汽车倒车测距系统的研究与设计

张彭洋

一、研究背景

随着经济的不断发展，汽车越来越普及，导致城市交通拥堵。最重要的一点是，有些司机在停车时不小心，或者对障碍物的距离没有准确预测，导致发生摩擦或碰撞。如果驾驶员能准确知道障碍物的距离和位置，就可以及时采取措施避免事故的发生。由此催生了许多安全系统，目前对主动安全系统的研究主要集中在测距方面。本人设计的汽车倒车安全报警系统能有效地提醒司机离障碍物有多远，并能手动设定报警距离，能有效提高倒车安全性。

汽车倒车的安全报警系统。它被用作停车辅助设备，可以被称为简单的倒车雷达。倒车安全报警系统的主要功能是利用超声波测距原理，倒车时从安装在后保险杠上的超声波传感器发出超声波。该装置向驾驶员提供在视线死角处物体的信息和警告，告知驾驶员周围障碍物，使驾驶员更清楚地了解周围情况，对驾驶员的启动、停车、倒车等有很大帮助。提高了行车安全性。

二、研究的国内外现状

信息感知、动态识别、控制技术和提高主动安全性是车辆控制与安全系统的主要研究内容。在政府的支持下，世界各大汽车公司和大学正在开展这方面的研究和工作。为了实现交通部提出的“先进安全汽车（ASV）计划”，丰田、日产、本田、三菱等日本主要汽车制造商致力于安全汽车新技术的研发。

与发达国家相比，中国汽车防撞系统的研究和发展还不够成熟。近年来，一些研究机构、学院和公司开展了这项研究。如倒车雷达，已经在车辆上得到了普遍的安装和使用，但目前国内生产的中距离测量系统一般都达不到要求，表现为距离最短、测距误差大，远远不能满足高速公路的安全距离要求，需要进一步研究。当前，中国的汽车行业发展很快，机动车数量增加迅速，由此带来的停车问题、交通隐患日渐突出，虽然汽车本身配有倒车镜，但也难免会有视野盲区，所以汽车倒车报警器的市场前景十分可观。

三、研究的具体工作

本次设计的汽车倒车安全报警系统，主控制芯片为AT89C51型号单片机，利用超声波测距的原理，测出车尾和物体之间的距离，并将数据显示在液晶屏上。当达到极限距离时，语音模块提示相关的报警信息，提醒司机及时刹车。同时还可以通过按键控制来设置报警距离。该设计采用国内生产厂家的常用元件，成本不高但性能相对可靠，有利于推广。而且超声波测距的方法快速准确，为司机的倒车安全提供了重要保障，实用性极高。

对主控芯片的选择，市场上提供了两种方案：

方案一：使用AT89C51型号单片机。该单片机继承了其他51系列单片机低功耗、性能高的特点，采用CMOS8位控制器。而Flash存储有8K，可收录大量程序，具有很多传统的51系列单片机所不具备的优点，编写方式更灵活，效率更高，在解决问题时也更有效。

方案二：采用STM32F103C9T6型号单片机。STM32F103C9T6型号为STM32系列单片机的最小系统，单片机本身为32位，具有性能高、成本低、功耗低等特点，属于增强型系列的单片机，而且其内部的Cortex-M3架构能使其指令执行更快，单片机性能更强。

通过对以上两种单片机的对比，虽然两种单片机都有设计的优点，但是AT89C51型号单片机的功能足够满足本次设计的需求，同时AT89C51型号的相关操作比较简单、成本比较划算，经过多方面的考虑，采用AT89C51型号单片机作为本设计的主控制芯片。

而對测距方案的设计根据该模块功能的需求，经查阅过相关资料后得出以下三种方案。

方案一：激光测距;激光测距的原理是测距仪发射激光后被测物体接受，再将其反射回来。测距仪记录激光返回时间，并将光速乘以一半的时间来计算距离。其优点是激光测量距离长，速度快，测量准确。缺点是成本高。

方案二：红外测距;红外测距的原理是测量不同距离遇到障碍物时的红外反射强度。优点是成本低廉，缺点是精度不够，方向不好。

方案三：超声波测距;超声波测距的原理是利用超声波在发射后遇到障碍物时反射回来的特性，记录发射到反射回来的时间，然后将时间的一半乘以空中超声波传播的速度，得到与障碍物之间的距离。超声测距的精度高于红外测距，方向容易控制，能耗低。成本比红外线高，但比激光低，安全性高。综合上述方案，可以得出方案三总体较好的结论，所以本次设计采用超声波测距。

四、系统模块软件设计

在完成对系统具体方案的选择后，紧接着就要完成系统的软件设计。对此次汽车倒车测距系统的课题，倾向运用模块化的设计方案，其不仅会使程序的结构明朗，还易于之后更深入地扩展工作。此次设计的系统大致有以下这些模块组成：首要就是主程序的撰写，接下来就是数据的采集，显示屏的显示程序，语音的提示、报警功能。最主要的任务就是实现系统的初始化进程，及其装置自我检测的功能。对汽车倒车安全报警系统的初始化进程要求包含CPU各端口的输入输出设定和一些外围的驱动问题。

最初的想法是将程序的设计运用结构化，最开始想到的就是结构化的好处：首先主程序的撰写可以一目了然很直接、很清晰地展示出来。其次就是结构化撰写程序方便阅读、改正和检测维护，这样就可以大大减少后期出错的可能，也保证了主程序的可靠性。其实，结构化也就是把一个整体切割成部分，经历由总到分再到总的过程。这样就可以把一个复杂的问题分解成若干个小问题然后去一个个地进行破解，这种基本思路符合结构法的要求。当然运用这种方法就是可以让设计者考虑得很周全，不会有遗漏的地方，再就是结构鲜明且清晰，更方便随时修改订正。

五、结论与展望

至此汽车倒车安全报警系统的设计已经全部完成，数据的准确性方面，经过多次测试发现测量的误差在很小的范围之内;在耗能方面，该设计进行多次调试后，能源消耗并不大;功能实用方面也没问题，都能满足用户的需求。本设计的汽车倒车安全报警系统使用简便、低耗能、功能实用，能满足绝大多数人的需求。此外，汽车倒车安全报警系统还具有性能可靠、电路简单、元器件成本低、实用性强、耗能低等特点，是在智能科技浪潮的推动下出现的智能化产品，方便了社会生活和其他各领域，是一种十分有意义的智能产物。

[作者单位]

湖北第二师范学院

（编辑：温子超）