基于ArduinoUNO大型汽車盲區(qū)檢測與報警裝置的設(shè)計

張哲 陳麗銀 汪棟 覃耀 黃世玲

摘 要：以Arduino UNO芯片為核心，結(jié)合人體探測模塊和超聲波模塊，設(shè)計了一種汽車安全駕駛輔助裝置。通過Arduino IDE軟件對Arduino UNO芯片進(jìn)行編程，實現(xiàn)對人體探測模塊和超聲波模塊所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理后的信號發(fā)送給LCD1602液晶進(jìn)行顯示和蜂鳴器發(fā)出報警。本產(chǎn)品具有成本低且可靠性高等特點。

關(guān)鍵詞：Arduino UNO芯片；紅外人體探測；超聲波測距；駕駛輔助裝置

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0049-02

Abstract： With the Arduino UNO chip as the core， and based on the human detection module and ultrasonic module， a vehicle safety driving assistant device is designed. The Arduino UNO chip is programmed by Arduino IDE software to process the data collected by human detection module and ultrasonic module， and the processed signals are sent to LCD1602 liquid crystal for display and buzzer alarm. This product has the characteristics of low cost and high reliability.

Keywords： Arduino UNO chip； infrared human detection； ultrasonic ranging； driving assist device

1 概述

近些年，因為經(jīng)濟的快速發(fā)展和工業(yè)運輸?shù)男枰?，大型車輛的數(shù)量持續(xù)上升，從而導(dǎo)致了大型車輛事故不斷發(fā)生，造成巨大經(jīng)濟損失的同時還引發(fā)嚴(yán)重人員傷亡。其中，由于大型車輛車駕駛員注意力不集中、輪內(nèi)輪差以及后視鏡盲區(qū)等問題的存在，很可能會與行人在轉(zhuǎn)彎的時候發(fā)生碰撞事故，造成十分嚴(yán)重的后果。因此，作為一種能有效降低交通事故發(fā)生率的汽車安全駕駛輔助技術(shù)越來越多的受到人們關(guān)注[1]。目前在各種汽車安全駕駛的輔助技術(shù)中，存在行車記錄儀和倒車?yán)走_(dá)。行車記錄儀現(xiàn)已具有較為先進(jìn)的技術(shù)性能，卻只能停留在記錄部分行車數(shù)據(jù)上[2]。而倒車?yán)走_(dá)需要時常去清潔，受雨雪、冰雪或泥水覆蓋傳感器時，傳感器就會失靈[3]。隨著科技的發(fā)展，本設(shè)計利用人體探測模塊和超聲波模塊作為傳感器，并采用復(fù)合算法，使報警的準(zhǔn)確性大大提高。

2 總體方案設(shè)計

本設(shè)計總體方案框圖如圖1所示，分為人體探測模塊、超聲波模塊和以Arduino UNO為核心的三個部分。蜂鳴器和液晶顯示器接在Arduino UNO上，超聲波模塊和人體探測模塊所采集到的數(shù)據(jù)，通過Arduino UNO分析處理后顯示在液晶顯示器上，并判定蜂鳴器是否應(yīng)該發(fā)出警報，從而提醒駕駛員注意盲區(qū)有人。

3 硬件電路設(shè)計

3.1 人體探測模塊介紹

本設(shè)計采用人體探測模塊的型號為DYP-ME003，它具有以下功能特點：

（1）全自動感應(yīng)：當(dāng)感應(yīng)范圍內(nèi)探測到有人時輸出高電平， 感應(yīng)范圍探測人離開后則自動進(jìn)行延時并關(guān)閉高電平，輸出低電平。

（2）兩種觸發(fā)方式：（通過跳線選擇）

a.不可重復(fù)觸發(fā)方式：檢測到人體輸出的高電平后，當(dāng)延遲時間結(jié)束時，輸出將自動由高電平向低電平轉(zhuǎn)變。

b.可重復(fù)觸發(fā)方式：探測到人輸出高電平后，在延時時間內(nèi)，如果有人仍在其感應(yīng)范圍內(nèi)，輸出將保持高電平，只有當(dāng)人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖健?/p>

（3）工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓 DC4.5V-20V。

（4）低功耗：靜態(tài)電流<50μA，非常適用于干電池供電的自動控制產(chǎn)品。

（5）輸出高電平信號：易于與各種電路連接。

3.2 超聲波模塊介紹

本設(shè)計中使用的超聲波模塊為HC-SR 04，該模塊可檢測出2cm～400cm的非接觸距離，測距精度可達(dá)3mm。該模塊包括控制電路、超聲波發(fā)射機和接收器。其基本工作原則如下：

（1）采用單片機的I/O端口觸發(fā)模塊控制觸發(fā)范圍，給出10 US以上的高電平信號。

（2）該模塊可自動發(fā)射頻率為40khz的8個方波，并自動檢測信號是否返回。

（3）通過單片機的IO口ECHO 輸出高電平，高電平持續(xù)的時間為超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2。

3.3 液晶顯示器介紹

LCD 1602液晶廣泛應(yīng)用。原有的LCD 1602液晶采用HD 44780控制器?，F(xiàn)在各廠商的LCD 1602模塊基本兼容，所以特點基本相同。其主要技術(shù)參數(shù)有：

4 ARDUINO UNO程序設(shè)計

4.1 開發(fā)工具介紹

Arduino是一款開源電子原型平臺，具有便捷靈活、方便上手的優(yōu)點。其分為硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE）。于2005年冬季由一個歐洲開發(fā)團(tuán)隊開發(fā)。

該開發(fā)平臺具有特點如下：

（1）跨平臺：Arduino IDE在三大操作系統(tǒng)MacintoshOS、Linux和WindowsX上工作得很好，與大多數(shù)只能在Windows上開發(fā)的控制器不同。

（2）簡單明了：基于ProcessingIDE開發(fā)的Arduino IDE。相對于初學(xué)者來說，有足夠的靈活性，同時也很容易掌握。Arduino語言的開發(fā)是以布線語言為基礎(chǔ)的，它是AVR-GCC庫的二次封裝，不需要太多的編程基礎(chǔ)和單片機基礎(chǔ)，通過簡單學(xué)習(xí)后，你也可以快速的進(jìn)行開發(fā)。

（3）開放：Arduino的硬件電路圖、原理圖、IDE軟件和核心庫文件都是開源的，原始設(shè)計和相應(yīng)的代碼可以在開源協(xié)議的范圍內(nèi)任意修改。

（4）快速發(fā)展：Arduino不僅是一個優(yōu)秀的硬件開發(fā)平臺，也是世界上最受歡迎的開源硬件，也是硬件發(fā)展的一大趨勢。Arduino的簡單開發(fā)方式使開發(fā)人員更加注重創(chuàng)意和實施，能夠更快地完成自己的項目開發(fā)，大大縮短開發(fā)周期，節(jié)約了學(xué)習(xí)的成本。

由于Arduino的種種優(yōu)勢，專業(yè)硬件開發(fā)者已經(jīng)越來越多的開始使用Arduino來開發(fā)他們的項目、產(chǎn)品；軟件開發(fā)者越來越多的使用Arduino進(jìn)入硬件、物聯(lián)網(wǎng)等開發(fā)領(lǐng)域；在大學(xué)里很多專業(yè)也開展了Arduino相關(guān)課程。[4]

4.2 Arduino UNO程序功能

通過Arduino IDE軟件對Arduino UNO芯片進(jìn)行編程。當(dāng)超聲波模塊探測到障礙物距離達(dá)到設(shè)定值時，超聲波的輸出引腳輸出一個高電平給Arduino UNO芯片，并把探測到的距離值在LCD1602液晶上顯示；當(dāng)人體探測模塊探測到有人體動作時，人體探測模塊的輸出引腳輸出一個高電平給Arduino UNO芯片。當(dāng)Arduino UNO芯片接收到這兩個引腳同時高電平輸入時，蜂鳴器立即發(fā)出報警。

5 結(jié)束語

本文介紹了一種新型的汽車安全駕駛輔助裝置設(shè)計方案，采用Arduino IDE軟件對Arduino UNO進(jìn)行編程，對兩個傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過LCD1602液晶進(jìn)行顯示，并判斷蜂鳴器是否發(fā)出報警。該設(shè)計具有成本低，可靠性高等特點，為以后汽車安全駕駛輔助裝置的設(shè)計提供了一個新的思路。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉海峰.汽車倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)全接觸[J].汽車電器，2007（12）：5-8.

[4]陳呂洲.Arduino程序設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京航天航空出版社，2014：5-6.

[5]鄧湘鴻.先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（19）：40-41.

[6]周全.基于LabVIEW的汽車倒車顯示與報警設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（07）：32-33.