張哲 陳麗銀 汪棟 覃耀 黃世玲

摘 要：以Arduino UNO芯片為核心，結(jié)合人體探測(cè)模塊和超聲波模塊，設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)安全駕駛輔助裝置。通過(guò)Arduino IDE軟件對(duì)Arduino UNO芯片進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體探測(cè)模塊和超聲波模塊所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理后的信號(hào)發(fā)送給LCD1602液晶進(jìn)行顯示和蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。本產(chǎn)品具有成本低且可靠性高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：Arduino UNO芯片；紅外人體探測(cè)；超聲波測(cè)距；駕駛輔助裝置

中圖分類(lèi)號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）28-0049-02

Abstract： With the Arduino UNO chip as the core， and based on the human detection module and ultrasonic module， a vehicle safety driving assistant device is designed. The Arduino UNO chip is programmed by Arduino IDE software to process the data collected by human detection module and ultrasonic module， and the processed signals are sent to LCD1602 liquid crystal for display and buzzer alarm. This product has the characteristics of low cost and high reliability.

Keywords： Arduino UNO chip； infrared human detection； ultrasonic ranging； driving assist device

1 概述

近些年，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)運(yùn)輸?shù)男枰笮蛙?chē)輛的數(shù)量持續(xù)上升，從而導(dǎo)致了大型車(chē)輛事故不斷發(fā)生，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)還引發(fā)嚴(yán)重人員傷亡。其中，由于大型車(chē)輛車(chē)駕駛員注意力不集中、輪內(nèi)輪差以及后視鏡盲區(qū)等問(wèn)題的存在，很可能會(huì)與行人在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候發(fā)生碰撞事故，造成十分嚴(yán)重的后果。因此，作為一種能有效降低交通事故發(fā)生率的汽車(chē)安全駕駛輔助技術(shù)越來(lái)越多的受到人們關(guān)注[1]。目前在各種汽車(chē)安全駕駛的輔助技術(shù)中，存在行車(chē)記錄儀和倒車(chē)?yán)走_(dá)。行車(chē)記錄儀現(xiàn)已具有較為先進(jìn)的技術(shù)性能，卻只能停留在記錄部分行車(chē)數(shù)據(jù)上[2]。而倒車(chē)?yán)走_(dá)需要時(shí)常去清潔，受雨雪、冰雪或泥水覆蓋傳感器時(shí)，傳感器就會(huì)失靈[3]。隨著科技的發(fā)展，本設(shè)計(jì)利用人體探測(cè)模塊和超聲波模塊作為傳感器，并采用復(fù)合算法，使報(bào)警的準(zhǔn)確性大大提高。

2 總體方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖1所示，分為人體探測(cè)模塊、超聲波模塊和以Arduino UNO為核心的三個(gè)部分。蜂鳴器和液晶顯示器接在Arduino UNO上，超聲波模塊和人體探測(cè)模塊所采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)Arduino UNO分析處理后顯示在液晶顯示器上，并判定蜂鳴器是否應(yīng)該發(fā)出警報(bào)，從而提醒駕駛員注意盲區(qū)有人。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 人體探測(cè)模塊介紹

本設(shè)計(jì)采用人體探測(cè)模塊的型號(hào)為DYP-ME003，它具有以下功能特點(diǎn)：

（1）全自動(dòng)感應(yīng)：當(dāng)感應(yīng)范圍內(nèi)探測(cè)到有人時(shí)輸出高電平， 感應(yīng)范圍探測(cè)人離開(kāi)后則自動(dòng)進(jìn)行延時(shí)并關(guān)閉高電平，輸出低電平。

（2）兩種觸發(fā)方式：（通過(guò)跳線選擇）

a.不可重復(fù)觸發(fā)方式：檢測(cè)到人體輸出的高電平后，當(dāng)延遲時(shí)間結(jié)束時(shí)，輸出將自動(dòng)由高電平向低電平轉(zhuǎn)變。

b.可重復(fù)觸發(fā)方式：探測(cè)到人輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間內(nèi)，如果有人仍在其感應(yīng)范圍內(nèi)，輸出將保持高電平，只有當(dāng)人離開(kāi)后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

（3）工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓 DC4.5V-20V。

（4）低功耗：靜態(tài)電流<50μA，非常適用于干電池供電的自動(dòng)控制產(chǎn)品。

（5）輸出高電平信號(hào)：易于與各種電路連接。

3.2 超聲波模塊介紹

本設(shè)計(jì)中使用的超聲波模塊為HC-SR 04，該模塊可檢測(cè)出2cm～400cm的非接觸距離，測(cè)距精度可達(dá)3mm。該模塊包括控制電路、超聲波發(fā)射機(jī)和接收器。其基本工作原則如下：

（1）采用單片機(jī)的I/O端口觸發(fā)模塊控制觸發(fā)范圍，給出10 US以上的高電平信號(hào)。

（2）該模塊可自動(dòng)發(fā)射頻率為40khz的8個(gè)方波，并自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)是否返回。

（3）通過(guò)單片機(jī)的IO口ECHO 輸出高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間為超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340M/S））/2。

3.3 液晶顯示器介紹

LCD 1602液晶廣泛應(yīng)用。原有的LCD 1602液晶采用HD 44780控制器?，F(xiàn)在各廠商的LCD 1602模塊基本兼容，所以特點(diǎn)基本相同。其主要技術(shù)參數(shù)有：

4 ARDUINO UNO程序設(shè)計(jì)

4.1 開(kāi)發(fā)工具介紹

Arduino是一款開(kāi)源電子原型平臺(tái)，具有便捷靈活、方便上手的優(yōu)點(diǎn)。其分為硬件（各種型號(hào)的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。于2005年冬季由一個(gè)歐洲開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)。

該開(kāi)發(fā)平臺(tái)具有特點(diǎn)如下：

（1）跨平臺(tái)：Arduino IDE在三大操作系統(tǒng)MacintoshOS、Linux和WindowsX上工作得很好，與大多數(shù)只能在Windows上開(kāi)發(fā)的控制器不同。

（2）簡(jiǎn)單明了：基于ProcessingIDE開(kāi)發(fā)的Arduino IDE。相對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，有足夠的靈活性，同時(shí)也很容易掌握。Arduino語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)是以布線語(yǔ)言為基礎(chǔ)的，它是AVR-GCC庫(kù)的二次封裝，不需要太多的編程基礎(chǔ)和單片機(jī)基礎(chǔ)，通過(guò)簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)后，你也可以快速的進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

（3）開(kāi)放：Arduino的硬件電路圖、原理圖、IDE軟件和核心庫(kù)文件都是開(kāi)源的，原始設(shè)計(jì)和相應(yīng)的代碼可以在開(kāi)源協(xié)議的范圍內(nèi)任意修改。

（4）快速發(fā)展：Arduino不僅是一個(gè)優(yōu)秀的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，也是世界上最受歡迎的開(kāi)源硬件，也是硬件發(fā)展的一大趨勢(shì)。Arduino的簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)方式使開(kāi)發(fā)人員更加注重創(chuàng)意和實(shí)施，能夠更快地完成自己的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，大大縮短開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約了學(xué)習(xí)的成本。

由于Arduino的種種優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)業(yè)硬件開(kāi)發(fā)者已經(jīng)越來(lái)越多的開(kāi)始使用Arduino來(lái)開(kāi)發(fā)他們的項(xiàng)目、產(chǎn)品；軟件開(kāi)發(fā)者越來(lái)越多的使用Arduino進(jìn)入硬件、物聯(lián)網(wǎng)等開(kāi)發(fā)領(lǐng)域；在大學(xué)里很多專(zhuān)業(yè)也開(kāi)展了Arduino相關(guān)課程。[4]

4.2 Arduino UNO程序功能

通過(guò)Arduino IDE軟件對(duì)Arduino UNO芯片進(jìn)行編程。當(dāng)超聲波模塊探測(cè)到障礙物距離達(dá)到設(shè)定值時(shí)，超聲波的輸出引腳輸出一個(gè)高電平給Arduino UNO芯片，并把探測(cè)到的距離值在LCD1602液晶上顯示；當(dāng)人體探測(cè)模塊探測(cè)到有人體動(dòng)作時(shí)，人體探測(cè)模塊的輸出引腳輸出一個(gè)高電平給Arduino UNO芯片。當(dāng)Arduino UNO芯片接收到這兩個(gè)引腳同時(shí)高電平輸入時(shí)，蜂鳴器立即發(fā)出報(bào)警。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了一種新型的汽車(chē)安全駕駛輔助裝置設(shè)計(jì)方案，采用Arduino IDE軟件對(duì)Arduino UNO進(jìn)行編程，對(duì)兩個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)LCD1602液晶進(jìn)行顯示，并判斷蜂鳴器是否發(fā)出報(bào)警。該設(shè)計(jì)具有成本低，可靠性高等特點(diǎn)，為以后汽車(chē)安全駕駛輔助裝置的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路。

參考文獻(xiàn)：

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