汽車倒車測距系統的研究與設計

張彭洋

一、研究背景

隨著經濟的不斷發展，汽車越來越普及，導致城市交通擁堵。最重要的一點是，有些司機在停車時不小心，或者對障礙物的距離沒有準確預測，導致發生摩擦或碰撞。如果駕駛員能準確知道障礙物的距離和位置，就可以及時采取措施避免事故的發生。由此催生了許多安全系統，目前對主動安全系統的研究主要集中在測距方面。本人設計的汽車倒車安全報警系統能有效地提醒司機離障礙物有多遠，并能手動設定報警距離，能有效提高倒車安全性。

汽車倒車的安全報警系統。它被用作停車輔助設備，可以被稱為簡單的倒車雷達。倒車安全報警系統的主要功能是利用超聲波測距原理，倒車時從安裝在后保險杠上的超聲波傳感器發出超聲波。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，對駕駛員的啟動、停車、倒車等有很大幫助。提高了行車安全性。

二、研究的國內外現狀

信息感知、動態識別、控制技術和提高主動安全性是車輛控制與安全系統的主要研究內容。在政府的支持下，世界各大汽車公司和大學正在開展這方面的研究和工作。為了實現交通部提出的“先進安全汽車（ASV）計劃”，豐田、日產、本田、三菱等日本主要汽車制造商致力于安全汽車新技術的研發。

與發達國家相比，中國汽車防撞系統的研究和發展還不夠成熟。近年來，一些研究機構、學院和公司開展了這項研究。如倒車雷達，已經在車輛上得到了普遍的安裝和使用，但目前國內生產的中距離測量系統一般都達不到要求，表現為距離最短、測距誤差大，遠遠不能滿足高速公路的安全距離要求，需要進一步研究。當前，中國的汽車行業發展很快，機動車數量增加迅速，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，但也難免會有視野盲區，所以汽車倒車報警器的市場前景十分可觀。

三、研究的具體工作

本次設計的汽車倒車安全報警系統，主控制芯片為AT89C51型號單片機，利用超聲波測距的原理，測出車尾和物體之間的距離，并將數據顯示在液晶屏上。當達到極限距離時，語音模塊提示相關的報警信息，提醒司機及時剎車。同時還可以通過按鍵控制來設置報警距離。該設計采用國內生產廠家的常用元件，成本不高但性能相對可靠，有利于推廣。而且超聲波測距的方法快速準確，為司機的倒車安全提供了重要保障，實用性極高。

對主控芯片的選擇，市場上提供了兩種方案：

方案一：使用AT89C51型號單片機。該單片機繼承了其他51系列單片機低功耗、性能高的特點，采用CMOS8位控制器。而Flash存儲有8K，可收錄大量程序，具有很多傳統的51系列單片機所不具備的優點，編寫方式更靈活，效率更高，在解決問題時也更有效。

方案二：采用STM32F103C9T6型號單片機。STM32F103C9T6型號為STM32系列單片機的最小系統，單片機本身為32位，具有性能高、成本低、功耗低等特點，屬于增強型系列的單片機，而且其內部的Cortex-M3架構能使其指令執行更快，單片機性能更強。

通過對以上兩種單片機的對比，雖然兩種單片機都有設計的優點，但是AT89C51型號單片機的功能足夠滿足本次設計的需求，同時AT89C51型號的相關操作比較簡單、成本比較劃算，經過多方面的考慮，采用AT89C51型號單片機作為本設計的主控制芯片。

而對測距方案的設計根據該模塊功能的需求，經查閱過相關資料后得出以下三種方案。

方案一：激光測距;激光測距的原理是測距儀發射激光后被測物體接受，再將其反射回來。測距儀記錄激光返回時間，并將光速乘以一半的時間來計算距離。其優點是激光測量距離長，速度快，測量準確。缺點是成本高。

方案二：紅外測距;紅外測距的原理是測量不同距離遇到障礙物時的紅外反射強度。優點是成本低廉，缺點是精度不夠，方向不好。

方案三：超聲波測距;超聲波測距的原理是利用超聲波在發射后遇到障礙物時反射回來的特性，記錄發射到反射回來的時間，然后將時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。超聲測距的精度高于紅外測距，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論，所以本次設計采用超聲波測距。

四、系統模塊軟件設計

在完成對系統具體方案的選擇后，緊接著就要完成系統的軟件設計。對此次汽車倒車測距系統的課題，傾向運用模塊化的設計方案，其不僅會使程序的結構明朗，還易于之后更深入地擴展工作。此次設計的系統大致有以下這些模塊組成：首要就是主程序的撰寫，接下來就是數據的采集，顯示屏的顯示程序，語音的提示、報警功能。最主要的任務就是實現系統的初始化進程，及其裝置自我檢測的功能。對汽車倒車安全報警系統的初始化進程要求包含CPU各端口的輸入輸出設定和一些外圍的驅動問題。

最初的想法是將程序的設計運用結構化，最開始想到的就是結構化的好處：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。其次就是結構化撰寫程序方便閱讀、改正和檢測維護，這樣就可以大大減少后期出錯的可能，也保證了主程序的可靠性。其實，結構化也就是把一個整體切割成部分，經歷由總到分再到總的過程。這樣就可以把一個復雜的問題分解成若干個小問題然后去一個個地進行破解，這種基本思路符合結構法的要求。當然運用這種方法就是可以讓設計者考慮得很周全，不會有遺漏的地方，再就是結構鮮明且清晰，更方便隨時修改訂正。

五、結論與展望

至此汽車倒車安全報警系統的設計已經全部完成，數據的準確性方面，經過多次測試發現測量的誤差在很小的范圍之內;在耗能方面，該設計進行多次調試后，能源消耗并不大;功能實用方面也沒問題，都能滿足用戶的需求。本設計的汽車倒車安全報警系統使用簡便、低耗能、功能實用，能滿足絕大多數人的需求。此外，汽車倒車安全報警系統還具有性能可靠、電路簡單、元器件成本低、實用性強、耗能低等特點，是在智能科技浪潮的推動下出現的智能化產品，方便了社會生活和其他各領域，是一種十分有意義的智能產物。

[作者單位]

湖北第二師范學院

（編輯：溫子超）