具有車距檢測的道路限高限寬裝置

沈紅雷

摘要：一種能準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、報警電路模塊組成，其特征在于：激光發射與接收裝置發出并接收激光，信號處理電路判斷是否同時收到兩束激光，如果沒有收到，則發送信號給報警電路模塊，提示安全通過，如果同時收到兩束激光則發送信號給報警電路模塊提示不可通過。本設計解決了目前汽車駕駛員判斷道路寬窄用目測法誤差較大之不足，具有結構及生產工藝簡單，投入成本低，使用方便，節約時間，使用壽命長，可廣泛應用于各種類型汽車，有廣闊的市場前景等諸多優點。

【關鍵詞】限高限寬 障礙檢測 報警

1 概述

1.1 設計背景技術

在二十一世紀，汽車已經成為了人們普遍的交通工具，每一個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。然而當車子進入到一些偏遠的小村莊或者是一條狹窄的小道，也許就會因為沒有能正確判斷道路的寬窄就直接通過，使得車子被刮花，刮花后還要進行打磨噴漆等汽車美容處理，汽車美容費相對來說也是一筆不小的數目，畢竟這也算是一筆不必要的支出。如果司機下車查看目測完之后再進行駕駛，也會浪費一些時問的。還有可能在未提前判斷并及時掉頭的情況下，但是后而卻已經有車跟上來，導致交通堵塞，如果一不小心，甚至會與后而緊隨的車輛發生交通事故。雖然目前已經由限寬限高的專利出現，但是它們主要是在道路上安裝設施來判斷汽車是否能安全通過。這種產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合，但是對于千變萬化的鄉村道路來說，則很難實現，而且就算是安裝在鄉村，也會耗費相當大的財力。

1.2 具有信息存儲功能的手機移動電源設計思路

本設計的目的在于克服了現在社會上對于道路寬窄判斷不準確的情況，提供了一種能夠即時判斷出道路寬窄，并且發送一個報警信息讓駕駛員能提前做出選擇的判斷裝置。

本設計的目的是采用了以下技術措施來實現：一種能準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、報警電路模塊組成，其特征在于：車子每一側離地而高低不同處各裝一個激光發射接收器件，共有4個激光發射接收器件，均安裝在汽車相應高度的最寬兩側，用于檢測高低不等的道路障礙物，作出判斷并播報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，在汽車的前后兩端同時也裝有超聲波傳感器。當汽車向前行駛時，前超聲波傳感器正常工作，向前方發射超聲波并接收，以檢測本車輛與前方車輛的距離，如果收到的檢測結果超過預先設定的距離，則報警提示車距過窄；反之，如果未超過預先設定的距離，則不報警。當汽車倒車行駛時（一般為倒車入庫），后超聲波傳感器正常工作，向后方發射超聲波并接收，以檢測本車輛與后方障礙物之問的距離，如果測量值超過預先設定值，則報警提示：如果測量值未超過預先設定值，則不報警，可正常行駛。

本設計提供的具有車距檢測的道路限高限寬裝置，具有相對其他產品的一些優點：

（1）結構及生產工藝簡單：

（2）投入成本低；

（3）使用方便：

（4）節約時問：

（5）使用壽命長；

（6）可廣泛應用于各種類型汽車，有廣闊的市場前景。

2 具有車距檢測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，當激光發射器與接收裝置正常工作時，會一直發射激光以檢測道路情況。信號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，則不足以觸動報警電路，駕駛員可以正常行駛；如果檢測到了兩條反饋激光，信息處理電路則會觸動報警電路，發出報警聲音以提示駕駛員不可行駛。

2.2 車距檢測工作詳述

如圖2所示，為車輛車距檢測工作框圖。當車輛向前行駛時，前方超聲波傳感器正常工作，發射超聲波并接收，信息處理電路根據反饋回來的超聲波，判斷本車輛與前方車輛或者是障礙物的距離，如果該距離小于設定距離，則報警提示駕駛員減速慢行，以免發生交通事故；如果該距離大于設定距離，則不報警，駕駛員正常行駛。反之，當倒車行駛時，后方超聲波傳感器正常工作，發射超聲波并接收，當測量距離大于設定距離，則可以正常倒車：如果測量距離小于設定距離，則報警提示駕駛員不要再倒車，以免發生碰撞。

PS：前行傳感器設定距離與倒車傳感器設定距離可為不同值。

3 硬件設計

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射與回傳來進行測量的傳感器裝置。

激光傳感器一般由激光器、激光檢車器（接收器）以及信號檢測電路組成。

激光傳感器具有很多的優點，如測量反應速度快，量程大，抗干擾能力強等等，不過相對一些老式的傳感器來說，我覺得它最大的優點是可以實現無接觸測量，這為很多的測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）半導體激光器。

顧名思義，這些激光器都是以他們的工作物質來命名的。而其中最常用的激光器要屬固體激光器和半導體激光器，比如固體激光器中的公報是激光器、YAG激光器等等：再比如半導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射與接收來進行測量的傳感器裝置。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。按照其結構的不同，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

當超聲波傳感器正常工作時，有壓電晶片通過機械振蕩，將電能轉化成超聲波（也叫做超聲波發送器），再將超聲波發射出去，向周圍輻射。當接觸到目標是產生回饋，壓電晶片接收到超聲波時，再將超聲波轉化成電能（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傳感器的性能。

3.3.1 從測量速度方而來比較

激光傳感器的測量速度要比超聲波傳感器快上很多，畢竟一個是光速，一個是音速。

3.3.2 從抗干擾能力方而來比較

激光傳感器相對來說，抗光干擾的能力相對較弱，而超聲波傳感器的卻也容易被空氣中的雜質影響，導致測量的失誤，不過相對來說，超聲波傳感器的穩定性還是要強一點的。

3.3.3 從測量距離方而來比較

激光傳感器的量程較大，但是其測距能力較弱，因為光速太快的原因，激光傳感器往往不能在短時問內準確地記錄下發射激光到接收激光的時問，也會使得測距的不準確；而相對來說，超聲波傳感器的測距則顯得十分精準，并且其方向性很好，可以定向傳播。

3.3.4 再從性價比方而來比較

激光傳感器的電路較為簡單，有一些基礎的同學都是可以自己做出來的，并且價格低廉：而超聲波傳感器的價格相對較貴，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，因為激光傳感器與超聲波傳感器均為測距傳感器，所以其工作框圖也差不多，這邊列舉一種統一的框圖以作說明。

當傳感器開始工作時，由單片機發送信號給定時器，過一定時問之后，傳感器發射信號，如果遇到障礙物，則反饋信號；當接收器接到反饋信號后，由信號處理電路進行放大處理，再交由單片機判斷傳感器狀態，如有障礙物，則發出報警聲音提醒駕駛員。

3.5 具有車距檢測的道路限高限寬裝置示意圖及參數

如圖4所示，為具有車距檢測的道路限高限寬裝置示意圖。其中點1、點2均為ZYT-0100激光測距傳感器，用于實現限高限寬功能，這種激光傳感器具有如下優點：

（1）測量的距離為0.1-150米；

（2）測量的精度相對較高，只有+2毫米；

（3）測量速度快，可以測量運動中的物體，在我們這個課題中，因為車子是不斷行駛的，所以連續測量對本課題是極為重要的：

（4）可以在惡劣環境中工作，耐高溫，使用壽命較長，為50000小時以上；

（5）供電電壓在10V到24V之間，功率消耗為1W。

ZYT-0100激光測距傳感器分別裝在汽車兩側的最外側與最高處，共計四個傳感器，這樣可以在較遠的距離測量前方狀況，因為傳感器裝在車輛最外側，所以當傳感器未接收到回饋信號時，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3、點4為KT40-1001A超聲波傳感器，用于實現車距檢測功能，這種超聲波傳感器具有如下優點：

（1）測量距離為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，負責車距檢測功能。

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，將超聲波發射電路接在P1.0口上，由單片機向超聲波發射電路輸送一個40KHZ的信號，并且開始技術，當超聲波發射后，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，在接收到信號時停止計時，并計算所測距離；當所計算出來的距離小于正常車距，則接在單片機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控制激光的發射和接收信號的反饋若接收到反饋信號，則蜂鳴器工作，直至前方無障礙物。

4 軟件設計

4.1 具有車距檢測的道路限高限寬裝置工作流程圖解析

如圖6所示，為具有車距檢測的道路限高限寬裝置工作流程圖。當該裝置開始運行時，激光發射器與超聲波發射器分別發射信號，并進行檢測，由接收器來檢測是否收到反饋信號，如果為收到反饋信號，則重新檢測，直到接收到反饋信號時，警報聲響，直到無信號反饋。

5 結論

所以在本次設計中，我在限高限寬中使用的是激光傳感器，因為其量程較大，可以在較遠的位置就給駕駛員發出報警提示，節省了時問；而車距檢測則是用的超聲波傳感器，因為其距離測量較為準確，可以精確控制，防『r發生不必要的意外。

參考文獻

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