利用電磁感應(yīng)研發(fā)“誤踩油門當剎車”智能識別系統(tǒng)

邵思濤

(華峰中學(xué)，廣東 廣州 510356)

現(xiàn)實生活中有許多誤踩油門當剎車的案例，其共性都是快速踩下油門踏板. 為避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，特利用電磁感應(yīng)研發(fā)了“誤踩油門當剎車”的智能識別系統(tǒng).

1 第一代實驗原理與裝置

1.1 設(shè)計方案

人教版初中物理有關(guān)于電磁繼電器應(yīng)用的例題，以此為借鑒設(shè)計了防止誤踩油門當剎車的實驗方案.

在油門連桿上安裝磁鐵，磁鐵穿過固定在車體上的線圈，踩踏油門時，線圈就會切割磁感線而產(chǎn)生電流. 在正常情況下，油門都是緩慢踩下的，感應(yīng)電流小，電磁鐵無力吸引銜鐵下落，發(fā)動機正常工作. 誤將油門當剎車時，快速踩下，線圈中就會感應(yīng)出很大的電流，電磁鐵吸引銜鐵下落，切斷發(fā)動機火花塞的總電源，同時接通剎車油管電磁閥剎車.

1.2 實驗器材

0.2 mm漆包銅線1 kg，強磁鐵2條，焊錫絲1卷，電烙鐵1個，熱熔膠槍1個，指針式萬用表1個，12 V電源1個，12 V中繼電磁繼電器2個，12 V電動機1個，指示燈5個，12 V電磁閥1個，鍍錫萬能線路板若干,電腦1臺，單片機燒錄軟件、硬件，單片機芯片若干，各類電容、電阻、二極管、三極管若干.

1.3 實驗過程

按照如圖1所示的電路圖組裝好線圈、電磁繼電器、電動機和電燈，開始實驗，無論多么快速插入磁鐵，電磁繼電器都不吸合，又更換了強磁鐵，還是失敗.

圖1 第一代實驗裝置示意圖

實驗過程中發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電壓最大值為1.8 V，而繼電器額定電壓是12 V，如此低的電壓，怎么能夠把銜鐵吸引下來？即便吸引下來，由于此電壓很短暫，銜鐵也很快被釋放，不能鉗位在下方. 為此，對該裝置進行了改進.

2 第二代實驗原理與裝置

2.1 單片機控制系統(tǒng)

在圖1電路中串聯(lián)了單片機，利用感應(yīng)電壓的大小觸發(fā)單片機， 單片機得到指令會動作，從而控制電磁鐵的吸合與釋放，自動切斷發(fā)動機火花塞點火電路，同時接通剎車閥，直至解鎖.

考慮到釋放油門踏板時都是快速抬腳，踏板彈起太快會引起誤觸發(fā)，在信號輸入端串聯(lián)二極管D，它具有單向?qū)щ娦?，電位器R粗調(diào)踩踏油門的速度起控點，電位器R1微調(diào)踩踏油門的速度起控點.

實驗裝置還增加了3個傳感器：

1)利用雷達波探頭判斷前方是否有障礙物，從2號門輸入指令；

2)利用熱紅外探頭判斷前方是否有熱源(人或動物)，從3號門輸入指令；

3)利用漫反射探頭判斷前方是否有溝壑，從4號門輸入指令.

需要使用該系統(tǒng)時，閉合開關(guān)K，系統(tǒng)處于監(jiān)控狀態(tài)；不需要時，斷開開關(guān)K，不影響原車的任何性能.

第二代實驗裝置電路圖如圖2所示，實物圖如圖3所示.

圖2 第二代實驗裝置電路圖

圖3 第二代實驗裝置實物圖

2.2 組裝

1)將鍍錫萬能板焊接成與原理圖一致的線路板，元件焊接在線路板上，制成主控板.

2)用牙膏的包裝盒作原料制作內(nèi)徑比條形磁鐵的外徑稍大的骨架，在上面繞漆包線，制作成1 000匝的線圈.

3)用鋁合金制作油門踏板.

4)用熱熔膠把主控板、電動機、指示燈、電磁閥、線圈、油門踏板等固定在鈣塑底座上.

5)按照原理圖將各個部分連接起來.

3 調(diào)試步驟

1)燒錄單片機控制程序：電源電壓為12 V，觸發(fā)電壓為3 V，輸出電壓保持在12 V直至切斷電源為止.

2)先將R1旋轉(zhuǎn)到阻值最小，再調(diào)節(jié)R，使1門的靜態(tài)電壓是2.9 V，接近觸發(fā)電壓.

3)條形磁鐵安裝在踏板下，快速按下踏板. 如果單片機不動作，則反轉(zhuǎn)磁鐵的N，S極，使“感應(yīng)電流”和R提供的“預(yù)設(shè)電流”正向疊加，1門電壓超過3 V就會觸發(fā)單片機發(fā)出動作指令.

4)調(diào)節(jié)R1，可以改變踏板下落的起控值，改變靈敏度.

5)2號門接入雷達波傳感器，調(diào)節(jié)R2，探測10 m內(nèi)障礙物.

6)3號門接入熱紅外傳感器，調(diào)節(jié)R3，探測10 m內(nèi)熱源.

7)4號門接入漫反射傳感器，調(diào)節(jié)R4，探測10 m內(nèi)溝壑.

8)斷開總開關(guān)K，電動機和指示燈應(yīng)該一直工作.

4 實驗效果

此系統(tǒng)采用電子識別，與機械式相比，具有體積小、反應(yīng)快、靈敏度高等優(yōu)點，把它安裝在私家車上實驗，“誤踩油門當剎車”的設(shè)計完全能達標. 但是后來添加的雷達波、紅外線和漫反射傳感器在車流比較多處要關(guān)閉，因為10 m以內(nèi)的干擾比較多，誤觸發(fā)關(guān)閉發(fā)動機反而帶來麻煩.

參考文獻：

[1] 課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心. 物理(九年級)[M]. 北京：人民教育出版社,2013:132.