文/康凯

1 引言

随着人们生活水平的提高，汽车数量激增，使得停车场等公共交通场所变得拥挤不堪，许多司机因车辆使用不当，在停车时车门开启瞬间，车门会碰撞到障碍物或者行人造成的纠纷变得越来越多。这种事故虽然很容易被忽视却是很常见并且非常严重的问题。

为了解决车门开启瞬间使驾驶员及乘客忽略车辆周围安全的问题，本文基于单片机及超声波测距的原理，制作一简单低成本的车门开启瞬间防撞预警系统，期望在实际中得到应用推广，减少因车门开启造成的交通事故等问题，以使驾驶员用车更放心，行人更安心。

2 系统总体设计

危险区域及检测区域的界定。本系统所定义的危险区域主要分为两个组成区域，一部分是横向危险区域，指家用轿车在静止状态下两侧车门由关闭至完全打开过程中所扫过的面积之和；另一部分为纵向危险区域，为轿车在静止状态下，车辆后方正常行驶非机车及行人在汽车车门开启时发生碰撞或剐蹭的距离范围。根据危险区域确定系统检测的区域。

横向检测区域：家用轿车的车门数为2至4扇，长度为1.2m左右，大部分车门均在1.2m范围以内，开启角度为90度。

纵向检测区域：根据有关规定，电动自行车上路行驶速度被限制在40km/h以内，而人从发现危险到采取相应的安全措施的时间在0.2s左右，所以以电动自行车为准，车辆后方应该检测的面积为宽度约两米，长度为8米的长方形区域。

图1：超声波雷达范围图

根据超声波探头发射并接收超声波的范围，在车辆每个车门各安装一个超声波探头，超声波范围如图1所示。图2中，在汽车的车身安装6个超声波测距装置，1,2,3,4,5,6它们与车位之间的距离分别为d1，d2，d3，d4，d5，d6，采集这6个测距装置与障碍物之间的距离，通过与系统预设值之间的比较，就能够判断车门开启范围内是否有障碍物。例如，当d1≤d设定值，则报警器就会响起，提醒驾驶员门外有潜在的危险，以此保证驾驶员，乘客以及车外行人的安全。

图2：超声波探头安装位置图

图3：LED数码管原理图

在垂直方向上，由于超声波传感器发出的是一锥型波，所以根据超声波的波形，传感器最适宜的安装位置为汽车后视镜的下方5厘米至10厘米，这样既不会影响超声波的传播，也比较容易安装，不影响汽车的外观。

3 系统硬件的选取与设计

防撞预警系统硬件主要由超声波测距电路，单片机电路（采用AT89S52单片机控制电路），显示及报警电路，按键调整电路，供电装置等几部分组成。各部分的主要功能如下：

3.1 超声波测距模块设计

超声波测距模块是通过几个超声波测距装置，获得汽车各车门与障碍物之间的距离，为单片机做出判断提供依据。以超声波测距技术为基础的超声波定位系统，其性能的好坏与测距精度的高低有着非常紧密的关系。因此，超声波距方法的选择往往是决定超声波距定位系统各项性能指标是否优良的关键。

本设计选用渡越时间检测法TOF来实现超声波对于距离的测量以及最终目标体的定位。其工作原理是：超声波发射装置固定安装在定位目标体上，装置启动后，超声波发生器发出超声波，而超声波接收端的单片机立即启动它的定时器，作为计时初始值；当超声波接收端的接收装置接收到超声波信号时，超声波接收端的单片机立即关闭它的定时器，作为计时终值。其所经历的时间就是超声波发射装置发出超声波到超声波接收装置接收到超声波所经历的时间，用此时间乘以空气中超声波的传播速度，所计算出的值就是超声波声源（也就是定位目标体）与障碍物之间的距离。因此通过测量渡越时间就可以测量出距离。超声波的测距公为式（1）所示。

式中L表示所测量的距离；C表示空气中超声波的传播速度；T表示测量距离传播的时间差（T为发射到接收时间数值的一半）。

3.2 单片机模块设计

单片机模块是接收超声波测距装置传输来的信号，根据预存的程序对信号进行处理判断，并将判断后的信号传输给显示及报警模块。本文选用的AT89S52 是ATMEL公司的CMOS 8位单片机，其I/O口的功能再次不在赘述。

3.3 显示及报警模块

显示及报警的作用主要是为驾驶员以及乘客报警，显示检测的结果，在系统中的作用非常重要。本设计中显示模块采用LED显示屏，具体设计原理图如图3所示。

系统采用电磁式蜂鸣器，当距离超出预设值时，蜂鸣器就会发出报警响声。

3.4 按键调整模块

按键调整模块的主要作用就是对系统进行微调。由于系统采用的是超声波进行检测，容易受到温度变化的影响。冬夏季节的巨大温差必然会造成系统的微小偏差。因此，对需要检测的区域进行一次收发射超声波，由于温度的误差将在0.06m左右，即6cm。此时便可通过按键对系统进行微调，让系统保持一定的精确性，以保证预警系统的可靠性，使汽车使用更安全。具体的补偿方法为：每当温度升高10℃左右时，使用距离增加调整按键，使报警距离增加0.06m。相反，温度每降低10℃左右，使报警距离增减少0.06m。

4 系统功能说明

TH0×256时间值+TLO中读取出来的时间差数据并不能作为距离值直接显示输出，因为时间差值与实际的距离值之间转换公式为Outcome=TH0×256+TL0； Outcome=(Outcome×1.7)/100。其 中，V为 声音在常温下的传播速度，T为发射信号到接收之间经历的时间，在这个部分中信号处理包括计数值与距离值换算二进制与十进制转换。

显示报警程序中，当距离障碍物大于5cm且小于40cm时，蜂鸣器就会报警鸣声处于警告区；当障碍物距离大于40cm时，蜂鸣器不会响，表示处于安全区。

通过软件的处理得到距离送显示输出用三位 LED 显示。因为采用单片机AT89S52并且考虑了系统的控制流程，所以整一个系统软件都是 AT89S52系列单片机的汇编语言实现。由于距离值的得出和显示是在中断子程序里完成的，因此在初始化的发射程序后进入到中断响应的等待过程。继中断响应后，原始数据经过计数值和距离值换算子程序与二进制和十进制转换子程序之后显示输出。整一个系统软件的功能实现可以分为主程序、中断服务程序等主要的部分。

5 结论

（1）根据用车过程中遇到的实际问题提出了车门开启瞬间防撞预警系统的设计方案。

（2）对车门开启瞬间防撞预警系统的硬件（超声波测距电路，单片机电路显示及报警电路，按键调整电路，供电装置）进行了选取与设计。

（3）应用汇编语言对防撞预警程序进行了设计，并设计完成了系统的模型。