道路障礙非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)試與車(chē)輛通行能力判斷方法研究

夏 洋，龔 毅，周 強(qiáng)，馬 鋒

（重慶交通大學(xué) 機(jī)電與汽車(chē)工程學(xué)院，重慶 400074）

道路障礙非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)試與車(chē)輛通行能力判斷方法研究

夏 洋，龔 毅，周 強(qiáng)，馬 鋒

Xia Yang，Gong Yi，Zhou Qiang，Ma Feng

（重慶交通大學(xué) 機(jī)電與汽車(chē)工程學(xué)院，重慶 400074）

介紹了以CX20106為核心實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收，結(jié)合51單片機(jī)的控制和單片機(jī)外部中斷查詢(xún)相應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)一系列操作測(cè)量?jī)芍g的距離。通過(guò)C語(yǔ)言控制比較車(chē)輛經(jīng)過(guò)兩柱之間時(shí)是否能安全通過(guò)從而進(jìn)行相關(guān)報(bào)警。由于車(chē)速較慢故測(cè)量誤差近乎沒(méi)有，使得該系統(tǒng)具備實(shí)用性。

51單片機(jī)；超聲波；寬度測(cè)量

0 引 言1

近年來(lái)，我國(guó)道路交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展迅速，車(chē)輛迅速增多使得行車(chē)道路日益擁堵，行車(chē)環(huán)境日益復(fù)雜，時(shí)常見(jiàn)到一些車(chē)輛因?yàn)閷?duì)前行安全通道估計(jì)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致與其他車(chē)輛或障礙物擦刮，因而，準(zhǔn)確判斷車(chē)體正前方障礙區(qū)域和幾何尺寸對(duì)于安全行車(chē)，確保良好的通過(guò)性顯得尤為重要。

文中研究一種道路障礙非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)試方法和實(shí)時(shí)判斷車(chē)輛能否安全通行的方法，并開(kāi)發(fā)一套車(chē)載測(cè)控與分析系統(tǒng)，以此來(lái)輔助駕駛員安全駕駛，保證行車(chē)安全，減少交通事故的發(fā)生。

1 工作原理

系統(tǒng)要測(cè)量車(chē)輛經(jīng)過(guò)兩柱之間時(shí)能否安全通過(guò)。測(cè)量距離的方法有很多，文中將采用超聲波測(cè)距的方法。在車(chē)輛的車(chē)頭安裝電機(jī)，將超聲波的發(fā)射端和接收端安裝在電機(jī)上。測(cè)量的時(shí)候發(fā)射端開(kāi)始發(fā)射40 kHz的方波信號(hào)，同時(shí)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)射端不斷發(fā)出超聲波，直到接收到反饋回來(lái)的超聲波時(shí)控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，計(jì)算出時(shí)間。根據(jù)時(shí)間和電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度就可以計(jì)算出兩柱之間的距離。

系統(tǒng)工作原理如圖1所示，其中A，B為兩個(gè)柱形障礙物，DE為行車(chē)方向，假定車(chē)在D位置時(shí)測(cè)得障礙物A，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為-α，此時(shí)AD已知；汽車(chē)?yán)^續(xù)前行，到達(dá)E點(diǎn)時(shí)，傳感器測(cè)得障礙物B，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為β，此時(shí)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(shí)現(xiàn)方法

2.1 硬件設(shè)計(jì)

圖2是51單片機(jī)的最小系統(tǒng)原理圖[1]，包括復(fù)位電路和晶振電路。

晶振電路由1個(gè)晶振和2個(gè)瓷片電容組成，能夠幫助單片機(jī)系統(tǒng)正常工作。

單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕，內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。

超聲波發(fā)射電路[2]如圖 3所示，由單片機(jī)產(chǎn)生40 kHz的方波，并通過(guò)單片機(jī)的 P1.0口傳輸?shù)紺D4069，而后面的CD4069則對(duì)40 kHz頻率信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，以使超聲波傳感器產(chǎn)生諧振。

當(dāng)超聲波接收端接收到發(fā)射信號(hào)反饋回來(lái)的信號(hào)時(shí)，便通過(guò)CX20106進(jìn)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(fā)比較得到解調(diào)處理后的信號(hào)。7腳為信號(hào)輸出口，沒(méi)收到信號(hào)時(shí)為高電平，收到后變?yōu)榈碗娖?，之后又恢?fù)高電平，如圖4所示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

合理利用51單片機(jī)的2個(gè)定時(shí)器，一個(gè)用來(lái)計(jì)算超聲波發(fā)射與接收的時(shí)間差，另一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生40 kHz的方波，外部中斷0接收CX20106A 7腳產(chǎn)生的低電平，采取相應(yīng)動(dòng)作，軟件設(shè)計(jì)流程如圖5。

系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)：液晶顯示 1602的初始化子程序、寫(xiě)入子程序以及顯示子程序，距離計(jì)算模塊、超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序，報(bào)警模塊等。

設(shè)計(jì)使用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，C語(yǔ)言相比匯編語(yǔ)言有很多的優(yōu)勢(shì)。編譯器采用功能強(qiáng)大的 Keil進(jìn)行編譯。

液晶顯示初始化程序

當(dāng)超聲波發(fā)射器發(fā)出信號(hào)時(shí)，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收到反饋回來(lái)的信號(hào)時(shí)，定時(shí)器中斷，將計(jì)時(shí)的時(shí)間傳給距離計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算。

中斷程序

報(bào)警模塊程序

3 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用了51單片機(jī)控制和超聲波測(cè)距原理，在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)車(chē)輛行駛方向上各障礙物之間間隔寬度進(jìn)行計(jì)算，以及判斷車(chē)輛通過(guò)性能高低定量計(jì)算和提前警示駕駛員。

[1]陳旦花. 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 無(wú)線互聯(lián)科技，2012（10）：103-104.

[2]盧云飛，張永俊，王玉強(qiáng)，等. 基于MAX038的波發(fā)射電路設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電工程技術(shù)，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(xué)研究生教育創(chuàng)新基金（20130128）。