張 琦

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253023）

前言

車輛的不斷增多造成了交通擁堵以及停車位的不足，汽車在倒車時(shí)極易引發(fā)碰撞，同時(shí)倒車的失誤會(huì)引發(fā)甚多交通事故的發(fā)生。而造成這些倒車事故頻發(fā)的主要原因包括：駕駛員的操作技術(shù)不熟練、倒車鏡有死角以及視線模糊等[1]。這些事故的發(fā)生給事故雙方都帶來(lái)了諸多麻煩，以及不必要的損失。研究和開(kāi)發(fā)倒車預(yù)警系統(tǒng)等主動(dòng)式汽車輔助安全裝置可以有效的減少交通事故的發(fā)生。倒車預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用可以減緩駕駛員的負(fù)擔(dān)，減少判斷的失誤，對(duì)于提高交通的安全起到了重要作用。

1 汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)的組成及工作原理

汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)能夠測(cè)量車體與后方障礙物的距離，當(dāng)距離超出限定數(shù)值存在碰撞危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)對(duì)車內(nèi)駕駛?cè)藛T進(jìn)行適度預(yù)警提醒。該系統(tǒng)主要是由四個(gè)模塊組成：

（1）超聲波傳感器模塊。主要由超聲波發(fā)射和接收電路組成，倒車啟動(dòng)時(shí)，發(fā)射超聲波，遇到障礙物時(shí)能產(chǎn)生回波信號(hào)送控制器。

（2）信號(hào)處理模塊。接收傳感器信號(hào)，由控制器根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行處理，將處理的結(jié)果發(fā)送顯示和預(yù)警模塊。

（3）溫度補(bǔ)償模塊。檢測(cè)車輛外部環(huán)境的溫度并進(jìn)行補(bǔ)償。

（4）顯示與預(yù)警模塊。車內(nèi)顯示顯示裝置用于倒車時(shí)實(shí)時(shí)顯示與障礙物之間的距離。當(dāng)車輛和障礙物的距離小于限定距離時(shí)，預(yù)警裝置發(fā)出警示。

汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)采用超聲波傳感器，實(shí)現(xiàn)汽車與后方物體之間的距離的測(cè)定。當(dāng)汽車掛入倒擋時(shí)，汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)啟動(dòng)，發(fā)射的超聲波經(jīng)物體反射后返回傳感器，傳輸給信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理，經(jīng)控制器計(jì)算出具體的距離信息，達(dá)到安全距離下限時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。

圖1 汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于超聲波而言，其傳播距離相對(duì)較近，在遇到阻礙物后會(huì)有反射，然后可以根據(jù)傳播時(shí)間的長(zhǎng)短、被反射超聲波的強(qiáng)弱來(lái)判斷障礙物的性質(zhì)和大致的距離[2]。反射波信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理模塊轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，測(cè)出從發(fā)射超聲波至接收到反射波的時(shí)間差t[3]。被測(cè)障礙物的距離s等于傳播速度c 與時(shí)間差t的乘積，即s=ct/2。

2 汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器模塊

超聲波傳感器應(yīng)滿足以下幾個(gè)要求：（1）有良好的測(cè)距準(zhǔn)確性；（2）抗干擾性能好，工作穩(wěn)定；（3）實(shí)時(shí)性好；（4）性價(jià)比高?；谝陨蠋追矫娴囊螅x擇HC-SR04 超聲波傳感器。HC-SR04 實(shí)物圖如圖2 所示。

圖2 HC-SR04 超聲波傳感器

2.2 信號(hào)處理模塊

信號(hào)處理模塊由A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、放大電路等部分組成。其中單片機(jī)采用低電壓、高性能的8 位處理器的AT89C51 單片機(jī)。信號(hào)處理模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 信號(hào)處理模塊結(jié)構(gòu)圖

2.3 溫度補(bǔ)償模塊

選用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，反應(yīng)靈敏度高，而且溫 度的延遲變化極其的小。DS18B20 采用的是3 腳PR-35 封裝，適用電壓3V-5V，可以調(diào)節(jié)9 到12 位的分辨率，編程溫度有0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，信號(hào)和電源集成在一起，只需要一根線連接。

3 汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要由主程序、距離計(jì)算程序、超聲波程序、測(cè)溫程序和顯示預(yù)警程序等組成。

主程序工作流程：溫度傳感器測(cè)量空氣溫度，計(jì)算調(diào)整超聲波速度，超聲波測(cè)距模塊接收到測(cè)距信號(hào)進(jìn)行測(cè)距，單片機(jī)啟動(dòng)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到HC-SR04 超聲波測(cè)距模塊送來(lái)的回波時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，保存定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，通過(guò)程序換算出距離值，送顯示裝置顯示；進(jìn)行判斷處理，達(dá)到預(yù)警值時(shí)進(jìn)入預(yù)警程序。

主程序流程圖如圖4 所示。

圖4 主程序流程圖

4 結(jié)論

汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)能夠減少倒車事故的發(fā)生，保障駕駛員的行車安全。本文對(duì)汽車倒車預(yù)警系統(tǒng)的軟硬件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以AT89C51 單片機(jī)作為處理器，使用單片機(jī)計(jì)算汽車與障礙物之間的往返時(shí)間，通過(guò)公式計(jì)算出汽車與障礙物的距離，并通過(guò)通過(guò)顯示裝置將距離顯示出來(lái)，當(dāng)距離小于設(shè)定安全距離時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。