車輛盲區(qū)探測報警裝置研制

周定華 應世偉 陳瑾

摘 要：為了提高駕駛安全性，在駕駛員超車或變更車道時需要提供盲區(qū)探測與警示，以dsPIC33CK32MP502單片機為核心，結合儀表盤以及FZ-SE01超聲波測距模塊，研制了一種車輛盲區(qū)探測報警裝置。根據(jù)車輛不同的行駛狀態(tài)選擇探測不同的盲區(qū)，通過超聲波傳感器探測盲區(qū)是否有障礙物;當超聲波傳感器探測到盲區(qū)存在障礙物，并且障礙物與車輛的距離小于預設的安全距離時，通過報警裝置及時向駕駛員提出警示。文章研制的裝置具有功耗小、靈敏度高、成本低廉、布置方便的優(yōu)點，有效的保障了駕駛安全。關鍵詞：汽車;盲區(qū)探測;超聲中圖分類號：U463.99??文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）01-104-03

Development of vehicle blind zones detection and alarm device

Zhou Dinghua¹， Ying Shiwei²， Chen Jin²

（ 1.Chery Commercial Vehicle （Anhui） Co.， Ltd， Anhui Wuhu 241000;2. Department of Physics， Anhui Normal University， Anhui Wuhu 241002 ）

Abstract：?In order to improve driving safety， blind zones detection and warning are required when the driver overtakes or changes lanes. We developed a vehicle blind zones monitoring and alarming device that takes dsPIC33CK32MP502 MCU， instrument panel and FZ-SE01 ultrasonic ranging module. It can select and monitor the blind spots of the vehicle according to different driving states， and detect whether there is an obstacle in the blind zones through the ultrasonic detecting device. When itdetects that there is an obstacle in the blind zones， and the distance between the obstacle and the vehicle is less than the preset safety distance， the device warns the driverpromptly. The device has the advantages of low power consumption， high sensitivity， low-cost， convenient layout and practical. It can effectively ensure driving safety.Keywords：?Vehicle;?Blind zones detection;?UltrasonicCLC NO.：?U463.99??Document Code： A??Article ID：?1671-7988（2019）01-104-03

引言

減少交通事故是汽車行業(yè)發(fā)展的重要目標，在各種駕駛環(huán)境中，駕駛員都存在視野盲區(qū)，對于倒車、超車及變更車道的場景信息的獲取，常常依賴駕駛員對前方的目測及對后視鏡的觀察，由于擋風玻璃邊框的遮擋及后視鏡存在盲區(qū)，從而導致在倒車、超車以及變更車道時容易發(fā)生碰撞事故。

近年來，對汽車盲區(qū)探測裝置的研制受到了世界各國的關注，由于我國是汽車使用大國，眾多文獻都針對中國的實際路況、交通情況、汽車數(shù)量，開展了汽車盲區(qū)探測研究^[1-6]。

目前，盲區(qū)探測裝置在汽車中使用的較少，一方面因為造價成本問題，另一方面是國內(nèi)盲區(qū)探測裝置的研發(fā)水平還不夠成熟?，F(xiàn)有的盲區(qū)探測裝置大多采用紅外探測的方法探測障礙物，但是紅外探測存在著抗干擾性差的問題，一旦外界溫度升高，將大大影響紅外探測的穩(wěn)定性。此外，現(xiàn)有的探測裝置不能做到根據(jù)汽車行駛狀態(tài)智能化的自動切換探測區(qū)域。本文研制了一種智能化探測裝置，實時探測由于車輛擋風玻璃邊框的遮擋造成的盲區(qū)和車輛側后方的盲區(qū)，能為駕駛員隨時提供警示，確保行車安全。

1?基本工作原理

因為需要探測四個方向的盲區(qū)，需要四個探測模塊，四個探測模塊分別設置在前保險桿上位于車身側面的左、右端部及車輛左、右后尾燈內(nèi)側。前兩個探測模塊探測由擋風玻璃邊框遮擋產(chǎn)生的盲區(qū);設置在車輛后尾燈內(nèi)側的探測模塊探測側后方區(qū)域，該區(qū)域為駕駛人難以從車身左、右兩個外后視鏡觀察到的側后方盲區(qū)?？紤]到不同的駕駛人的身體條件的差異，各個探測模塊均設有探測角度和探測位置的微調結構，以適應不同身高和座椅。

在周邊環(huán)境探測系統(tǒng)中常用到超聲波測距和微控制器處理數(shù)據(jù)^[2，7-12]。本文的裝置中每個探測模塊也使用超聲波傳感器和單片機，每個探測模塊都與CAN總線連接，通過CAN總線獲取汽車的運行狀態(tài)信號。根據(jù)運行狀態(tài)信號確定是否需要開啟超聲波傳感器。如果探測到有障礙物并且距離小于安全距離時，通過CAN總線向儀表盤發(fā)送警告信號，儀表盤顯示警告信號。

在實際駕駛過程中，如果一直開啟車輛上所有的探測模塊，不僅會增加不必要的功耗還會干擾總線上的其他設備，本文針對不同的運行情況自動開關車身不同位置的探測裝置，有利于降低功耗、延長探測裝置使用壽命。

單片機根據(jù)檔位判斷車輛運行情況。當檔位為D檔（前進擋），設在前保險桿上車身兩側的超聲波探測裝置啟動;當檔位為N檔（空擋），設在前保險桿上車身兩側超聲波探測裝置啟動，設在車輛后尾燈內(nèi)側的超聲波探測裝置也啟動;當檔位為R檔（倒車擋），設在車輛左、右后尾燈內(nèi)側的超聲波探測裝置啟動;當檔位為P檔（停住檔），關閉超聲波探測裝置，整個裝置處于待機狀態(tài)。

2?探測報警裝置硬件

2.1?硬件結構

本文采用的單片機為MicroChip公司的dsPIC33CK32MP 502單片機，單片機通過CAN總線獲取車輛的狀態(tài)信息、給儀表盤發(fā)送報警信息，儀表盤中盲區(qū)報警方式為聲音報警和燈光頻閃報警;超聲波傳感器包括超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路。

2.2?硬件設計

2.2.1?單片機

本文介紹的探測報警裝置使用的單片機為 dsPIC33CK32 MP502，該單片機低功耗、低成本、易于開發(fā)、操作簡單。該型號單片機支持CAN總線，方便了與汽車上的CAN總線相連接;處理速度高達100MHz，具有優(yōu)異的實時性能和功耗控制功能;此款單片機有28個IO口，自帶模數(shù)轉換功能，本文的裝置需要接受超聲波探測裝置信號以及發(fā)送探測裝置控制信號，28個IO口完全滿足設計需求;單片機工作溫度范圍滿足汽車產(chǎn)品的需求;該單片機有優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境，大大縮短了開發(fā)周期短。此外該單片機相比較其他公司的單片機具有更強的穩(wěn)定性，這款單片機具備的功能剛好滿足本裝置的要求，性價比更高。

2.2.2?傳感器

傳感器采用FZ-SE01超聲波測距模塊，擁有多個收發(fā)分離式防水探頭NU40A18T/R-1，測量范圍為0.15-4.5米;采用獨特的可調降噪技術，在電源電壓受到干擾或噪音較大時仍可正常工作;休眠時最大耗電量僅為 500uA。采取收發(fā)分離方式有兩個好處：一是收發(fā)信號不會混疊，接收探頭所接收到的純?yōu)榉瓷湫盘?二是將接收探頭放置在合適位置，可以減少超聲波在物體表面反射時造成的各種損失和干擾，提高探測裝置的可靠性。超聲波測距模塊受單片機控制，檢測到障礙物時發(fā)送信號給單片機，再由單片機通過CAN總線發(fā)送給儀表盤。

2.2.3?電源模塊

電源模塊要能夠滿足電路中所有元件對電源的需求。本文選用的單片機工作電壓為3.0V-3.6V，汽車供電電壓為12V。電源芯片選擇AP6502，該芯片輸入電壓為4.7V-18V;輸出電壓在0.925V-16V之間，通過外接電阻設定具體的輸出電壓;持續(xù)工作電流達到2A，最大工作電流可達3A;開關頻率為340KHz;自帶過流保護、過熱保護功能;最大轉換效率可達到95%;芯片與引腳在一起的總長度為6mm，寬度為4.9mm。該開關電源芯片性能和體積能夠滿足本裝置的要求。具體電路如上。

2.2.4?報警模塊

報警模塊在儀表盤上，報警模塊分為蜂鳴器聲音報警和LED指示燈報警。通過控制蜂鳴器的頻率以及燈光顏色給駕駛員不同的警示。當探測模塊沒有檢測到障礙物時，LED燈熄滅、蜂鳴器不響;當探測模塊檢測到在安全距離之內(nèi)有障礙物時，點亮紅色LED燈、蜂鳴器發(fā)聲。儀表盤上設有4個LED燈，分別代表四個探測區(qū)域。

3?程序設計

3.1?開發(fā)工具

本文使用的開發(fā)環(huán)境為MPLAB X IDE，該環(huán)境主要用于開發(fā)Microchip公司的單片機和數(shù)字信號控制器，包括8位、16位、32位等PIC系列單片機。由于本文采用16位單片機，選擇XC16編譯器。MPLAB X IDE相比較于其他公司編譯器更加易用，編寫代碼更加方便，自帶書寫檢查功能并能自動標記錯誤。調試和下載工具使用PICkit3，運行穩(wěn)定并且可快速地在線調試程序。

3.2 程序流程

本文中每個探測模塊都有一個單片機，汽車啟動時每個單片機都要初始化，各自從CAN總線讀取車輛的信息，根據(jù)車輛的狀態(tài)決定開啟或關閉超聲波傳感器，然后程序等待CAN控制器或者超聲波傳感器的中斷信號。

在中斷程序中，首先區(qū)分中斷源：如果是CAN控制器發(fā)出的中斷，則讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)修改超聲波傳感器的工作狀態(tài);如果是傳感器發(fā)出的中斷，判斷是否需要向儀表盤發(fā)送信號，如果障礙物過近則通過CAN總線向儀表盤發(fā)送數(shù)據(jù)，

給駕駛員提供警示信息，確保行車安全。

4?結語

本文研制的車輛盲區(qū)探測報警裝置能夠在行駛過程中根據(jù)車輛的行駛狀態(tài)智能的調整檢測區(qū)域，并通過報警裝置及時提醒駕駛員，提供智能化的檢測及報警。采用的超聲波測距探測器，功耗小、隱蔽性較好、成本低廉、布置方便;能適應不同身高、不同座椅;在車輛行駛過程中，單片機根據(jù)檔位智能的切換檢測區(qū)域，提高了裝置的可靠性和抗干擾性，進一步保障了行車安全;聲音報警和燈光頻閃報警相結合，既節(jié)省裝置成本也提高了使用便捷性;另外，在使用過程中不會過多的分散駕駛員的注意力，提高了安全性。在下一步工作中，將進一步改進算法，提高抗干擾能力。并逐步推廣。

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