基于超声波测距技术的车辆防剐蹭预警系统的设计

郝玉楠，纪昕洋，马晴

（沈阳城市建设学院信息与控制工程系,辽宁沈阳,110000）

1　超声波测距技术概述

1.1　超声波测距原理

超声波测距根据反射原理测量与物体之间的距离，所测的距离一端为超声波传感器，另一端为能反射超声波的物体。测量物体时，超声波发射器向反射物发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中遇到障碍物立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，利用超声波在介质中的传播速度和计时时间就能计算出两端的距离。

测量距离：D=1/2vt

v：超声波的传播速度（超声波在空气中的传播速度为340m/s）

1/2t:超声波从发射到接收到发射信号时间的一半

超声波会受温度、气流、材质等影响；超声波测距如欲达到一定精度，需要复杂的外围电路支持。

1.2　超声波测距技术的实现

利用51单片机及HC-SR04超声波测距模块实现超声波的发射与接收，采用LCD1602显示所测距离。

单片机控制系统51系列AT89C51单片机，该单片机工作性能稳定，价格低，操作简易，货源充足，支持工具很容易找到，市场应用广泛。超声波测距的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收程序及显示子程序组成。超声波发射模块和接收模块采用HC-SR04超声波测距模块，该模块性能稳定，测量距离精确，精度高，测距精度可达到3mm非接触式距离感测功能，可以满足设计要求。显示模块采用LCD1602，它是专门用于显示字母、数字、符号等字符，且与单片机的接口简单，操作方便。超声波测距传感器数据处理简单可靠、准确性高，同时环境适应能力强，不容易损坏，构造简易，所占空间小，造价低，不仅不会影响车的美观性，还能减少车辆改造的成本。

图1　超声波测距技术

1.3　超声波测距的研究现状

超声技术是我国重点发展和推广的新技术，由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测距离,设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。

超声波测距采用非接触式测量方法,能避免光线、颜色以及电、磁场的干扰，同时设备简单、成本低，关于超声波测距系统的研究也在不断发展。

因车辆盲区而导致的车门两侧剐蹭问题已经成为更多人关注的焦点，我们将超声波测距技术巧妙地应用到了车门剐蹭问题当中，相信一定是超声波测距技术的一大创新。

1.4　超声波测距技术拟解决的关键问题

本文是以Arduino的电子原型平台为基础，使整个项目的研究简单化。整个项目不但在现有的车辆上进行改造，而且可以在车辆的初期设计中加入本系统，所有的装置都要考虑到与车辆的融合性，要做到不会影响车辆美观，对车辆不会造成很大改变。

拟解决的关键问题：（1）研究超声波测距传感器的原理，传感器须满足车辆工作的环境温度，抗磨损度的要求；（2）利用Arduino把超声波测距传感器和人体红外传感器得到的数据在LED显示屏上准确显示出来。

2　超声波测距技术在车门两侧的应用

2.1　车门两侧盲区概述

近年来，汽车保有量增加，车辆所带来的问题也日益增多，而汽车剐蹭问题使许多司机更加束手无策。由于车辆固有问题，司机并不能判断出车门和障碍物的距离，大大增加了剐蹭事故发生的可能性，为人们的日常生活带来了很大困扰。

2.2　超声波测距技术与显示模块（LCD1602）、蜂鸣器的组合应用

车辆智能预警装置主要由超声波测距模块、显示模块及蜂鸣器构成。将超声波测距装置安置在车门固定不动的位置，以保证测得的距离数据准确性，能更准确判断车辆与障碍物的距离。显示模块则放在车门内侧，保证车主能看到距离的数值，蜂鸣器则放置在车体内部，车主可以听见提示声音。

当车体车门一侧有障碍物时，超声波发射器向障碍物发射超声波，超声波接收器收到反射波，利用计算距离公式得到距离，并在显示模块（LCD1602）显示距离，可根据车辆自身设置安全距离，当超过安全距离时，蜂鸣器警报。

整个预警装置以超声波测距技术为核心应用于车辆车门防剐蹭预警，利用HC-SR04超声波测距模块操作简易、性价比高的特点，能够广泛应用于各个车辆，带来极大社会价值。

3　结语

本文针对车门剐蹭问题，进行阐述说明，并提出利用超声波测距智能预警系统解决这一问题，详细解释了超声波测距原理和超声波测距系统中各元件在车体上所安装的位置及作用，具有创新性和实用性。