沈紅雷

摘要：一種能準(zhǔn)確判斷狹窄道路汽車(chē)是否能通過(guò)的裝置，由激光傳感器、超聲波傳感器、接受器、報(bào)警電路模塊組成，其特征在于：激光發(fā)射與接收裝置發(fā)出并接收激光，信號(hào)處理電路判斷是否同時(shí)收到兩束激光，如果沒(méi)有收到，則發(fā)送信號(hào)給報(bào)警電路模塊，提示安全通過(guò)，如果同時(shí)收到兩束激光則發(fā)送信號(hào)給報(bào)警電路模塊提示不可通過(guò)。本設(shè)計(jì)解決了目前汽車(chē)駕駛員判斷道路寬窄用目測(cè)法誤差較大之不足，具有結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，投入成本低，使用方便，節(jié)約時(shí)間，使用壽命長(zhǎng)，可廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型汽車(chē)，有廣闊的市場(chǎng)前景等諸多優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】限高限寬 障礙檢測(cè) 報(bào)警

1 概述

1.1 設(shè)計(jì)背景技術(shù)

在二十一世紀(jì)，汽車(chē)已經(jīng)成為了人們普遍的交通工具，每一個(gè)有車(chē)的人都很愛(ài)惜自己的愛(ài)車(chē)，一旦有什么漆掉了，或者是哪里被刮花了，都覺(jué)得很心疼。然而當(dāng)車(chē)子進(jìn)入到一些偏遠(yuǎn)的小村莊或者是一條狹窄的小道，也許就會(huì)因?yàn)闆](méi)有能正確判斷道路的寬窄就直接通過(guò)，使得車(chē)子被刮花，刮花后還要進(jìn)行打磨噴漆等汽車(chē)美容處理，汽車(chē)美容費(fèi)相對(duì)來(lái)說(shuō)也是一筆不小的數(shù)目，畢竟這也算是一筆不必要的支出。如果司機(jī)下車(chē)查看目測(cè)完之后再進(jìn)行駕駛，也會(huì)浪費(fèi)一些時(shí)問(wèn)的。還有可能在未提前判斷并及時(shí)掉頭的情況下，但是后而卻已經(jīng)有車(chē)跟上來(lái)，導(dǎo)致交通堵塞，如果一不小心，甚至?xí)c后而緊隨的車(chē)輛發(fā)生交通事故。雖然目前已經(jīng)由限寬限高的專(zhuān)利出現(xiàn)，但是它們主要是在道路上安裝設(shè)施來(lái)判斷汽車(chē)是否能安全通過(guò)。這種產(chǎn)品也有很多不足之處一一它一般只安裝在車(chē)流量比較大的場(chǎng)合，但是對(duì)于千變?nèi)f化的鄉(xiāng)村道路來(lái)說(shuō)，則很難實(shí)現(xiàn)，而且就算是安裝在鄉(xiāng)村，也會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)大的財(cái)力。

1.2 具有信息存儲(chǔ)功能的手機(jī)移動(dòng)電源設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)的目的在于克服了現(xiàn)在社會(huì)上對(duì)于道路寬窄判斷不準(zhǔn)確的情況，提供了一種能夠即時(shí)判斷出道路寬窄，并且發(fā)送一個(gè)報(bào)警信息讓駕駛員能提前做出選擇的判斷裝置。

本設(shè)計(jì)的目的是采用了以下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種能準(zhǔn)確判斷狹窄道路汽車(chē)是否能通過(guò)的裝置，由激光傳感器、超聲波傳感器、接受器、報(bào)警電路模塊組成，其特征在于：車(chē)子每一側(cè)離地而高低不同處各裝一個(gè)激光發(fā)射接收器件，共有4個(gè)激光發(fā)射接收器件，均安裝在汽車(chē)相應(yīng)高度的最寬兩側(cè)，用于檢測(cè)高低不等的道路障礙物，作出判斷并播報(bào)道路寬窄信息讓駕駛員能提前做出選擇，并確保汽車(chē)能安全通過(guò)。

同時(shí)，在汽車(chē)的前后兩端同時(shí)也裝有超聲波傳感器。當(dāng)汽車(chē)向前行駛時(shí)，前超聲波傳感器正常工作，向前方發(fā)射超聲波并接收，以檢測(cè)本車(chē)輛與前方車(chē)輛的距離，如果收到的檢測(cè)結(jié)果超過(guò)預(yù)先設(shè)定的距離，則報(bào)警提示車(chē)距過(guò)窄；反之，如果未超過(guò)預(yù)先設(shè)定的距離，則不報(bào)警。當(dāng)汽車(chē)倒車(chē)行駛時(shí)（一般為倒車(chē)入庫(kù)），后超聲波傳感器正常工作，向后方發(fā)射超聲波并接收，以檢測(cè)本車(chē)輛與后方障礙物之問(wèn)的距離，如果測(cè)量值超過(guò)預(yù)先設(shè)定值，則報(bào)警提示：如果測(cè)量值未超過(guò)預(yù)先設(shè)定值，則不報(bào)警，可正常行駛。

本設(shè)計(jì)提供的具有車(chē)距檢測(cè)的道路限高限寬裝置，具有相對(duì)其他產(chǎn)品的一些優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單：

（2）投入成本低；

（3）使用方便：

（4）節(jié)約時(shí)問(wèn)：

（5）使用壽命長(zhǎng)；

（6）可廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型汽車(chē)，有廣闊的市場(chǎng)前景。

2 具有車(chē)距檢測(cè)的道路限高限寬裝置工作詳述

2.1 限高限寬工作詳述

如圖1所示，圖為限高限寬工作框圖，我們可以看到，當(dāng)激光發(fā)射器與接收裝置正常工作時(shí)，會(huì)一直發(fā)射激光以檢測(cè)道路情況。信號(hào)處理電路用來(lái)處理接收到的反饋激光，如未收到反饋激光或者只收到一條反饋激光，則不足以觸動(dòng)報(bào)警電路，駕駛員可以正常行駛；如果檢測(cè)到了兩條反饋激光，信息處理電路則會(huì)觸動(dòng)報(bào)警電路，發(fā)出報(bào)警聲音以提示駕駛員不可行駛。

2.2 車(chē)距檢測(cè)工作詳述

如圖2所示，為車(chē)輛車(chē)距檢測(cè)工作框圖。當(dāng)車(chē)輛向前行駛時(shí)，前方超聲波傳感器正常工作，發(fā)射超聲波并接收，信息處理電路根據(jù)反饋回來(lái)的超聲波，判斷本車(chē)輛與前方車(chē)輛或者是障礙物的距離，如果該距離小于設(shè)定距離，則報(bào)警提示駕駛員減速慢行，以免發(fā)生交通事故；如果該距離大于設(shè)定距離，則不報(bào)警，駕駛員正常行駛。反之，當(dāng)?shù)管?chē)行駛時(shí)，后方超聲波傳感器正常工作，發(fā)射超聲波并接收，當(dāng)測(cè)量距離大于設(shè)定距離，則可以正常倒車(chē)：如果測(cè)量距離小于設(shè)定距離，則報(bào)警提示駕駛員不要再倒車(chē)，以免發(fā)生碰撞。

PS：前行傳感器設(shè)定距離與倒車(chē)傳感器設(shè)定距離可為不同值。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 激光傳感器

3.1.1 激光傳感器的定義

激光傳感器：是一種利用激光的發(fā)射與回傳來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器裝置。

激光傳感器一般由激光器、激光檢車(chē)器（接收器）以及信號(hào)檢測(cè)電路組成。

激光傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)量反應(yīng)速度快，量程大，抗干擾能力強(qiáng)等等，不過(guò)相對(duì)一些老式的傳感器來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)量，這為很多的測(cè)量都提供了不小的便利。

3.1.2 激光傳感器的分類(lèi)

激光傳感器按照工作物質(zhì)來(lái)分，一般可以分為4類(lèi)。

（1）固體激光器；

（2）液體激光器；

（3）氣體激光器；

（4）半導(dǎo)體激光器。

顧名思義，這些激光器都是以他們的工作物質(zhì)來(lái)命名的。而其中最常用的激光器要屬固體激光器和半導(dǎo)體激光器，比如固體激光器中的公報(bào)是激光器、YAG激光器等等：再比如半導(dǎo)體激光器中的砷化鎵激光器。

3.2 超聲波傳感器

3.2.1 超聲波傳感器的定義和分類(lèi)

（1）超聲波傳感器的定義。超聲波傳感器：是一種利用超聲波的發(fā)射與接收來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器裝置。endprint

超聲波傳感器也就是超聲波探頭，一般來(lái)說(shuō)，較為常用的材料為壓電晶片，壓電晶片既可以發(fā)射超聲波，也可以接收反饋的超聲波。

（2）超聲波傳感器的分類(lèi)。按照其結(jié)構(gòu)的不同，我們可以將超聲波探頭分為縱波探頭、橫波探頭、表而波探頭、蘭姆波探頭等等。

3.2.2 超聲波傳感器的工作原理

當(dāng)超聲波傳感器正常工作時(shí)，有壓電晶片通過(guò)機(jī)械振蕩，將電能轉(zhuǎn)化成超聲波（也叫做超聲波發(fā)送器），再將超聲波發(fā)射出去，向周?chē)椛?。?dāng)接觸到目標(biāo)是產(chǎn)生回饋，壓電晶片接收到超聲波時(shí)，再將超聲波轉(zhuǎn)化成電能（也叫做超聲波接收器）。

3.3 激光傳感器與超聲波傳感器的比較

激光傳感器與超聲波傳感器同屬于傳感器，也是各有所長(zhǎng)。那么我將從幾方而來(lái)比較一下這兩個(gè)傳感器的性能。

3.3.1 從測(cè)量速度方而來(lái)比較

激光傳感器的測(cè)量速度要比超聲波傳感器快上很多，畢竟一個(gè)是光速，一個(gè)是音速。

3.3.2 從抗干擾能力方而來(lái)比較

激光傳感器相對(duì)來(lái)說(shuō)，抗光干擾的能力相對(duì)較弱，而超聲波傳感器的卻也容易被空氣中的雜質(zhì)影響，導(dǎo)致測(cè)量的失誤，不過(guò)相對(duì)來(lái)說(shuō)，超聲波傳感器的穩(wěn)定性還是要強(qiáng)一點(diǎn)的。

3.3.3 從測(cè)量距離方而來(lái)比較

激光傳感器的量程較大，但是其測(cè)距能力較弱，因?yàn)楣馑偬斓脑?，激光傳感器往往不能在短時(shí)問(wèn)內(nèi)準(zhǔn)確地記錄下發(fā)射激光到接收激光的時(shí)問(wèn)，也會(huì)使得測(cè)距的不準(zhǔn)確；而相對(duì)來(lái)說(shuō)，超聲波傳感器的測(cè)距則顯得十分精準(zhǔn)，并且其方向性很好，可以定向傳播。

3.3.4 再?gòu)男詢r(jià)比方而來(lái)比較

激光傳感器的電路較為簡(jiǎn)單，有一些基礎(chǔ)的同學(xué)都是可以自己做出來(lái)的，并且價(jià)格低廉：而超聲波傳感器的價(jià)格相對(duì)較貴，不可能大量使用。

3.4 激光傳感器與超聲波傳感器工作框圖解析

如圖3所示，為激光傳感器與超聲波傳感器工作框圖，因?yàn)榧す鈧鞲衅髋c超聲波傳感器均為測(cè)距傳感器，所以其工作框圖也差不多，這邊列舉一種統(tǒng)一的框圖以作說(shuō)明。

當(dāng)傳感器開(kāi)始工作時(shí)，由單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給定時(shí)器，過(guò)一定時(shí)問(wèn)之后，傳感器發(fā)射信號(hào)，如果遇到障礙物，則反饋信號(hào)；當(dāng)接收器接到反饋信號(hào)后，由信號(hào)處理電路進(jìn)行放大處理，再交由單片機(jī)判斷傳感器狀態(tài)，如有障礙物，則發(fā)出報(bào)警聲音提醒駕駛員。

3.5 具有車(chē)距檢測(cè)的道路限高限寬裝置示意圖及參數(shù)

如圖4所示，為具有車(chē)距檢測(cè)的道路限高限寬裝置示意圖。其中點(diǎn)1、點(diǎn)2均為ZYT-0100激光測(cè)距傳感器，用于實(shí)現(xiàn)限高限寬功能，這種激光傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）測(cè)量的距離為0.1-150米；

（2）測(cè)量的精度相對(duì)較高，只有+2毫米；

（3）測(cè)量速度快，可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的物體，在我們這個(gè)課題中，因?yàn)檐?chē)子是不斷行駛的，所以連續(xù)測(cè)量對(duì)本課題是極為重要的：

（4）可以在惡劣環(huán)境中工作，耐高溫，使用壽命較長(zhǎng)，為50000小時(shí)以上；

（5）供電電壓在10V到24V之間，功率消耗為1W。

ZYT-0100激光測(cè)距傳感器分別裝在汽車(chē)兩側(cè)的最外側(cè)與最高處，共計(jì)四個(gè)傳感器，這樣可以在較遠(yuǎn)的距離測(cè)量前方狀況，因?yàn)閭鞲衅餮b在車(chē)輛最外側(cè)，所以當(dāng)傳感器未接收到回饋信號(hào)時(shí)，說(shuō)明前而并沒(méi)有可以阻擋車(chē)輛行駛的障礙物，車(chē)輛則可以正常行駛。

另外，點(diǎn)3、點(diǎn)4為KT40-1001A超聲波傳感器，用于實(shí)現(xiàn)車(chē)距檢測(cè)功能，這種超聲波傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）測(cè)量距離為0.1-3米，與正常車(chē)距所匹配；

（2）尺寸小，重量輕，方便安裝；

（3）正常使用溫度為-40到85℃；

（4）靈敏度高，可以精確測(cè)量車(chē)問(wèn)距。

KT40-1001A超聲波傳感器分別裝在汽車(chē)前端與后端，共兩個(gè)，負(fù)責(zé)車(chē)距檢測(cè)功能。

3.6 總電路示意圖及解析

如圖5所示，為總電路示意圖。其中，將超聲波發(fā)射電路接在P1.0口上，由單片機(jī)向超聲波發(fā)射電路輸送一個(gè)40KHZ的信號(hào)，并且開(kāi)始技術(shù)，當(dāng)超聲波發(fā)射后，由超聲波接收電路接收反饋，若頻率在38 kHz至40 kHz左右，則超聲波接收電路輸出到P1.4口低電平，否則輸出高電平，在接收到信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí)，并計(jì)算所測(cè)距離；當(dāng)所計(jì)算出來(lái)的距離小于正常車(chē)距，則接在單片機(jī)P1.7口的蜂鳴器工作，直至車(chē)距正常；激光傳感器電路則是接在PO.O上，由PO.O控制激光的發(fā)射和接收信號(hào)的反饋若接收到反饋信號(hào)，則蜂鳴器工作，直至前方無(wú)障礙物。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 具有車(chē)距檢測(cè)的道路限高限寬裝置工作流程圖解析

如圖6所示，為具有車(chē)距檢測(cè)的道路限高限寬裝置工作流程圖。當(dāng)該裝置開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，激光發(fā)射器與超聲波發(fā)射器分別發(fā)射信號(hào)，并進(jìn)行檢測(cè)，由接收器來(lái)檢測(cè)是否收到反饋信號(hào)，如果為收到反饋信號(hào)，則重新檢測(cè)，直到接收到反饋信號(hào)時(shí)，警報(bào)聲響，直到無(wú)信號(hào)反饋。

5 結(jié)論

所以在本次設(shè)計(jì)中，我在限高限寬中使用的是激光傳感器，因?yàn)槠淞砍梯^大，可以在較遠(yuǎn)的位置就給駕駛員發(fā)出報(bào)警提示，節(jié)省了時(shí)問(wèn)；而車(chē)距檢測(cè)則是用的超聲波傳感器，因?yàn)槠渚嚯x測(cè)量較為準(zhǔn)確，可以精確控制，防『r發(fā)生不必要的意外。

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