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        基于Arduino單片機(jī)的汽車啟停防護(hù)系統(tǒng)

        2021-05-28 06:18:46韋依
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年14期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)汽車系統(tǒng)

        韋依

        (東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院,黑龍江 哈爾濱150040)

        1 整體方案設(shè)計

        該系統(tǒng)主要由Arduino 單片機(jī)、紅外線溫度傳感器、毫米波雷達(dá)、攝像頭、蜂鳴器、警示燈、電源組成。在汽車停止時、位于汽車后方的攝像頭可以對車輛后方的行人、電動車、汽車進(jìn)行捕捉、通過毫米波雷達(dá)計算得出物體的運(yùn)動速度,然后將此信號傳輸給單片機(jī)處理,當(dāng)車輛停止且車輛后方有汽車、電動車等快速靠近時,警示燈會亮起,蜂鳴器會發(fā)出警報,提示司乘人員不要下車,防止“開車門”事故發(fā)生或者司乘下車后被后方來車撞到。位于汽車四個角的紅外線溫度傳感器可以采集汽車周圍的紅外線,并轉(zhuǎn)化為溫度,當(dāng)汽車啟動后,周圍有溫度超過35 攝氏度的物體時,汽車蜂鳴器會發(fā)出提示音,警示駕駛員汽車盲區(qū)可能存在動物或者人,避免駕駛員忽視盲區(qū)啟動車輛而帶來的事故。

        2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

        2.1 雷達(dá)檢測系統(tǒng)設(shè)計

        2.2 攝像頭檢測硬件設(shè)計

        攝像頭檢測模塊主要由COMS 攝像頭、圖像處理模塊組成,當(dāng)汽車停止之后,系統(tǒng)開始進(jìn)行工作,COMS 攝像頭對車輛后方的盲區(qū)進(jìn)行圖像采集,并傳遞給圖像處理模塊,圖像處理模塊會對車輛后方的動態(tài)物體進(jìn)行判斷[3],然后將判斷到的結(jié)果傳遞給單片機(jī)中央處理器,如果判斷后方有危險來車,那么單片機(jī)將會控制蜂鳴器發(fā)出警報,警示燈變?yōu)榧t色,提示司乘人員后方有危險來車,請勿下車。工作流程圖如圖1 所示[4]。

        圖1 攝像頭工作流程圖

        2.3 紅外線檢測裝置設(shè)計

        本文采用的紅外線溫度傳感器可以精準(zhǔn)檢測到汽車周圍50cm 范圍的動物的溫度,為了能夠?qū)崿F(xiàn)全方位地檢測[5],在汽車的進(jìn)氣格柵、左右翼子板內(nèi)、后方左右車門內(nèi)以及車輛的后保險杠內(nèi)裝入紅外線溫度傳感器,當(dāng)汽車啟動之后,只要有一個傳感器檢測到的溫度超過了35 攝氏度,蜂鳴器將會發(fā)出警報聲、警示燈會變成紅色,警示駕駛員汽車周圍可能有動物或者人,請不要啟動車輛,當(dāng)駕駛員下車確認(rèn)周圍安全之后,可以啟動車輛[6]。

        2.4 LED 警示燈設(shè)計

        為了提高對于危險情況的感知,本系統(tǒng)采用三色LED 警示燈。該指示燈由紅、綠、藍(lán)三種顏色組成,其中紅色指示燈與單片機(jī)IO3 口相連接,綠色指示燈與單片機(jī)的IO4 口相連接,當(dāng)單片機(jī)判斷車輛周圍有危險情況時,IO3 口會輸出高電平,此時紅色指示燈亮起,警示司乘人員。當(dāng)單片機(jī)判斷汽車周圍的情況安全時,IO3 口輸出低電平,IO4 口輸出高電平,此時紅燈熄滅,綠燈亮起。該指示燈亮度適宜,功耗低、體積小,符合本系統(tǒng)設(shè)計的需要[7],圖2。

        圖2 LED 警示燈電路示意圖

        2.5 蜂鳴器的設(shè)計

        LED 警示燈的警報可能被忽略掉,因此在本系統(tǒng)中加入蜂鳴器對司乘人員進(jìn)行提示,本系統(tǒng)采用有源蜂鳴器作為聽覺警示模塊,此種蜂鳴器的體積小、功耗低,適合本系統(tǒng)開發(fā)的需要。此款蜂鳴器的驅(qū)動形式也比較簡單,僅需將蜂鳴器的陽極管腳與單片機(jī)的一個信號輸出口相連,另一個管腳與單片機(jī)的GND口相連,當(dāng)單片機(jī)信號輸出口輸出高電平時,即可觸發(fā)蜂鳴器單元,使其發(fā)出聲音,以此來警示車內(nèi)司乘人員。此款蜂鳴器可以通過控制輸入的電流來達(dá)到控制其音調(diào)的作用,可以實(shí)現(xiàn)兩種危險狀態(tài)下基于司乘人員不同的提示音,避免了司乘人員對于蜂鳴器提示音的誤判。

        2.6 電源電路設(shè)計

        目前大多數(shù)轎車和SUV 上使用的蓄電池電源均為12V 直流電源,在本系統(tǒng)中攝像頭、紅外傳感器、蜂鳴器、警示燈、單片機(jī)中央處理器使用的都是5V 的直流電源,毫米波雷達(dá)使用的是12V 直流電源。因此需要將電瓶的12V 直流電轉(zhuǎn)換成5V 的直流電供元器件使用。

        圖3 直流電源穩(wěn)壓電路

        本系統(tǒng)采用LM7805 電壓轉(zhuǎn)換模塊,將12V 的直流電轉(zhuǎn)換成5V 的直流電,同時電容C1、C2 起到了濾波的作用,最終得到穩(wěn)定的5V 直流電。該供電模塊簡單、發(fā)熱地、成本低、工作性能比較可靠,可以為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源供給。

        2.7 單片機(jī)微處理器設(shè)計

        在本系統(tǒng)中采用Arduino 單片機(jī)作為微處理器,來接收、存儲、處理數(shù)據(jù)。此微處理器可以準(zhǔn)確接受來自毫米波雷達(dá)、攝像頭、紅外線傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù),并進(jìn)行快速地判斷,同時該處理器需要的工作電壓為5V 可以采用圖3 所述的直流電源穩(wěn)壓電路來獲取,工作電壓低,安全且容易獲取。本系統(tǒng)主要應(yīng)用于乘用車的改裝,此款處理器的體積較小,方便在汽車上進(jìn)行布置。本處理器結(jié)合了32kB ISP 閃存和讀寫能力,讀寫速度快、可靠性高、功耗低、續(xù)航好,擁有2KBytes 的EEPROM,2KBytes 內(nèi)部SRAM,F(xiàn)lash 內(nèi)存為32Kb,且空間足夠存儲本系統(tǒng)的所有程序,能夠可靠運(yùn)行。除此之外,該芯片的成本低、封裝比較小、管腳少、處理運(yùn)算速度比較快,適合本系統(tǒng)的使用。

        3 軟件工作流程

        當(dāng)汽車啟動時,本系統(tǒng)硬件隨著車輛的啟動而啟動,此時軟件開始對各個硬件的工作狀態(tài)開始初始化,LED 燈處于綠燈狀態(tài),蜂鳴器此時不報警,紅外線傳感器開始對車輛周圍的環(huán)境中的紅外線進(jìn)行感知,毫米波雷達(dá)對汽車后方的來車速度進(jìn)行檢測,攝像頭對汽車后方的環(huán)境進(jìn)行感知。當(dāng)紅外線傳感器檢測到汽車周圍有溫度超過35 攝氏度的物體時,會向單片機(jī)中央處理器發(fā)送信號,單片機(jī)控制LED 燈變成紅色,蜂鳴器發(fā)出警報,此時進(jìn)入危險狀態(tài),等待司機(jī)下車確認(rèn)車輛周圍環(huán)境安全之后,可以啟動車輛;當(dāng)車輛停止時,毫米波雷達(dá)和攝像頭對汽車后方的環(huán)境進(jìn)行高速掃描,如果出現(xiàn)危險來車,那么將會給單片機(jī)中央處理器發(fā)送信號,單片機(jī)控制LED 燈變成紅色,蜂鳴器發(fā)出警報,此時進(jìn)入危險狀態(tài),提示車內(nèi)司乘不要下車,待司乘確認(rèn)后方確實(shí)無危險來車時,可以打開車門進(jìn)行下車。

        4 結(jié)論

        本系統(tǒng)采用能耗比較低,系統(tǒng)工作可靠,針對目前生活中常見的“開車門”事件和由于汽車盲區(qū)帶來的危險事故,系統(tǒng)做出了安全的保障。在成本方面,系統(tǒng)中所需的零部件的成本都比較低,而且從長遠(yuǎn)來看,在汽車改裝上所花費(fèi)的時間和金錢成本都不會太高,因此本系統(tǒng)有很好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。同時切實(shí)降低了汽車啟停過程中的事故率,為汽車安全又添加了一道保障。

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