نمایند. هدف ترکیب اطلاعات به یک فرم قابل استفاده، انجام تصمیم گیري هاي مرتبط با ناوبري می باشد . براي کاهش خطاهاي موقعیت یابی عمدتا سنسورهاي اولتراسونیک به دلیل فراهم آوردن اطلاعات مناسب فاصله بر اساس زمان پرواز - - TOF مورد استفاده قرار می گیرند
.3 مشخصات فنی
تعداد چهار تا شش عدد سنسور اولتراسونیک براي نگاشت اطراف خودرو - شکل - 1 بسته به صندوقدار یا هاچ بک بودن آن استفاده می گردد. میکروکنترلر دادههاي این سنسورها را گرفته، پردازش و فیلتر نموده و بر اساس آن ها تصمیمگیري می نماید.
.4 طراحی سیستم
بلوك دیاگرام شکل 2 ساختار سیستم پیشنهادي را ارائه می کند. هنگامی که تغذیه برد را روشن نماییم میکروکنترلر پایه ي تریگر سنسور را فعال نموده و سپس منتظر اکوي بازگشتی از سنسور مانده و بر اساس زمان برگشت اکو فاصله را محاسبه میکند. احتمال دریافت نویز در اطلاعات سنسور نیاز به طراحی فیلتري براي حذف آن ها را نشان می دهد. داده هاي دریافتی از سنسور به صورت نرم افزاري طبق الگوریتم زیر فیلتر می گردد:
1. مقادیر دریافتی فاصله شش بار خوانده می شود.
2. این مقادیر به صورت صعودي مرتب می گردند.
3. مقادیر مینیمم و ماکزیمم حذف می گردد.
4. چهار عدد باقیمانده جمع شده و میانگین گیري می شود. خروجی این الگوریتم در برنامه مورد استفاده قرار میگیرد. براي محاسبه میزان خطر موجود براي سرنشینان هر سمت الگوریتمی پیشنهاد می گردد که در آن سرعت وسیلهي خطرزا و فاصلهي آن محاسبه شده و بر اساس روابط الگوریتم به یک عدد ریسک کلی دست یافته و بر اساس آن اخطار متناسب فعال می شود. شکل 3 خروجی این الگوریتم براي نسبت ریسک محاسبه شده ي فاصله و ریسک کلی که میانگین ریسک فاصله و ریسک سرعت را نشان میدهد. نمودارهاي نمایش داده شده در سرعت و فاصله ثابت به صورت خطی نشان داده شده است. در صورت متغیر بودن هر دو نمودار از حالت خطی خارج خواهد شد.
.5 نتیجهگیري
سیستم مذکور با استفاده از داده هاي سنسورهاي اطراف خودرو و بر اساس الگوریتم مورد نظر میزان ریسک خطر را محاسبه کرده و با ارسال اخطار متناسب به سرنشین، خطرات ناشی از پیاده شدن ناگهانی آن را کاهش می دهد. سیستم مذکور با قطعات ارزان، در دسترس و با مدار ساده اي طراحی شده و کارایی بالایی را در ازاي هزینه ي به صرفه ارائه می کند. در ادامه شکل هاي 7،6 و 8 همان نمودار هاي 4،3 و 5 بوده که این بار در سرعت متغیر و فاصله ي ثابت 6 متر محاسبه شده است.
