超聲波測(cè)距用于車輛限速與限距報(bào)警

設(shè)計(jì)背景

車輛追尾是一種常見的交通事故。有數(shù)據(jù)顯示，在道路交通事故中，汽車追尾約占70%以上，在高峰時(shí)段或是高速公路上更容易發(fā)生多車追尾造成重大傷亡，而有些死傷惡性交通事故，初始也只是由一起小小的追尾引起的。2011年，全國(guó)共發(fā)生涉及人員傷亡的道路交通事故210812起，造成62387人死亡、237421人受傷，超速行駛?cè)允菣C(jī)動(dòng)車肇事的主要原因。

設(shè)計(jì)目的/解決思路

本項(xiàng)目旨在防止因行跟車距離過近，反應(yīng)不及時(shí)或超速導(dǎo)致的追尾事故。發(fā)明者在學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程中，正好學(xué)到了超聲波測(cè)距的應(yīng)用，于是決定利用超聲波測(cè)距來(lái)解決這個(gè)問題。

在車的前方和后方各放置一個(gè)超聲波探頭，前方探頭測(cè)前車距離，根據(jù)車速與車距公式，當(dāng)汽車達(dá)到一定車速和車距時(shí)對(duì)車輛予以減速。后方探頭測(cè)量后車車距，當(dāng)距離過近時(shí)點(diǎn)亮剎車燈發(fā)出警告。

研究方法

研究中主要使用了“理想模型法”，使用模型小車對(duì)真實(shí)的車輛進(jìn)行模擬，在模型車上安裝Arduino單片機(jī)和超聲波探頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法”測(cè)試自己的想法是否可行。在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的調(diào)試過程中還用“控制變量法”排除了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的各種軟硬件問題，最后完成了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鳌?/p>

項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1.Arduino UNO R3 （圖1）

Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時(shí)具有14路數(shù)字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB口，一個(gè)電源捅座，一個(gè)ICSP header和一個(gè)復(fù)位按鈕。

2.HC-SR04超聲波測(cè)距模塊（圖2）

HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。

3.Cherokey 4WD小車（圖3）

Cherokey 4WD小車提供了Arduino電源接口，可以直接安裝Arduino UNO、Arduino Leonardo、Arduino Mega等，小車還提供了藍(lán)牙接口、Xbee接口等支持多種模塊配合Arduino芯片可以實(shí)現(xiàn)各種智能小車的搭建。

4.HC-06藍(lán)牙模塊

無(wú)線收發(fā)；低功耗；高性能無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)；低成本；應(yīng)用領(lǐng)域廣。

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

（一）小車裝置整體圖示（圖4）

（二）手機(jī)遙控監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

下載手機(jī)軟件“藍(lán)牙串口通信助手”——BluetoothSPP.apk。在手機(jī)上打開“藍(lán)牙串口通信助手”按照軟件指示打開手機(jī)藍(lán)牙與藍(lán)牙模塊HC-06完成匹配。即可通過手機(jī)與小車上的Arduino通信，遙控小車行駛并查看小車反饋信息如當(dāng)前速度、行駛狀態(tài)（前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)）、前超聲波探頭數(shù)據(jù)、后超聲波探頭數(shù)據(jù)等。

（三）編寫關(guān)鍵代碼

（四）測(cè)試

1.防追尾限速測(cè)試

圖5為視頻截圖當(dāng)小車離前方障礙物過近，先降速，最后停止。

2.防被追尾警示測(cè)試

圖6為視頻截圖當(dāng)小車后車離小車過近，小車后LED燈點(diǎn)亮警示后車保持車距。

項(xiàng)目總結(jié)

項(xiàng)目完成了一輛小車用來(lái)模擬真實(shí)情況下的駕駛，共完成了防追尾限速和防被追尾警示兩項(xiàng)任務(wù)，確保了項(xiàng)目能夠在真實(shí)的情況下能起到避免交通事故的作用。

本項(xiàng)目的實(shí)施成本低且效果好，目前市場(chǎng)上還沒有這種裝置的產(chǎn)品。希望本項(xiàng)目能夠在未來(lái)應(yīng)用到實(shí)際車型當(dāng)中。