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      汽車倒車測(cè)距系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

      2019-10-21 08:00:32張彭洋
      天工 2019年6期
      關(guān)鍵詞:測(cè)距障礙物超聲波

      張彭洋

      一、研究背景

      隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,汽車越來越普及,導(dǎo)致城市交通擁堵。最重要的一點(diǎn)是,有些司機(jī)在停車時(shí)不小心,或者對(duì)障礙物的距離沒有準(zhǔn)確預(yù)測(cè),導(dǎo)致發(fā)生摩擦或碰撞。如果駕駛員能準(zhǔn)確知道障礙物的距離和位置,就可以及時(shí)采取措施避免事故的發(fā)生。由此催生了許多安全系統(tǒng),目前對(duì)主動(dòng)安全系統(tǒng)的研究主要集中在測(cè)距方面。本人設(shè)計(jì)的汽車倒車安全報(bào)警系統(tǒng)能有效地提醒司機(jī)離障礙物有多遠(yuǎn),并能手動(dòng)設(shè)定報(bào)警距離,能有效提高倒車安全性。

      汽車倒車的安全報(bào)警系統(tǒng)。它被用作停車輔助設(shè)備,可以被稱為簡(jiǎn)單的倒車?yán)走_(dá)。倒車安全報(bào)警系統(tǒng)的主要功能是利用超聲波測(cè)距原理,倒車時(shí)從安裝在后保險(xiǎn)杠上的超聲波傳感器發(fā)出超聲波。該裝置向駕駛員提供在視線死角處物體的信息和警告,告知駕駛員周圍障礙物,使駕駛員更清楚地了解周圍情況,對(duì)駕駛員的啟動(dòng)、停車、倒車等有很大幫助。提高了行車安全性。

      二、研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀

      信息感知、動(dòng)態(tài)識(shí)別、控制技術(shù)和提高主動(dòng)安全性是車輛控制與安全系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容。在政府的支持下,世界各大汽車公司和大學(xué)正在開展這方面的研究和工作。為了實(shí)現(xiàn)交通部提出的“先進(jìn)安全汽車(ASV)計(jì)劃”,豐田、日產(chǎn)、本田、三菱等日本主要汽車制造商致力于安全汽車新技術(shù)的研發(fā)。

      與發(fā)達(dá)國家相比,中國汽車防撞系統(tǒng)的研究和發(fā)展還不夠成熟。近年來,一些研究機(jī)構(gòu)、學(xué)院和公司開展了這項(xiàng)研究。如倒車?yán)走_(dá),已經(jīng)在車輛上得到了普遍的安裝和使用,但目前國內(nèi)生產(chǎn)的中距離測(cè)量系統(tǒng)一般都達(dá)不到要求,表現(xiàn)為距離最短、測(cè)距誤差大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高速公路的安全距離要求,需要進(jìn)一步研究。當(dāng)前,中國的汽車行業(yè)發(fā)展很快,機(jī)動(dòng)車數(shù)量增加迅速,由此帶來的停車問題、交通隱患日漸突出,雖然汽車本身配有倒車鏡,但也難免會(huì)有視野盲區(qū),所以汽車倒車報(bào)警器的市場(chǎng)前景十分可觀。

      三、研究的具體工作

      本次設(shè)計(jì)的汽車倒車安全報(bào)警系統(tǒng),主控制芯片為AT89C51型號(hào)單片機(jī),利用超聲波測(cè)距的原理,測(cè)出車尾和物體之間的距離,并將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上。當(dāng)達(dá)到極限距離時(shí),語音模塊提示相關(guān)的報(bào)警信息,提醒司機(jī)及時(shí)剎車。同時(shí)還可以通過按鍵控制來設(shè)置報(bào)警距離。該設(shè)計(jì)采用國內(nèi)生產(chǎn)廠家的常用元件,成本不高但性能相對(duì)可靠,有利于推廣。而且超聲波測(cè)距的方法快速準(zhǔn)確,為司機(jī)的倒車安全提供了重要保障,實(shí)用性極高。

      對(duì)主控芯片的選擇,市場(chǎng)上提供了兩種方案:

      方案一:使用AT89C51型號(hào)單片機(jī)。該單片機(jī)繼承了其他51系列單片機(jī)低功耗、性能高的特點(diǎn),采用CMOS8位控制器。而Flash存儲(chǔ)有8K,可收錄大量程序,具有很多傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)所不具備的優(yōu)點(diǎn),編寫方式更靈活,效率更高,在解決問題時(shí)也更有效。

      方案二:采用STM32F103C9T6型號(hào)單片機(jī)。STM32F103C9T6型號(hào)為STM32系列單片機(jī)的最小系統(tǒng),單片機(jī)本身為32位,具有性能高、成本低、功耗低等特點(diǎn),屬于增強(qiáng)型系列的單片機(jī),而且其內(nèi)部的Cortex-M3架構(gòu)能使其指令執(zhí)行更快,單片機(jī)性能更強(qiáng)。

      通過對(duì)以上兩種單片機(jī)的對(duì)比,雖然兩種單片機(jī)都有設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn),但是AT89C51型號(hào)單片機(jī)的功能足夠滿足本次設(shè)計(jì)的需求,同時(shí)AT89C51型號(hào)的相關(guān)操作比較簡(jiǎn)單、成本比較劃算,經(jīng)過多方面的考慮,采用AT89C51型號(hào)單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控制芯片。

      而對(duì)測(cè)距方案的設(shè)計(jì)根據(jù)該模塊功能的需求,經(jīng)查閱過相關(guān)資料后得出以下三種方案。

      方案一:激光測(cè)距;激光測(cè)距的原理是測(cè)距儀發(fā)射激光后被測(cè)物體接受,再將其反射回來。測(cè)距儀記錄激光返回時(shí)間,并將光速乘以一半的時(shí)間來計(jì)算距離。其優(yōu)點(diǎn)是激光測(cè)量距離長(zhǎng),速度快,測(cè)量準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是成本高。

      方案二:紅外測(cè)距;紅外測(cè)距的原理是測(cè)量不同距離遇到障礙物時(shí)的紅外反射強(qiáng)度。優(yōu)點(diǎn)是成本低廉,缺點(diǎn)是精度不夠,方向不好。

      方案三:超聲波測(cè)距;超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在發(fā)射后遇到障礙物時(shí)反射回來的特性,記錄發(fā)射到反射回來的時(shí)間,然后將時(shí)間的一半乘以空中超聲波傳播的速度,得到與障礙物之間的距離。超聲測(cè)距的精度高于紅外測(cè)距,方向容易控制,能耗低。成本比紅外線高,但比激光低,安全性高。綜合上述方案,可以得出方案三總體較好的結(jié)論,所以本次設(shè)計(jì)采用超聲波測(cè)距。

      四、系統(tǒng)模塊軟件設(shè)計(jì)

      在完成對(duì)系統(tǒng)具體方案的選擇后,緊接著就要完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。對(duì)此次汽車倒車測(cè)距系統(tǒng)的課題,傾向運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)方案,其不僅會(huì)使程序的結(jié)構(gòu)明朗,還易于之后更深入地?cái)U(kuò)展工作。此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)大致有以下這些模塊組成:首要就是主程序的撰寫,接下來就是數(shù)據(jù)的采集,顯示屏的顯示程序,語音的提示、報(bào)警功能。最主要的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化進(jìn)程,及其裝置自我檢測(cè)的功能。對(duì)汽車倒車安全報(bào)警系統(tǒng)的初始化進(jìn)程要求包含CPU各端口的輸入輸出設(shè)定和一些外圍的驅(qū)動(dòng)問題。

      最初的想法是將程序的設(shè)計(jì)運(yùn)用結(jié)構(gòu)化,最開始想到的就是結(jié)構(gòu)化的好處:首先主程序的撰寫可以一目了然很直接、很清晰地展示出來。其次就是結(jié)構(gòu)化撰寫程序方便閱讀、改正和檢測(cè)維護(hù),這樣就可以大大減少后期出錯(cuò)的可能,也保證了主程序的可靠性。其實(shí),結(jié)構(gòu)化也就是把一個(gè)整體切割成部分,經(jīng)歷由總到分再到總的過程。這樣就可以把一個(gè)復(fù)雜的問題分解成若干個(gè)小問題然后去一個(gè)個(gè)地進(jìn)行破解,這種基本思路符合結(jié)構(gòu)法的要求。當(dāng)然運(yùn)用這種方法就是可以讓設(shè)計(jì)者考慮得很周全,不會(huì)有遺漏的地方,再就是結(jié)構(gòu)鮮明且清晰,更方便隨時(shí)修改訂正。

      五、結(jié)論與展望

      至此汽車倒車安全報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)全部完成,數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性方面,經(jīng)過多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)測(cè)量的誤差在很小的范圍之內(nèi);在耗能方面,該設(shè)計(jì)進(jìn)行多次調(diào)試后,能源消耗并不大;功能實(shí)用方面也沒問題,都能滿足用戶的需求。本設(shè)計(jì)的汽車倒車安全報(bào)警系統(tǒng)使用簡(jiǎn)便、低耗能、功能實(shí)用,能滿足絕大多數(shù)人的需求。此外,汽車倒車安全報(bào)警系統(tǒng)還具有性能可靠、電路簡(jiǎn)單、元器件成本低、實(shí)用性強(qiáng)、耗能低等特點(diǎn),是在智能科技浪潮的推動(dòng)下出現(xiàn)的智能化產(chǎn)品,方便了社會(huì)生活和其他各領(lǐng)域,是一種十分有意義的智能產(chǎn)物。

      [作者單位]

      湖北第二師范學(xué)院

      (編輯:溫子超)

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