一種汽車(chē)倒車(chē)防撞綜合性系統(tǒng)

曾香港 李鵬 溫婭玲

摘 要：對(duì)現(xiàn)有倒車(chē)防撞裝置進(jìn)行優(yōu)化提升，設(shè)計(jì)了一種綜合性汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)STM32為主要控制核心，利用超聲波技術(shù)和相關(guān)控制電路等，完成倒車(chē)系統(tǒng)距離檢測(cè)、顯示、預(yù)警基礎(chǔ)功能。同時(shí)新增智能制動(dòng)和安全保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)倒車(chē)過(guò)程中的二次保護(hù)。介紹了系統(tǒng)裝置各模塊設(shè)計(jì)方案，給出了保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用原理。系統(tǒng)各功能模塊相互協(xié)調(diào)，性能穩(wěn)定，倒車(chē)安全性能進(jìn)一步得到保障。

關(guān)鍵詞：STM32;超聲波;預(yù)警;安全保護(hù)

1、引言

在交通安全事故中，汽車(chē)追尾和倒車(chē)碰撞是時(shí)有發(fā)生的，而汽車(chē)倒車(chē)防撞裝置對(duì)其有一定的預(yù)防作用。當(dāng)前，汽車(chē)倒車(chē)防撞的主要研究?jī)?nèi)容是基于障礙物距離監(jiān)測(cè)、語(yǔ)音報(bào)警和液晶顯示三方面來(lái)不斷提高汽車(chē)的安全性能的，但這三方面有一定的局限性，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中由于系統(tǒng)測(cè)距精度誤差，系統(tǒng)和作用人員的延時(shí)等原因仍有一定的安全隱患，需進(jìn)一步的發(fā)展和創(chuàng)新[1]。本研究針對(duì)當(dāng)前汽車(chē)倒車(chē)時(shí)所存在的一些問(wèn)題，在已有的技術(shù)基礎(chǔ)上，完善現(xiàn)有汽車(chē)倒車(chē)防撞功能，同時(shí)新增汽車(chē)智能制動(dòng)和安全保護(hù)囊這兩項(xiàng)具有提升總體防撞性能的功能，利用單片機(jī)和超聲波技術(shù)等特點(diǎn)，進(jìn)一步地將防撞技術(shù)的各部分進(jìn)行改進(jìn)提升和相互結(jié)合[2]。

2、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

該綜合性防撞系統(tǒng)整體上具有距離檢測(cè)，距離顯示，語(yǔ)音預(yù)警，智能制動(dòng)與安全保護(hù)5個(gè)綜合性功能。如圖1所示，系統(tǒng)工作過(guò)程中，在基于STM32單片機(jī)的控制下，超聲波傳感器發(fā)射超聲波到空氣中，同時(shí)單片機(jī)中的定時(shí)器開(kāi)啟，直至超聲波遇障礙物反射后使傳感器遇回波時(shí)停止計(jì)時(shí)。再由單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，根據(jù)溫度環(huán)境等影響得出相應(yīng)的傳播聲速，進(jìn)而計(jì)算出距離，由計(jì)算出的距離與設(shè)定的距離比較，再在單片機(jī)的控制下執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警、制動(dòng)和安全保護(hù)措施。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)主控模塊

本綜合性倒車(chē)防撞系統(tǒng)以STM32單片機(jī)作為主要控制單元。其主要由控制單元、從屬單元和總線(xiàn)矩陣三大部分組成[3]。單片機(jī)主要負(fù)責(zé)完成各個(gè)模塊的初始化工作，發(fā)射和接收反射回的超聲電波，控制顯示器顯示，控制聲光報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能制動(dòng)和控制保護(hù)裝置。其中單片機(jī)的I/O口、定時(shí)器、中斷系統(tǒng)等功能可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)裝置的對(duì)應(yīng)功能。I/O口用來(lái)控制制動(dòng)系統(tǒng)的智能制動(dòng)和安全保護(hù)裝置的安全囊彈出，定時(shí)器和中斷系統(tǒng)用來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的超聲波及障礙物距離檢測(cè)。

3.2測(cè)距模塊

超聲波測(cè)距在中長(zhǎng)距離的測(cè)距精度高，易于控制，能量消耗慢，且成本低，安全因素較高。因此該汽車(chē)倒車(chē)防撞系統(tǒng)測(cè)距模塊擬采用超聲波測(cè)距。

超聲波測(cè)距可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用。常采用度越時(shí)間檢測(cè)法方式進(jìn)行超聲測(cè)距。其主要原理為：檢測(cè)從發(fā)射傳感器經(jīng)氣體介質(zhì)傳播到接受傳感器的時(shí)間，測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差，并由公式S=求出相應(yīng)檢測(cè)距離（C為音速）。由于音速C與溫度T有關(guān)[4]，因此，在測(cè)距環(huán)節(jié)中，需要考慮溫度對(duì)測(cè)量精度的影響，在本系統(tǒng)中加入了溫度補(bǔ)償電路，可根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)溫度的溫度值進(jìn)行音速的溫度補(bǔ)償。

3.3語(yǔ)音預(yù)警模塊

綜合考慮防撞系統(tǒng)造價(jià)和簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，選取蜂鳴器和發(fā)光二級(jí)管進(jìn)行聲光預(yù)警。報(bào)警部分利用單片機(jī)控制輸出一定頻率的信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)距離小于預(yù)定的設(shè)置距離時(shí)，單片機(jī)I/O輸出一低電平信號(hào)，電路導(dǎo)通，蜂鳴器實(shí)現(xiàn)聲光預(yù)警。由于蜂鳴器的工作電流較大，單片機(jī)的I/O口難以直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，因此在電路中連接一個(gè)PNP三極管用以放大電流。

3.4? 顯示模塊

考慮該倒車(chē)系統(tǒng)需要顯示測(cè)量距離，設(shè)定距離，溫度等多方面的數(shù)據(jù)，因此倒車(chē)系統(tǒng)擬采取LCD1602液晶屏顯示。如圖2所示，通過(guò)LCD1602液晶顯示屏第一行實(shí)時(shí)顯示倒車(chē)超聲測(cè)量的距離，以及通過(guò)溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境溫度數(shù)值，液晶第二行顯示設(shè)置的安全報(bào)警距離數(shù)值。

3.5 制動(dòng)系統(tǒng)模塊

汽車(chē)制動(dòng)時(shí)通常使剎車(chē)片被擠壓在剎車(chē)盤(pán)或剎車(chē)鼓上產(chǎn)生摩擦，從而達(dá)到車(chē)輛減速剎車(chē)的目的。本系統(tǒng)裝置由電控制動(dòng)，單片機(jī)I/O口，三極管（PNP）放大器，繼電器，電磁鐵，尾部?jī)赡Σ撩娼M成。其中三極管用以對(duì)I/O口輸出電流放大，繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)較大電流的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路控制。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)距離大于預(yù)警距離時(shí)，單片機(jī)I/O輸出一定頻率信號(hào)，線(xiàn)圈通電，電磁鐵磁化，產(chǎn)生吸力將尾部?jī)赡Σ撩娣珠_(kāi)，電機(jī)自由旋轉(zhuǎn);反之當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)距離小于預(yù)警距離時(shí)，單片機(jī)I/O口改變輸出電平信號(hào)，線(xiàn)圈斷電，通過(guò)彈簧回復(fù)力，兩摩擦面結(jié)合，讓電機(jī)制動(dòng)。

3.6 安全保護(hù)裝置模塊

安全保護(hù)裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示，其主要由擋塊、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、保護(hù)囊、推桿、彈簧及其余支撐座組成。通過(guò)滑槽作為保護(hù)裝置輸送方式，彈簧作為力驅(qū)動(dòng)，擋塊實(shí)現(xiàn)力阻限制，使安全保護(hù)裝置功能的實(shí)現(xiàn)更為高效便捷，以進(jìn)行倒車(chē)過(guò)程中緩沖減震作用。

安全保護(hù)裝置與制動(dòng)系統(tǒng)是同時(shí)作用的，當(dāng)系統(tǒng)的測(cè)量模塊的檢測(cè)距離小于系統(tǒng)預(yù)定制動(dòng)距離時(shí)，單片機(jī)I/O口改變輸出電平信號(hào)，使制動(dòng)系統(tǒng)和保護(hù)裝置同時(shí)工作，電機(jī)停轉(zhuǎn)，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，擋塊下落，保護(hù)囊在彈簧的作用下彈出，以更安全的實(shí)現(xiàn)汽車(chē)倒車(chē)預(yù)警過(guò)程。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

如圖4所示，本綜合性防撞系統(tǒng)是基于單片機(jī)STM32的控制下進(jìn)行的程序設(shè)計(jì)，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，整個(gè)軟件系統(tǒng)主要包括主程序，發(fā)射子程序，外部中斷子程序，液晶顯示子程序，主動(dòng)制動(dòng)子程序和安全保護(hù)子程序。主程序以單片機(jī)程序?yàn)橹黧w，系統(tǒng)軟件主體功能在單片機(jī)主體程序中實(shí)現(xiàn)，主程序調(diào)用子程序及中斷服務(wù)子程序等完成相應(yīng)的軟件控制[5]。

5、結(jié)論

本倒車(chē)防撞系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，可實(shí)現(xiàn)汽車(chē)倒車(chē)過(guò)程中的距離檢測(cè)、距離顯示、聲光預(yù)警、緊急制動(dòng)和安全保護(hù)5項(xiàng)功能。其中緊急制動(dòng)和安全保護(hù)設(shè)置是在系統(tǒng)的二次預(yù)警過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽車(chē)倒車(chē)過(guò)程中的二次保護(hù)，很大程度上提高了汽車(chē)倒車(chē)時(shí)的安全性能。

參考文獻(xiàn)

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西南科技大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目CX19-119-汽車(chē)倒車(chē)防撞綜合性系統(tǒng).