汽車倒車預警系統的設計

張 琦

（德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253023）

前言

車輛的不斷增多造成了交通擁堵以及停車位的不足，汽車在倒車時極易引發碰撞，同時倒車的失誤會引發甚多交通事故的發生。而造成這些倒車事故頻發的主要原因包括：駕駛員的操作技術不熟練、倒車鏡有死角以及視線模糊等[1]。這些事故的發生給事故雙方都帶來了諸多麻煩，以及不必要的損失。研究和開發倒車預警系統等主動式汽車輔助安全裝置可以有效的減少交通事故的發生。倒車預警系統的應用可以減緩駕駛員的負擔，減少判斷的失誤，對于提高交通的安全起到了重要作用。

1 汽車倒車預警系統的組成及工作原理

汽車倒車預警系統能夠測量車體與后方障礙物的距離，當距離超出限定數值存在碰撞危險時，會對車內駕駛人員進行適度預警提醒。該系統主要是由四個模塊組成：

（1）超聲波傳感器模塊。主要由超聲波發射和接收電路組成，倒車啟動時，發射超聲波，遇到障礙物時能產生回波信號送控制器。

（2）信號處理模塊。接收傳感器信號，由控制器根據設定程序進行處理，將處理的結果發送顯示和預警模塊。

（3）溫度補償模塊。檢測車輛外部環境的溫度并進行補償。

（4）顯示與預警模塊。車內顯示顯示裝置用于倒車時實時顯示與障礙物之間的距離。當車輛和障礙物的距離小于限定距離時，預警裝置發出警示。

汽車倒車預警系統的結構如圖1 所示。

汽車倒車預警系統采用超聲波傳感器，實現汽車與后方物體之間的距離的測定。當汽車掛入倒擋時，汽車倒車預警系統啟動，發射的超聲波經物體反射后返回傳感器，傳輸給信號處理模塊進行處理，經控制器計算出具體的距離信息，達到安全距離下限時發出預警信息。

圖1 汽車倒車預警系統結構圖

對于超聲波而言，其傳播距離相對較近，在遇到阻礙物后會有反射，然后可以根據傳播時間的長短、被反射超聲波的強弱來判斷障礙物的性質和大致的距離[2]。反射波信號通過信號處理模塊轉變為電信號，測出從發射超聲波至接收到反射波的時間差t[3]。被測障礙物的距離s等于傳播速度c 與時間差t的乘積，即s=ct/2。

2 汽車倒車預警系統的硬件設計

2.1 傳感器模塊

超聲波傳感器應滿足以下幾個要求：（1）有良好的測距準確性；（2）抗干擾性能好，工作穩定；（3）實時性好；（4）性價比高。基于以上幾方面的要求，選擇HC-SR04 超聲波傳感器。HC-SR04 實物圖如圖2 所示。

圖2 HC-SR04 超聲波傳感器

2.2 信號處理模塊

信號處理模塊由A/D 轉換器、單片機、放大電路等部分組成。其中單片機采用低電壓、高性能的8 位處理器的AT89C51 單片機。信號處理模塊結構圖如圖3 所示。

圖3 信號處理模塊結構圖

2.3 溫度補償模塊

選用DS18B20 數字溫度傳感器，反應靈敏度高，而且溫 度的延遲變化極其的小。DS18B20 采用的是3 腳PR-35 封裝，適用電壓3V-5V，可以調節9 到12 位的分辨率，編程溫度有0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，信號和電源集成在一起，只需要一根線連接。

3 汽車倒車預警系統的軟件設計

軟件部分主要由主程序、距離計算程序、超聲波程序、測溫程序和顯示預警程序等組成。

主程序工作流程：溫度傳感器測量空氣溫度，計算調整超聲波速度，超聲波測距模塊接收到測距信號進行測距，單片機啟動定時器開始計時。當單片機檢測到HC-SR04 超聲波測距模塊送來的回波時，計時器停止計時，保存定時器的計數值，通過程序換算出距離值，送顯示裝置顯示；進行判斷處理，達到預警值時進入預警程序。

主程序流程圖如圖4 所示。

圖4 主程序流程圖

4 結論

汽車倒車預警系統能夠減少倒車事故的發生，保障駕駛員的行車安全。本文對汽車倒車預警系統的軟硬件部分進行了設計，以AT89C51 單片機作為處理器，使用單片機計算汽車與障礙物之間的往返時間，通過公式計算出汽車與障礙物的距離，并通過通過顯示裝置將距離顯示出來，當距離小于設定安全距離時發出預警信號。