超聲波測距用于車輛限速與限距報警

設計背景

車輛追尾是一種常見的交通事故。有數據顯示，在道路交通事故中，汽車追尾約占70%以上，在高峰時段或是高速公路上更容易發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，全國共發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，超速行駛仍是機動車肇事的主要原因。

設計目的/解決思路

本項目旨在防止因行跟車距離過近，反應不及時或超速導致的追尾事故。發明者在學習單片機的過程中，正好學到了超聲波測距的應用，于是決定利用超聲波測距來解決這個問題。

在車的前方和后方各放置一個超聲波探頭，前方探頭測前車距離，根據車速與車距公式，當汽車達到一定車速和車距時對車輛予以減速。后方探頭測量后車車距，當距離過近時點亮剎車燈發出警告。

研究方法

研究中主要使用了“理想模型法”，使用模型小車對真實的車輛進行模擬，在模型車上安裝Arduino單片機和超聲波探頭進行實驗，使用“實驗驗證法”測試自己的想法是否可行。在實驗設備的調試過程中還用“控制變量法”排除了實驗設備的各種軟硬件問題，最后完成了實驗模型的制作。

項目設計方案

1.Arduino UNO R3 （圖1）

Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺的參考標準模板。UNO的處理器核心是ATmega328，同時具有14路數字輸入/輸出口（其中6路可作為PWM輸出），6路模擬輸入，一個16MHz晶體振蕩器，一個USB口，一個電源捅座，一個ICSP header和一個復位按鈕。

2.HC-SR04超聲波測距模塊（圖2）

HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達高到3mm；模塊包括超聲波發射器、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，小車還提供了藍牙接口、Xbee接口等支持多種模塊配合Arduino芯片可以實現各種智能小車的搭建。

4.HC-06藍牙模塊

無線收發；低功耗；高性能無線收發系統；低成本；應用領域廣。

項目實現與測試

（一）小車裝置整體圖示（圖4）

（二）手機遙控監控實現

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

（三）編寫關鍵代碼

（四）測試

1.防追尾限速測試

圖5為視頻截圖當小車離前方障礙物過近，先降速，最后停止。

2.防被追尾警示測試

圖6為視頻截圖當小車后車離小車過近，小車后LED燈點亮警示后車保持車距。

項目總結

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

本項目的實施成本低且效果好，目前市場上還沒有這種裝置的產品。希望本項目能夠在未來應用到實際車型當中。