基于Arduino單片機(jī)的汽車啟停防護(hù)系統(tǒng)

韋依

（東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150040）

1 整體方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由Arduino 單片機(jī)、紅外線溫度傳感器、毫米波雷達(dá)、攝像頭、蜂鳴器、警示燈、電源組成。在汽車停止時(shí)、位于汽車后方的攝像頭可以對(duì)車輛后方的行人、電動(dòng)車、汽車進(jìn)行捕捉、通過毫米波雷達(dá)計(jì)算得出物體的運(yùn)動(dòng)速度，然后將此信號(hào)傳輸給單片機(jī)處理，當(dāng)車輛停止且車輛后方有汽車、電動(dòng)車等快速靠近時(shí)，警示燈會(huì)亮起，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，提示司乘人員不要下車，防止“開車門”事故發(fā)生或者司乘下車后被后方來車撞到。位于汽車四個(gè)角的紅外線溫度傳感器可以采集汽車周圍的紅外線，并轉(zhuǎn)化為溫度，當(dāng)汽車啟動(dòng)后，周圍有溫度超過35 攝氏度的物體時(shí)，汽車蜂鳴器會(huì)發(fā)出提示音，警示駕駛員汽車盲區(qū)可能存在動(dòng)物或者人，避免駕駛員忽視盲區(qū)啟動(dòng)車輛而帶來的事故。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 雷達(dá)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 攝像頭檢測硬件設(shè)計(jì)

攝像頭檢測模塊主要由COMS 攝像頭、圖像處理模塊組成，當(dāng)汽車停止之后，系統(tǒng)開始進(jìn)行工作，COMS 攝像頭對(duì)車輛后方的盲區(qū)進(jìn)行圖像采集，并傳遞給圖像處理模塊，圖像處理模塊會(huì)對(duì)車輛后方的動(dòng)態(tài)物體進(jìn)行判斷[3]，然后將判斷到的結(jié)果傳遞給單片機(jī)中央處理器，如果判斷后方有危險(xiǎn)來車，那么單片機(jī)將會(huì)控制蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，警示燈變?yōu)榧t色，提示司乘人員后方有危險(xiǎn)來車，請(qǐng)勿下車。工作流程圖如圖1 所示[4]。

圖1 攝像頭工作流程圖

2.3 紅外線檢測裝置設(shè)計(jì)

本文采用的紅外線溫度傳感器可以精準(zhǔn)檢測到汽車周圍50cm 范圍的動(dòng)物的溫度，為了能夠?qū)崿F(xiàn)全方位地檢測[5]，在汽車的進(jìn)氣格柵、左右翼子板內(nèi)、后方左右車門內(nèi)以及車輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi)裝入紅外線溫度傳感器，當(dāng)汽車啟動(dòng)之后，只要有一個(gè)傳感器檢測到的溫度超過了35 攝氏度，蜂鳴器將會(huì)發(fā)出警報(bào)聲、警示燈會(huì)變成紅色，警示駕駛員汽車周圍可能有動(dòng)物或者人，請(qǐng)不要啟動(dòng)車輛，當(dāng)駕駛員下車確認(rèn)周圍安全之后，可以啟動(dòng)車輛[6]。

2.4 LED 警示燈設(shè)計(jì)

為了提高對(duì)于危險(xiǎn)情況的感知，本系統(tǒng)采用三色LED 警示燈。該指示燈由紅、綠、藍(lán)三種顏色組成，其中紅色指示燈與單片機(jī)IO3 口相連接，綠色指示燈與單片機(jī)的IO4 口相連接，當(dāng)單片機(jī)判斷車輛周圍有危險(xiǎn)情況時(shí)，IO3 口會(huì)輸出高電平，此時(shí)紅色指示燈亮起，警示司乘人員。當(dāng)單片機(jī)判斷汽車周圍的情況安全時(shí)，IO3 口輸出低電平，IO4 口輸出高電平，此時(shí)紅燈熄滅，綠燈亮起。該指示燈亮度適宜，功耗低、體積小，符合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要[7]，圖2。

圖2 LED 警示燈電路示意圖

2.5 蜂鳴器的設(shè)計(jì)

LED 警示燈的警報(bào)可能被忽略掉，因此在本系統(tǒng)中加入蜂鳴器對(duì)司乘人員進(jìn)行提示，本系統(tǒng)采用有源蜂鳴器作為聽覺警示模塊，此種蜂鳴器的體積小、功耗低，適合本系統(tǒng)開發(fā)的需要。此款蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)形式也比較簡單，僅需將蜂鳴器的陽極管腳與單片機(jī)的一個(gè)信號(hào)輸出口相連，另一個(gè)管腳與單片機(jī)的GND口相連，當(dāng)單片機(jī)信號(hào)輸出口輸出高電平時(shí)，即可觸發(fā)蜂鳴器單元，使其發(fā)出聲音，以此來警示車內(nèi)司乘人員。此款蜂鳴器可以通過控制輸入的電流來達(dá)到控制其音調(diào)的作用，可以實(shí)現(xiàn)兩種危險(xiǎn)狀態(tài)下基于司乘人員不同的提示音，避免了司乘人員對(duì)于蜂鳴器提示音的誤判。

2.6 電源電路設(shè)計(jì)

目前大多數(shù)轎車和SUV 上使用的蓄電池電源均為12V 直流電源，在本系統(tǒng)中攝像頭、紅外傳感器、蜂鳴器、警示燈、單片機(jī)中央處理器使用的都是5V 的直流電源，毫米波雷達(dá)使用的是12V 直流電源。因此需要將電瓶的12V 直流電轉(zhuǎn)換成5V 的直流電供元器件使用。

圖3 直流電源穩(wěn)壓電路

本系統(tǒng)采用LM7805 電壓轉(zhuǎn)換模塊，將12V 的直流電轉(zhuǎn)換成5V 的直流電，同時(shí)電容C1、C2 起到了濾波的作用，最終得到穩(wěn)定的5V 直流電。該供電模塊簡單、發(fā)熱地、成本低、工作性能比較可靠，可以為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源供給。

2.7 單片機(jī)微處理器設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中采用Arduino 單片機(jī)作為微處理器，來接收、存儲(chǔ)、處理數(shù)據(jù)。此微處理器可以準(zhǔn)確接受來自毫米波雷達(dá)、攝像頭、紅外線傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行快速地判斷，同時(shí)該處理器需要的工作電壓為5V 可以采用圖3 所述的直流電源穩(wěn)壓電路來獲取，工作電壓低，安全且容易獲取。本系統(tǒng)主要應(yīng)用于乘用車的改裝，此款處理器的體積較小，方便在汽車上進(jìn)行布置。本處理器結(jié)合了32kB ISP 閃存和讀寫能力，讀寫速度快、可靠性高、功耗低、續(xù)航好，擁有2KBytes 的EEPROM,2KBytes 內(nèi)部SRAM，F(xiàn)lash 內(nèi)存為32Kb，且空間足夠存儲(chǔ)本系統(tǒng)的所有程序，能夠可靠運(yùn)行。除此之外，該芯片的成本低、封裝比較小、管腳少、處理運(yùn)算速度比較快，適合本系統(tǒng)的使用。

3 軟件工作流程

當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，本系統(tǒng)硬件隨著車輛的啟動(dòng)而啟動(dòng)，此時(shí)軟件開始對(duì)各個(gè)硬件的工作狀態(tài)開始初始化，LED 燈處于綠燈狀態(tài)，蜂鳴器此時(shí)不報(bào)警，紅外線傳感器開始對(duì)車輛周圍的環(huán)境中的紅外線進(jìn)行感知，毫米波雷達(dá)對(duì)汽車后方的來車速度進(jìn)行檢測，攝像頭對(duì)汽車后方的環(huán)境進(jìn)行感知。當(dāng)紅外線傳感器檢測到汽車周圍有溫度超過35 攝氏度的物體時(shí)，會(huì)向單片機(jī)中央處理器發(fā)送信號(hào)，單片機(jī)控制LED 燈變成紅色，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，此時(shí)進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，等待司機(jī)下車確認(rèn)車輛周圍環(huán)境安全之后，可以啟動(dòng)車輛；當(dāng)車輛停止時(shí)，毫米波雷達(dá)和攝像頭對(duì)汽車后方的環(huán)境進(jìn)行高速掃描，如果出現(xiàn)危險(xiǎn)來車，那么將會(huì)給單片機(jī)中央處理器發(fā)送信號(hào)，單片機(jī)控制LED 燈變成紅色，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，此時(shí)進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，提示車內(nèi)司乘不要下車，待司乘確認(rèn)后方確實(shí)無危險(xiǎn)來車時(shí)，可以打開車門進(jìn)行下車。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)采用能耗比較低，系統(tǒng)工作可靠，針對(duì)目前生活中常見的“開車門”事件和由于汽車盲區(qū)帶來的危險(xiǎn)事故，系統(tǒng)做出了安全的保障。在成本方面，系統(tǒng)中所需的零部件的成本都比較低，而且從長遠(yuǎn)來看，在汽車改裝上所花費(fèi)的時(shí)間和金錢成本都不會(huì)太高，因此本系統(tǒng)有很好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。同時(shí)切實(shí)降低了汽車啟停過程中的事故率，為汽車安全又添加了一道保障。