利用电磁感应研发“误踩油门当刹车”智能识别系统

邵思涛

(华峰中学，广东 广州 510356)

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.

参考文献：

[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.