道路障礙非接觸式動態測試與車輛通行能力判斷方法研究

夏 洋，龔 毅，周 強，馬 鋒

（重慶交通大學 機電與汽車工程學院，重慶 400074）

道路障礙非接觸式動態測試與車輛通行能力判斷方法研究

夏 洋，龔 毅，周 強，馬 鋒

Xia Yang，Gong Yi，Zhou Qiang，Ma Feng

（重慶交通大學 機電與汽車工程學院，重慶 400074）

介紹了以CX20106為核心實現超聲波的發射與接收，結合51單片機的控制和單片機外部中斷查詢相應信號，實現一系列操作測量兩柱之間的距離。通過C語言控制比較車輛經過兩柱之間時是否能安全通過從而進行相關報警。由于車速較慢故測量誤差近乎沒有，使得該系統具備實用性。

51單片機；超聲波；寬度測量

0 引 言1

近年來，我國道路交通運輸事業發展迅速，車輛迅速增多使得行車道路日益擁堵，行車環境日益復雜，時常見到一些車輛因為對前行安全通道估計不準確，導致與其他車輛或障礙物擦刮，因而，準確判斷車體正前方障礙區域和幾何尺寸對于安全行車，確保良好的通過性顯得尤為重要。

文中研究一種道路障礙非接觸式動態測試方法和實時判斷車輛能否安全通行的方法，并開發一套車載測控與分析系統，以此來輔助駕駛員安全駕駛，保證行車安全，減少交通事故的發生。

1 工作原理

系統要測量車輛經過兩柱之間時能否安全通過。測量距離的方法有很多，文中將采用超聲波測距的方法。在車輛的車頭安裝電機，將超聲波的發射端和接收端安裝在電機上。測量的時候發射端開始發射40 kHz的方波信號，同時電機開始轉動。發射端不斷發出超聲波，直到接收到反饋回來的超聲波時控制電機停止轉動，定時器停止計時，計算出時間。根據時間和電機轉過的角度就可以計算出兩柱之間的距離。

系統工作原理如圖1所示，其中A，B為兩個柱形障礙物，DE為行車方向，假定車在D位置時測得障礙物A，電機轉動角度為-α，此時AD已知；汽車繼續前行，到達E點時，傳感器測得障礙物B，電機轉動角度為β，此時DE、EB可知。

在三角形DCE中，由正弦定理有

在三角形CAB中，由余弦定理有

由上式即可算得兩柱之間的距離AB。

2 實現方法

2.1 硬件設計

圖2是51單片機的最小系統原理圖[1]，包括復位電路和晶振電路。

晶振電路由1個晶振和2個瓷片電容組成，能夠幫助單片機系統正常工作。

單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現死機時，按下重啟按鈕電腦內部的程序從頭開始執行。單片機也一樣，當單片機系統在運行中受到環境干擾出現程序跑飛的時候，按下復位按鈕，內部的程序自動從頭開始執行。

超聲波發射電路[2]如圖 3所示，由單片機產生40 kHz的方波，并通過單片機的 P1.0口傳輸到CD4069，而后面的CD4069則對40 kHz頻率信號進行調理，以使超聲波傳感器產生諧振。

當超聲波接收端接收到發射信號反饋回來的信號時，便通過CX20106進行前置放大、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波和比較、積分及施密特觸發比較得到解調處理后的信號。7腳為信號輸出口，沒收到信號時為高電平，收到后變為低電平，之后又恢復高電平，如圖4所示。

2.2 軟件設計

合理利用51單片機的2個定時器，一個用來計算超聲波發射與接收的時間差，另一個用來產生40 kHz的方波，外部中斷0接收CX20106A 7腳產生的低電平，采取相應動作，軟件設計流程如圖5。

系統程序結構：液晶顯示 1602的初始化子程序、寫入子程序以及顯示子程序，距離計算模塊、超聲波發送控制程序、接收處理程序，報警模塊等。

設計使用C語言編寫程序，C語言相比匯編語言有很多的優勢。編譯器采用功能強大的 Keil進行編譯。

液晶顯示初始化程序

當超聲波發射器發出信號時，定時器開始計時，當接收到反饋回來的信號時，定時器中斷，將計時的時間傳給距離計算模塊進行計算。

中斷程序

報警模塊程序

3 結束語

系統開發利用了51單片機控制和超聲波測距原理，在較短時間內對車輛行駛方向上各障礙物之間間隔寬度進行計算，以及判斷車輛通過性能高低定量計算和提前警示駕駛員。

[1]陳旦花. 單片機最小系統的設計與應用[J]. 無線互聯科技，2012（10）：103-104.

[2]盧云飛，張永俊，王玉強，等. 基于MAX038的波發射電路設計[J]. 機電工程技術，2011（08）：46-47.

U491.5+9

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2015.01.010

1002-4581（2015）01-0031-03

2014?10?11

重慶交通大學研究生教育創新基金（20130128）。