超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)在倒車(chē)技術(shù)上的應(yīng)用研究

王淼兒+李文龍+孫偉峰

摘 要：伴隨我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，汽車(chē)已成為當(dāng)前人們出行的常見(jiàn)交通工具之一。但是，汽車(chē)的增多使得現(xiàn)代交通變得十分擁堵，交通事故時(shí)常發(fā)生，這使得汽車(chē)的安全性逐漸成為了當(dāng)前人們關(guān)注的問(wèn)題。在交通事故中，追尾是汽車(chē)事故中的常見(jiàn)現(xiàn)象之一，按照常規(guī)交通行駛規(guī)則來(lái)說(shuō)，汽車(chē)在行駛過(guò)程中需與其它車(chē)輛保持一定的車(chē)距，這是避免交通追尾事故發(fā)生的重要舉措。但是，許多駕駛者在駕駛車(chē)輛時(shí)，因視覺(jué)因素往往無(wú)法注意與后車(chē)之間的車(chē)距，在倒車(chē)時(shí)也因該問(wèn)題時(shí)常發(fā)生意外，為解決這一問(wèn)題，生產(chǎn)商開(kāi)始研發(fā)了超聲波測(cè)距儀技術(shù)，該技術(shù)能夠有效測(cè)量車(chē)與車(chē)之間的距離，使車(chē)輛行駛更安全。

關(guān)鍵詞：超聲波；倒車(chē)技術(shù)；應(yīng)用研究

超聲波測(cè)距儀是一項(xiàng)具有指向性的超聲技術(shù)，該技術(shù)能夠幫助汽車(chē)測(cè)量與其他物體之前的距離，使車(chē)輛在倒車(chē)時(shí)能夠防止與其它障礙物體發(fā)生意外。超聲波是一項(xiàng)能量消耗少的技術(shù)，其在介質(zhì)中能夠達(dá)到較遠(yuǎn)距離的傳播，將其應(yīng)用于車(chē)輛測(cè)距儀中能夠使技術(shù)變得更靈敏與簡(jiǎn)單，同時(shí)，該技術(shù)還具備倒車(chē)防撞警報(bào)系統(tǒng)，能夠使車(chē)輛在倒退時(shí)通過(guò)超聲檢測(cè)后方各個(gè)障礙物，若檢測(cè)顯示在安全范圍內(nèi)，則可繼續(xù)進(jìn)行倒車(chē)運(yùn)行，當(dāng)車(chē)輛倒車(chē)至一定距離時(shí)，警報(bào)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的提示警報(bào)，使車(chē)輛停止下一步倒退，這是當(dāng)前保障車(chē)輛倒車(chē)安全的重要技術(shù)。

1 超聲波測(cè)距儀的設(shè)計(jì)在倒車(chē)技術(shù)上的應(yīng)用

1.1 設(shè)計(jì)方法

本次設(shè)計(jì)選擇使用TCT40-16T/R超聲波傳感器，對(duì)超聲波測(cè)距儀的各個(gè)運(yùn)行原理進(jìn)行研究，在了解理論知識(shí)的基礎(chǔ)上掌握各個(gè)操作方法。對(duì)超聲波測(cè)距儀的各個(gè)電路走向進(jìn)行研究，并了解不同硬件的作用，設(shè)計(jì)出具有超聲波的電路，使測(cè)距儀能夠?qū)Τ暡ǖ母袘?yīng)有所接收，使超聲波測(cè)距儀能夠?qū)σ欢ǚ秶鷥?nèi)的障礙物距離進(jìn)行測(cè)量。在設(shè)計(jì)使，其首先需設(shè)計(jì)一個(gè)超聲波測(cè)距器，該器械主要包含單片機(jī)、超聲波接收電路、超聲波發(fā)出電路、警報(bào)系統(tǒng)LED電路[1]。

1.2 系統(tǒng)方案

超聲波具有耗能低、方向感靈敏等特點(diǎn)，其在介質(zhì)環(huán)境中，超聲的傳播距離會(huì)更遠(yuǎn)，這也是使得汽車(chē)測(cè)距儀采用超聲波技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的緣故。超聲波在車(chē)輛測(cè)距儀中應(yīng)用其設(shè)計(jì)內(nèi)容十分簡(jiǎn)單，且對(duì)距離的檢測(cè)計(jì)算過(guò)程也十分快捷，測(cè)量的精準(zhǔn)度極高，能夠滿足當(dāng)前人們對(duì)車(chē)輛倒車(chē)行駛的安全要求。當(dāng)前，超聲波技術(shù)在類(lèi)型上可分為兩種：一種是機(jī)械型超聲波，一種是電氣型超聲波。機(jī)械型超聲波的包括氣流旋笛和加爾統(tǒng)笛，電氣型超聲波子技術(shù)主要包括電動(dòng)類(lèi)與壓電類(lèi)。這些超聲波技術(shù)能夠根據(jù)功率及頻率等因素分別用于不同領(lǐng)域之中。而當(dāng)前在汽車(chē)測(cè)距儀中最為常見(jiàn)的超聲波類(lèi)型屬于壓電類(lèi)，其能夠根據(jù)控制器的運(yùn)行達(dá)到動(dòng)態(tài)掃查的方式，使LED數(shù)字能夠得到充分顯現(xiàn)[2]。

2 超聲波測(cè)距儀的硬件設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)上，超聲波測(cè)距儀的硬件內(nèi)容主要為超聲波的發(fā)送與接收：首先，在車(chē)輛的倒車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需在合理距離內(nèi)設(shè)計(jì)相應(yīng)的無(wú)接觸測(cè)距技術(shù)，并為了使車(chē)距檢測(cè)精度更高，駕駛者還需對(duì)超聲波與周?chē)鷾囟戎g的影響因素進(jìn)行考慮，而該要求需要超聲波系統(tǒng)在檢測(cè)過(guò)程中能夠?qū)④?chē)外環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，從而根據(jù)車(chē)外溫度觀察超聲波的傳播效率；第二，在倒車(chē)系統(tǒng)中的超聲波測(cè)距儀設(shè)計(jì)中，其還需對(duì)超聲波測(cè)距儀在倒車(chē)時(shí)對(duì)周?chē)系K物的感應(yīng)時(shí)間和反映時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)，再根據(jù)時(shí)間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出車(chē)輛與障礙物之前的距離長(zhǎng)遠(yuǎn)。第三，在單片機(jī)的處理上，單片機(jī)在獲取到超聲測(cè)距儀所收到的信息后，其會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換形成其它信息，并在顯示屏中將信息內(nèi)容充分顯示，或者部分可根據(jù)功能的不同發(fā)生警報(bào)狀況，幫助駕駛者對(duì)周?chē)系K物之間的距離做到完全掌握。因傳感器的限制因素，超聲波測(cè)距儀能夠在車(chē)輛倒車(chē)時(shí)的3米內(nèi)物體作出有效測(cè)量和感應(yīng)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容能夠通過(guò)在LCD傳達(dá)于駕駛者。另外，超聲波測(cè)距儀中普遍還具有環(huán)境溫度檢測(cè)功能，其能夠?qū)?chē)輛周?chē)臏囟冗M(jìn)行感應(yīng)，改變超聲波的傳達(dá)速度，有效提高車(chē)輛在倒車(chē)行駛過(guò)程中的安全性與穩(wěn)定性[3]。

3 超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)上，超聲波測(cè)距儀的軟件設(shè)計(jì)普遍是以模塊設(shè)計(jì)為主，其模塊內(nèi)容主要包括：主程序模塊、超聲波發(fā)射程序、超聲波接收程序、顯示程序等。在倒車(chē)系統(tǒng)的具體功能上，其主要包含這些功能項(xiàng)目：第一，能夠?qū)Τ暡ǖ陌l(fā)出與接收進(jìn)行控制，汽車(chē)在行駛倒車(chē)時(shí)，其方向會(huì)不斷的變換，而此時(shí)超聲波測(cè)距儀的發(fā)出與接收也會(huì)隨之發(fā)生變化，這需要倒車(chē)系統(tǒng)能夠根據(jù)汽車(chē)位置的不同對(duì)超聲波的發(fā)出與接收進(jìn)行控制，使其測(cè)距數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)。第二，倒車(chē)周?chē)陌踩嚯x計(jì)算，汽車(chē)在倒退過(guò)程中，其速度與正常行駛相比普遍較慢，且倒車(chē)過(guò)程也極少一氣呵成，此時(shí)超聲波測(cè)距儀需要根據(jù)車(chē)輛的行駛快慢對(duì)車(chē)輛與障礙物之間的距離進(jìn)行測(cè)量，在超出安全范圍時(shí)立即發(fā)出提示警報(bào)，使駕駛?cè)四軌蛲Ｖ估^續(xù)倒車(chē)。第三，測(cè)量出超聲波的發(fā)出時(shí)間與障礙物和車(chē)輛之間的距離，該設(shè)計(jì)是超聲波測(cè)距儀最基礎(chǔ)的一項(xiàng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)時(shí)，其功能內(nèi)容主要包括發(fā)射功能、接收功能、顯示功能與警報(bào)提示功能等。在警報(bào)提示上，超聲波測(cè)距儀能夠根據(jù)所檢測(cè)的信息選擇警報(bào)類(lèi)型，使駕駛員能夠分辨問(wèn)題。當(dāng)主程序在運(yùn)行時(shí)，程序內(nèi)容需在檢測(cè)上一個(gè)環(huán)境后恢復(fù)初始化狀態(tài)，對(duì)超聲波測(cè)距儀的各個(gè)時(shí)間及信息進(jìn)行調(diào)整，使其工作模式得到更新，在汽車(chē)進(jìn)入下一個(gè)倒車(chē)環(huán)節(jié)時(shí)，能夠根據(jù)新環(huán)境進(jìn)行重新檢測(cè)，使其達(dá)到初始化目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，超聲波測(cè)距儀在倒車(chē)技術(shù)上的設(shè)計(jì)主要圍繞硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩大模塊進(jìn)行，并根據(jù)超聲波的特質(zhì)及優(yōu)勢(shì)將其應(yīng)用于測(cè)距儀的感應(yīng)系統(tǒng)中，使汽車(chē)在倒車(chē)過(guò)程中能夠?qū)χ車(chē)系K物的信息進(jìn)行有效發(fā)出與接收，在一定安全范圍內(nèi)遇到障礙物時(shí)能夠快速提示駕駛員停止倒車(chē)行為，使車(chē)輛在倒車(chē)過(guò)程中避免了以往的盲目現(xiàn)象，因此可得出，超聲波測(cè)距儀能夠?yàn)檐?chē)輛倒車(chē)帶來(lái)更多的安全保障，有效提高了車(chē)輛駕駛的安全系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王博.基于超聲波測(cè)距技術(shù)的倒車(chē)?yán)走_(dá)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2014，12（06）：26.

[2]黃韜.超聲測(cè)距倒車(chē)?yán)走_(dá)及其車(chē)載CAN總線智能節(jié)點(diǎn)研究[D].安徽大學(xué)，2014，3（11）：125-126.

[3]李子梅.基于近景攝影測(cè)量的石質(zhì)文物裂隙識(shí)別定位的研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2012，（11）：7-8.