基于超聲波測距技術的車輛防剮蹭預警系統的設計

郝玉楠，紀昕洋，馬晴

（沈陽城市建設學院信息與控制工程系,遼寧沈陽,110000）

1　超聲波測距技術概述

1.1　超聲波測距原理

超聲波測距根據反射原理測量與物體之間的距離，所測的距離一端為超聲波傳感器，另一端為能反射超聲波的物體。測量物體時，超聲波發射器向反射物發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中遇到障礙物立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時，利用超聲波在介質中的傳播速度和計時時間就能計算出兩端的距離。

測量距離：D=1/2vt

v：超聲波的傳播速度（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s）

1/2t:超聲波從發射到接收到發射信號時間的一半

超聲波會受溫度、氣流、材質等影響；超聲波測距如欲達到一定精度，需要復雜的外圍電路支持。

1.2　超聲波測距技術的實現

利用51單片機及HC-SR04超聲波測距模塊實現超聲波的發射與接收，采用LCD1602顯示所測距離。

單片機控制系統51系列AT89C51單片機，該單片機工作性能穩定，價格低，操作簡易，貨源充足，支持工具很容易找到，市場應用廣泛。超聲波測距的軟件設計主要由主程序、超聲波發生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波發射模塊和接收模塊采用HC-SR04超聲波測距模塊，該模塊性能穩定，測量距離精確，精度高，測距精度可達到3mm非接觸式距離感測功能，可以滿足設計要求。顯示模塊采用LCD1602，它是專門用于顯示字母、數字、符號等字符，且與單片機的接口簡單，操作方便。超聲波測距傳感器數據處理簡單可靠、準確性高，同時環境適應能力強，不容易損壞，構造簡易，所占空間小，造價低，不僅不會影響車的美觀性，還能減少車輛改造的成本。

圖1　超聲波測距技術

1.3　超聲波測距的研究現狀

超聲技術是我國重點發展和推廣的新技術，由于超聲波指向性強,能量消耗緩慢,在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量。利用超聲波檢測距離,設計比較方便，計算處理也較簡單，并且在測量精度方面也能達到日常使用的要求。

超聲波測距采用非接觸式測量方法,能避免光線、顏色以及電、磁場的干擾，同時設備簡單、成本低，關于超聲波測距系統的研究也在不斷發展。

因車輛盲區而導致的車門兩側剮蹭問題已經成為更多人關注的焦點，我們將超聲波測距技術巧妙地應用到了車門剮蹭問題當中，相信一定是超聲波測距技術的一大創新。

1.4　超聲波測距技術擬解決的關鍵問題

本文是以Arduino的電子原型平臺為基礎，使整個項目的研究簡單化。整個項目不但在現有的車輛上進行改造，而且可以在車輛的初期設計中加入本系統，所有的裝置都要考慮到與車輛的融合性，要做到不會影響車輛美觀，對車輛不會造成很大改變。

擬解決的關鍵問題：（1）研究超聲波測距傳感器的原理，傳感器須滿足車輛工作的環境溫度，抗磨損度的要求；（2）利用Arduino把超聲波測距傳感器和人體紅外傳感器得到的數據在LED顯示屏上準確顯示出來。

2　超聲波測距技術在車門兩側的應用

2.1　車門兩側盲區概述

近年來，汽車保有量增加，車輛所帶來的問題也日益增多，而汽車剮蹭問題使許多司機更加束手無策。由于車輛固有問題，司機并不能判斷出車門和障礙物的距離，大大增加了剮蹭事故發生的可能性，為人們的日常生活帶來了很大困擾。

2.2　超聲波測距技術與顯示模塊（LCD1602）、蜂鳴器的組合應用

車輛智能預警裝置主要由超聲波測距模塊、顯示模塊及蜂鳴器構成。將超聲波測距裝置安置在車門固定不動的位置，以保證測得的距離數據準確性，能更準確判斷車輛與障礙物的距離。顯示模塊則放在車門內側，保證車主能看到距離的數值，蜂鳴器則放置在車體內部，車主可以聽見提示聲音。

當車體車門一側有障礙物時，超聲波發射器向障礙物發射超聲波，超聲波接收器收到反射波，利用計算距離公式得到距離，并在顯示模塊（LCD1602）顯示距離，可根據車輛自身設置安全距離，當超過安全距離時，蜂鳴器警報。

整個預警裝置以超聲波測距技術為核心應用于車輛車門防剮蹭預警，利用HC-SR04超聲波測距模塊操作簡易、性價比高的特點，能夠廣泛應用于各個車輛，帶來極大社會價值。

3　結語

本文針對車門剮蹭問題，進行闡述說明，并提出利用超聲波測距智能預警系統解決這一問題，詳細解釋了超聲波測距原理和超聲波測距系統中各元件在車體上所安裝的位置及作用，具有創新性和實用性。