道路障礙非接觸式動態(tài)測試與車輛通行能力判斷方法研究

夏 洋，龔 毅，周 強，馬 鋒

（重慶交通大學 機電與汽車工程學院，重慶 400074）

道路障礙非接觸式動態(tài)測試與車輛通行能力判斷方法研究

夏 洋，龔 毅，周 強，馬 鋒

Xia Yang，Gong Yi，Zhou Qiang，Ma Feng

（重慶交通大學 機電與汽車工程學院，重慶 400074）

介紹了以CX20106為核心實現(xiàn)超聲波的發(fā)射與接收，結合51單片機的控制和單片機外部中斷查詢相應信號，實現(xiàn)一系列操作測量兩柱之間的距離。通過C語言控制比較車輛經(jīng)過兩柱之間時是否能安全通過從而進行相關報警。由于車速較慢故測量誤差近乎沒有，使得該系統(tǒng)具備實用性。

51單片機；超聲波；寬度測量

0 引 言1

近年來，我國道路交通運輸事業(yè)發(fā)展迅速，車輛迅速增多使得行車道路日益擁堵，行車環(huán)境日益復雜，時常見到一些車輛因為對前行安全通道估計不準確，導致與其他車輛或障礙物擦刮，因而，準確判斷車體正前方障礙區(qū)域和幾何尺寸對于安全行車，確保良好的通過性顯得尤為重要。

文中研究一種道路障礙非接觸式動態(tài)測試方法和實時判斷車輛能否安全通行的方法，并開發(fā)一套車載測控與分析系統(tǒng)，以此來輔助駕駛員安全駕駛，保證行車安全，減少交通事故的發(fā)生。

1 工作原理

系統(tǒng)要測量車輛經(jīng)過兩柱之間時能否安全通過。測量距離的方法有很多，文中將采用超聲波測距的方法。在車輛的車頭安裝電機，將超聲波的發(fā)射端和接收端安裝在電機上。測量的時候發(fā)射端開始發(fā)射40 kHz的方波信號，同時電機開始轉(zhuǎn)動。發(fā)射端不斷發(fā)出超聲波，直到接收到反饋回來的超聲波時控制電機停止轉(zhuǎn)動，定時器停止計時，計算出時間。根據(jù)時間和電機轉(zhuǎn)過的角度就可以計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為兩個柱形障礙物，DE為行車方向，假定車在D位置時測得障礙物A，電機轉(zhuǎn)動角度為-α，此時AD已知；汽車繼續(xù)前行，到達E點時，傳感器測得障礙物B，電機轉(zhuǎn)動角度為β，此時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 實現(xiàn)方法

2.1 硬件設計

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

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

單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現(xiàn)死機時，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當單片機系統(tǒng)在運行中受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕，內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。

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

當超聲波接收端接收到發(fā)射信號反饋回來的信號時，便通過CX20106進行前置放大、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。7腳為信號輸出口，沒收到信號時為高電平，收到后變?yōu)榈碗娖剑笥只謴透唠娖剑鐖D4所示。

2.2 軟件設計

合理利用51單片機的2個定時器，一個用來計算超聲波發(fā)射與接收的時間差，另一個用來產(chǎn)生40 kHz的方波，外部中斷0接收CX20106A 7腳產(chǎn)生的低電平，采取相應動作，軟件設計流程如圖5。

系統(tǒng)程序結構：液晶顯示 1602的初始化子程序、寫入子程序以及顯示子程序，距離計算模塊、超聲波發(fā)送控制程序、接收處理程序，報警模塊等。

設計使用C語言編寫程序，C語言相比匯編語言有很多的優(yōu)勢。編譯器采用功能強大的 Keil進行編譯。

液晶顯示初始化程序

當超聲波發(fā)射器發(fā)出信號時，定時器開始計時，當接收到反饋回來的信號時，定時器中斷，將計時的時間傳給距離計算模塊進行計算。

中斷程序

報警模塊程序

3 結束語

系統(tǒng)開發(fā)利用了51單片機控制和超聲波測距原理，在較短時間內(nèi)對車輛行駛方向上各障礙物之間間隔寬度進行計算，以及判斷車輛通過性能高低定量計算和提前警示駕駛員。

[1]陳旦花. 單片機最小系統(tǒng)的設計與應用[J]. 無線互聯(lián)科技，2012（10）：103-104.

[2]盧云飛，張永俊，王玉強，等. 基于MAX038的波發(fā)射電路設計[J]. 機電工程技術，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

重慶交通大學研究生教育創(chuàng)新基金（20130128）。