車門開啟瞬間防撞預警系統

文/康凱

1 引言

隨著人們生活水平的提高，汽車數量激增，使得停車場等公共交通場所變得擁擠不堪，許多司機因車輛使用不當，在停車時車門開啟瞬間，車門會碰撞到障礙物或者行人造成的糾紛變得越來越多。這種事故雖然很容易被忽視卻是很常見并且非常嚴重的問題。

為了解決車門開啟瞬間使駕駛員及乘客忽略車輛周圍安全的問題，本文基于單片機及超聲波測距的原理，制作一簡單低成本的車門開啟瞬間防撞預警系統，期望在實際中得到應用推廣，減少因車門開啟造成的交通事故等問題，以使駕駛員用車更放心，行人更安心。

2 系統總體設計

危險區域及檢測區域的界定。本系統所定義的危險區域主要分為兩個組成區域，一部分是橫向危險區域，指家用轎車在靜止狀態下兩側車門由關閉至完全打開過程中所掃過的面積之和；另一部分為縱向危險區域，為轎車在靜止狀態下，車輛后方正常行駛非機車及行人在汽車車門開啟時發生碰撞或剮蹭的距離范圍。根據危險區域確定系統檢測的區域。

橫向檢測區域：家用轎車的車門數為2至4扇，長度為1.2m左右，大部分車門均在1.2m范圍以內，開啟角度為90度。

縱向檢測區域：根據有關規定，電動自行車上路行駛速度被限制在40km/h以內，而人從發現危險到采取相應的安全措施的時間在0.2s左右，所以以電動自行車為準，車輛后方應該檢測的面積為寬度約兩米，長度為8米的長方形區域。

圖1：超聲波雷達范圍圖

根據超聲波探頭發射并接收超聲波的范圍，在車輛每個車門各安裝一個超聲波探頭，超聲波范圍如圖1所示。圖2中，在汽車的車身安裝6個超聲波測距裝置，1,2,3,4,5,6它們與車位之間的距離分別為d1，d2，d3，d4，d5，d6，采集這6個測距裝置與障礙物之間的距離，通過與系統預設值之間的比較，就能夠判斷車門開啟范圍內是否有障礙物。例如，當d1≤d設定值，則報警器就會響起，提醒駕駛員門外有潛在的危險，以此保證駕駛員，乘客以及車外行人的安全。

圖2：超聲波探頭安裝位置圖

圖3：LED數碼管原理圖

在垂直方向上，由于超聲波傳感器發出的是一錐型波，所以根據超聲波的波形，傳感器最適宜的安裝位置為汽車后視鏡的下方5厘米至10厘米，這樣既不會影響超聲波的傳播，也比較容易安裝，不影響汽車的外觀。

3 系統硬件的選取與設計

防撞預警系統硬件主要由超聲波測距電路，單片機電路（采用AT89S52單片機控制電路），顯示及報警電路，按鍵調整電路，供電裝置等幾部分組成。各部分的主要功能如下：

3.1 超聲波測距模塊設計

超聲波測距模塊是通過幾個超聲波測距裝置，獲得汽車各車門與障礙物之間的距離，為單片機做出判斷提供依據。以超聲波測距技術為基礎的超聲波定位系統，其性能的好壞與測距精度的高低有著非常緊密的關系。因此，超聲波距方法的選擇往往是決定超聲波距定位系統各項性能指標是否優良的關鍵。

本設計選用渡越時間檢測法TOF來實現超聲波對于距離的測量以及最終目標體的定位。其工作原理是：超聲波發射裝置固定安裝在定位目標體上，裝置啟動后，超聲波發生器發出超聲波，而超聲波接收端的單片機立即啟動它的定時器，作為計時初始值；當超聲波接收端的接收裝置接收到超聲波信號時，超聲波接收端的單片機立即關閉它的定時器，作為計時終值。其所經歷的時間就是超聲波發射裝置發出超聲波到超聲波接收裝置接收到超聲波所經歷的時間，用此時間乘以空氣中超聲波的傳播速度，所計算出的值就是超聲波聲源（也就是定位目標體）與障礙物之間的距離。因此通過測量渡越時間就可以測量出距離。超聲波的測距公為式（1）所示。

式中L表示所測量的距離；C表示空氣中超聲波的傳播速度；T表示測量距離傳播的時間差（T為發射到接收時間數值的一半）。

3.2 單片機模塊設計

單片機模塊是接收超聲波測距裝置傳輸來的信號，根據預存的程序對信號進行處理判斷，并將判斷后的信號傳輸給顯示及報警模塊。本文選用的AT89S52 是ATMEL公司的CMOS 8位單片機，其I/O口的功能再次不在贅述。

3.3 顯示及報警模塊

顯示及報警的作用主要是為駕駛員以及乘客報警，顯示檢測的結果，在系統中的作用非常重要。本設計中顯示模塊采用LED顯示屏，具體設計原理圖如圖3所示。

系統采用電磁式蜂鳴器，當距離超出預設值時，蜂鳴器就會發出報警響聲。

3.4 按鍵調整模塊

按鍵調整模塊的主要作用就是對系統進行微調。由于系統采用的是超聲波進行檢測，容易受到溫度變化的影響。冬夏季節的巨大溫差必然會造成系統的微小偏差。因此，對需要檢測的區域進行一次收發射超聲波，由于溫度的誤差將在0.06m左右，即6cm。此時便可通過按鍵對系統進行微調，讓系統保持一定的精確性，以保證預警系統的可靠性，使汽車使用更安全。具體的補償方法為：每當溫度升高10℃左右時，使用距離增加調整按鍵，使報警距離增加0.06m。相反，溫度每降低10℃左右，使報警距離增減少0.06m。

4 系統功能說明

TH0×256時間值+TLO中讀取出來的時間差數據并不能作為距離值直接顯示輸出，因為時間差值與實際的距離值之間轉換公式為Outcome=TH0×256+TL0； Outcome=(Outcome×1.7)/100。其 中，V為 聲音在常溫下的傳播速度，T為發射信號到接收之間經歷的時間，在這個部分中信號處理包括計數值與距離值換算二進制與十進制轉換。

顯示報警程序中，當距離障礙物大于5cm且小于40cm時，蜂鳴器就會報警鳴聲處于警告區；當障礙物距離大于40cm時，蜂鳴器不會響，表示處于安全區。

通過軟件的處理得到距離送顯示輸出用三位 LED 顯示。因為采用單片機AT89S52并且考慮了系統的控制流程，所以整一個系統軟件都是 AT89S52系列單片機的匯編語言實現。由于距離值的得出和顯示是在中斷子程序里完成的，因此在初始化的發射程序后進入到中斷響應的等待過程。繼中斷響應后，原始數據經過計數值和距離值換算子程序與二進制和十進制轉換子程序之后顯示輸出。整一個系統軟件的功能實現可以分為主程序、中斷服務程序等主要的部分。

5 結論

（1）根據用車過程中遇到的實際問題提出了車門開啟瞬間防撞預警系統的設計方案。

（2）對車門開啟瞬間防撞預警系統的硬件（超聲波測距電路，單片機電路顯示及報警電路，按鍵調整電路，供電裝置）進行了選取與設計。

（3）應用匯編語言對防撞預警程序進行了設計，并設計完成了系統的模型。