具有車距檢測(cè)的道路限高限寬裝置

沈紅雷

摘要：一種能準(zhǔn)確判斷狹窄道路汽車是否能通過的裝置，由激光傳感器、超聲波傳感器、接受器、報(bào)警電路模塊組成，其特征在于：激光發(fā)射與接收裝置發(fā)出并接收激光，信號(hào)處理電路判斷是否同時(shí)收到兩束激光，如果沒有收到，則發(fā)送信號(hào)給報(bào)警電路模塊，提示安全通過，如果同時(shí)收到兩束激光則發(fā)送信號(hào)給報(bào)警電路模塊提示不可通過。本設(shè)計(jì)解決了目前汽車駕駛員判斷道路寬窄用目測(cè)法誤差較大之不足，具有結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，投入成本低，使用方便，節(jié)約時(shí)間，使用壽命長，可廣泛應(yīng)用于各種類型汽車，有廣闊的市場(chǎng)前景等諸多優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】限高限寬 障礙檢測(cè) 報(bào)警

1 概述

1.1 設(shè)計(jì)背景技術(shù)

在二十一世紀(jì)，汽車已經(jīng)成為了人們普遍的交通工具，每一個(gè)有車的人都很愛惜自己的愛車，一旦有什么漆掉了，或者是哪里被刮花了，都覺得很心疼。然而當(dāng)車子進(jìn)入到一些偏遠(yuǎn)的小村莊或者是一條狹窄的小道，也許就會(huì)因?yàn)闆]有能正確判斷道路的寬窄就直接通過，使得車子被刮花，刮花后還要進(jìn)行打磨噴漆等汽車美容處理，汽車美容費(fèi)相對(duì)來說也是一筆不小的數(shù)目，畢竟這也算是一筆不必要的支出。如果司機(jī)下車查看目測(cè)完之后再進(jìn)行駕駛，也會(huì)浪費(fèi)一些時(shí)問的。還有可能在未提前判斷并及時(shí)掉頭的情況下，但是后而卻已經(jīng)有車跟上來，導(dǎo)致交通堵塞，如果一不小心，甚至?xí)c后而緊隨的車輛發(fā)生交通事故。雖然目前已經(jīng)由限寬限高的專利出現(xiàn)，但是它們主要是在道路上安裝設(shè)施來判斷汽車是否能安全通過。這種產(chǎn)品也有很多不足之處一一它一般只安裝在車流量比較大的場(chǎng)合，但是對(duì)于千變?nèi)f化的鄉(xiāng)村道路來說，則很難實(shí)現(xiàn)，而且就算是安裝在鄉(xiāng)村，也會(huì)耗費(fèi)相當(dāng)大的財(cái)力。

1.2 具有信息存儲(chǔ)功能的手機(jī)移動(dòng)電源設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)的目的在于克服了現(xiàn)在社會(huì)上對(duì)于道路寬窄判斷不準(zhǔn)確的情況，提供了一種能夠即時(shí)判斷出道路寬窄，并且發(fā)送一個(gè)報(bào)警信息讓駕駛員能提前做出選擇的判斷裝置。

本設(shè)計(jì)的目的是采用了以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：一種能準(zhǔn)確判斷狹窄道路汽車是否能通過的裝置，由激光傳感器、超聲波傳感器、接受器、報(bào)警電路模塊組成，其特征在于：車子每一側(cè)離地而高低不同處各裝一個(gè)激光發(fā)射接收器件，共有4個(gè)激光發(fā)射接收器件，均安裝在汽車相應(yīng)高度的最寬兩側(cè)，用于檢測(cè)高低不等的道路障礙物，作出判斷并播報(bào)道路寬窄信息讓駕駛員能提前做出選擇，并確保汽車能安全通過。

同時(shí)，在汽車的前后兩端同時(shí)也裝有超聲波傳感器。當(dāng)汽車向前行駛時(shí)，前超聲波傳感器正常工作，向前方發(fā)射超聲波并接收，以檢測(cè)本車輛與前方車輛的距離，如果收到的檢測(cè)結(jié)果超過預(yù)先設(shè)定的距離，則報(bào)警提示車距過窄；反之，如果未超過預(yù)先設(shè)定的距離，則不報(bào)警。當(dāng)汽車倒車行駛時(shí)（一般為倒車入庫），后超聲波傳感器正常工作，向后方發(fā)射超聲波并接收，以檢測(cè)本車輛與后方障礙物之問的距離，如果測(cè)量值超過預(yù)先設(shè)定值，則報(bào)警提示：如果測(cè)量值未超過預(yù)先設(shè)定值，則不報(bào)警，可正常行駛。

本設(shè)計(jì)提供的具有車距檢測(cè)的道路限高限寬裝置，具有相對(duì)其他產(chǎn)品的一些優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單：

（2）投入成本低；

（3）使用方便：

（4）節(jié)約時(shí)問：

（5）使用壽命長；

（6）可廣泛應(yīng)用于各種類型汽車，有廣闊的市場(chǎng)前景。

2 具有車距檢測(cè)的道路限高限寬裝置工作詳述

2.1 限高限寬工作詳述

如圖1所示，圖為限高限寬工作框圖，我們可以看到，當(dāng)激光發(fā)射器與接收裝置正常工作時(shí)，會(huì)一直發(fā)射激光以檢測(cè)道路情況。信號(hào)處理電路用來處理接收到的反饋激光，如未收到反饋激光或者只收到一條反饋激光，則不足以觸動(dòng)報(bào)警電路，駕駛員可以正常行駛；如果檢測(cè)到了兩條反饋激光，信息處理電路則會(huì)觸動(dòng)報(bào)警電路，發(fā)出報(bào)警聲音以提示駕駛員不可行駛。

2.2 車距檢測(cè)工作詳述

如圖2所示，為車輛車距檢測(cè)工作框圖。當(dāng)車輛向前行駛時(shí)，前方超聲波傳感器正常工作，發(fā)射超聲波并接收，信息處理電路根據(jù)反饋回來的超聲波，判斷本車輛與前方車輛或者是障礙物的距離，如果該距離小于設(shè)定距離，則報(bào)警提示駕駛員減速慢行，以免發(fā)生交通事故；如果該距離大于設(shè)定距離，則不報(bào)警，駕駛員正常行駛。反之，當(dāng)?shù)管囆旭倳r(shí)，后方超聲波傳感器正常工作，發(fā)射超聲波并接收，當(dāng)測(cè)量距離大于設(shè)定距離，則可以正常倒車：如果測(cè)量距離小于設(shè)定距離，則報(bào)警提示駕駛員不要再倒車，以免發(fā)生碰撞。

PS：前行傳感器設(shè)定距離與倒車傳感器設(shè)定距離可為不同值。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 激光傳感器

3.1.1 激光傳感器的定義

激光傳感器：是一種利用激光的發(fā)射與回傳來進(jìn)行測(cè)量的傳感器裝置。

激光傳感器一般由激光器、激光檢車器（接收器）以及信號(hào)檢測(cè)電路組成。

激光傳感器具有很多的優(yōu)點(diǎn)，如測(cè)量反應(yīng)速度快，量程大，抗干擾能力強(qiáng)等等，不過相對(duì)一些老式的傳感器來說，我覺得它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)無接觸測(cè)量，這為很多的測(cè)量都提供了不小的便利。

3.1.2 激光傳感器的分類

激光傳感器按照工作物質(zhì)來分，一般可以分為4類。

（1）固體激光器；

（2）液體激光器；

（3）氣體激光器；

（4）半導(dǎo)體激光器。

顧名思義，這些激光器都是以他們的工作物質(zhì)來命名的。而其中最常用的激光器要屬固體激光器和半導(dǎo)體激光器，比如固體激光器中的公報(bào)是激光器、YAG激光器等等：再比如半導(dǎo)體激光器中的砷化鎵激光器。

3.2 超聲波傳感器

3.2.1 超聲波傳感器的定義和分類

（1）超聲波傳感器的定義。超聲波傳感器：是一種利用超聲波的發(fā)射與接收來進(jìn)行測(cè)量的傳感器裝置。endprint

超聲波傳感器也就是超聲波探頭，一般來說，較為常用的材料為壓電晶片，壓電晶片既可以發(fā)射超聲波，也可以接收反饋的超聲波。

（2）超聲波傳感器的分類。按照其結(jié)構(gòu)的不同，我們可以將超聲波探頭分為縱波探頭、橫波探頭、表而波探頭、蘭姆波探頭等等。

3.2.2 超聲波傳感器的工作原理

當(dāng)超聲波傳感器正常工作時(shí)，有壓電晶片通過機(jī)械振蕩，將電能轉(zhuǎn)化成超聲波（也叫做超聲波發(fā)送器），再將超聲波發(fā)射出去，向周圍輻射。當(dāng)接觸到目標(biāo)是產(chǎn)生回饋，壓電晶片接收到超聲波時(shí)，再將超聲波轉(zhuǎn)化成電能（也叫做超聲波接收器）。

3.3 激光傳感器與超聲波傳感器的比較

激光傳感器與超聲波傳感器同屬于傳感器，也是各有所長。那么我將從幾方而來比較一下這兩個(gè)傳感器的性能。

3.3.1 從測(cè)量速度方而來比較

激光傳感器的測(cè)量速度要比超聲波傳感器快上很多，畢竟一個(gè)是光速，一個(gè)是音速。

3.3.2 從抗干擾能力方而來比較

激光傳感器相對(duì)來說，抗光干擾的能力相對(duì)較弱，而超聲波傳感器的卻也容易被空氣中的雜質(zhì)影響，導(dǎo)致測(cè)量的失誤，不過相對(duì)來說，超聲波傳感器的穩(wěn)定性還是要強(qiáng)一點(diǎn)的。

3.3.3 從測(cè)量距離方而來比較

激光傳感器的量程較大，但是其測(cè)距能力較弱，因?yàn)楣馑偬斓脑颍す鈧鞲衅魍荒茉诙虝r(shí)問內(nèi)準(zhǔn)確地記錄下發(fā)射激光到接收激光的時(shí)問，也會(huì)使得測(cè)距的不準(zhǔn)確；而相對(duì)來說，超聲波傳感器的測(cè)距則顯得十分精準(zhǔn)，并且其方向性很好，可以定向傳播。

3.3.4 再從性價(jià)比方而來比較

激光傳感器的電路較為簡(jiǎn)單，有一些基礎(chǔ)的同學(xué)都是可以自己做出來的，并且價(jià)格低廉：而超聲波傳感器的價(jià)格相對(duì)較貴，不可能大量使用。

3.4 激光傳感器與超聲波傳感器工作框圖解析

如圖3所示，為激光傳感器與超聲波傳感器工作框圖，因?yàn)榧す鈧鞲衅髋c超聲波傳感器均為測(cè)距傳感器，所以其工作框圖也差不多，這邊列舉一種統(tǒng)一的框圖以作說明。

當(dāng)傳感器開始工作時(shí)，由單片機(jī)發(fā)送信號(hào)給定時(shí)器，過一定時(shí)問之后，傳感器發(fā)射信號(hào)，如果遇到障礙物，則反饋信號(hào)；當(dāng)接收器接到反饋信號(hào)后，由信號(hào)處理電路進(jìn)行放大處理，再交由單片機(jī)判斷傳感器狀態(tài)，如有障礙物，則發(fā)出報(bào)警聲音提醒駕駛員。

3.5 具有車距檢測(cè)的道路限高限寬裝置示意圖及參數(shù)

如圖4所示，為具有車距檢測(cè)的道路限高限寬裝置示意圖。其中點(diǎn)1、點(diǎn)2均為ZYT-0100激光測(cè)距傳感器，用于實(shí)現(xiàn)限高限寬功能，這種激光傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）測(cè)量的距離為0.1-150米；

（2）測(cè)量的精度相對(duì)較高，只有+2毫米；

（3）測(cè)量速度快，可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的物體，在我們這個(gè)課題中，因?yàn)檐囎邮遣粩嘈旭偟模赃B續(xù)測(cè)量對(duì)本課題是極為重要的：

（4）可以在惡劣環(huán)境中工作，耐高溫，使用壽命較長，為50000小時(shí)以上；

（5）供電電壓在10V到24V之間，功率消耗為1W。

ZYT-0100激光測(cè)距傳感器分別裝在汽車兩側(cè)的最外側(cè)與最高處，共計(jì)四個(gè)傳感器，這樣可以在較遠(yuǎn)的距離測(cè)量前方狀況，因?yàn)閭鞲衅餮b在車輛最外側(cè)，所以當(dāng)傳感器未接收到回饋信號(hào)時(shí)，說明前而并沒有可以阻擋車輛行駛的障礙物，車輛則可以正常行駛。

另外，點(diǎn)3、點(diǎn)4為KT40-1001A超聲波傳感器，用于實(shí)現(xiàn)車距檢測(cè)功能，這種超聲波傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）測(cè)量距離為0.1-3米，與正常車距所匹配；

（2）尺寸小，重量輕，方便安裝；

（3）正常使用溫度為-40到85℃；

（4）靈敏度高，可以精確測(cè)量車問距。

KT40-1001A超聲波傳感器分別裝在汽車前端與后端，共兩個(gè)，負(fù)責(zé)車距檢測(cè)功能。

3.6 總電路示意圖及解析

如圖5所示，為總電路示意圖。其中，將超聲波發(fā)射電路接在P1.0口上，由單片機(jī)向超聲波發(fā)射電路輸送一個(gè)40KHZ的信號(hào)，并且開始技術(shù)，當(dāng)超聲波發(fā)射后，由超聲波接收電路接收反饋，若頻率在38 kHz至40 kHz左右，則超聲波接收電路輸出到P1.4口低電平，否則輸出高電平，在接收到信號(hào)時(shí)停止計(jì)時(shí)，并計(jì)算所測(cè)距離；當(dāng)所計(jì)算出來的距離小于正常車距，則接在單片機(jī)P1.7口的蜂鳴器工作，直至車距正常；激光傳感器電路則是接在PO.O上，由PO.O控制激光的發(fā)射和接收信號(hào)的反饋若接收到反饋信號(hào)，則蜂鳴器工作，直至前方無障礙物。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 具有車距檢測(cè)的道路限高限寬裝置工作流程圖解析

如圖6所示，為具有車距檢測(cè)的道路限高限寬裝置工作流程圖。當(dāng)該裝置開始運(yùn)行時(shí)，激光發(fā)射器與超聲波發(fā)射器分別發(fā)射信號(hào)，并進(jìn)行檢測(cè)，由接收器來檢測(cè)是否收到反饋信號(hào)，如果為收到反饋信號(hào)，則重新檢測(cè)，直到接收到反饋信號(hào)時(shí)，警報(bào)聲響，直到無信號(hào)反饋。

5 結(jié)論

所以在本次設(shè)計(jì)中，我在限高限寬中使用的是激光傳感器，因?yàn)槠淞砍梯^大，可以在較遠(yuǎn)的位置就給駕駛員發(fā)出報(bào)警提示，節(jié)省了時(shí)問；而車距檢測(cè)則是用的超聲波傳感器，因?yàn)槠渚嚯x測(cè)量較為準(zhǔn)確，可以精確控制，防『r發(fā)生不必要的意外。

參考文獻(xiàn)

[1]吳順君，楊曉春等，雷達(dá)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2008 （09）.

[2]童敏明，唐守鐸等，傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011（04）.

[3]陳敏，李軍華，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理及實(shí)踐[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2012（03）.

[4]譚秋林，紅外光學(xué)氣體傳感器及檢測(cè)系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009 （06），endprint