汽车开门防撞预警系统研究解读.docx
- 文档编号:24958695
- 上传时间:2023-06-03
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:303.43KB
汽车开门防撞预警系统研究解读.docx
《汽车开门防撞预警系统研究解读.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《汽车开门防撞预警系统研究解读.docx(14页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
汽车开门防撞预警系统研究解读
当今社会汽车拥有量越来越大,但驻车时由于开门不当造成同向行驶非机动车、行人撞上车门,造成人员伤亡及不必要车损,据本人调查后发现这一事故发生率是较高。
经过查新,目前市场上还没有关于开门防撞主动预防产品,而人生平安是和谐社会根底,因此我考虑设计一个开门防撞主动预警装置,本课题旨将思想防范转变为技术防范,从根本上防止因此类事故造成人员伤亡。
经过初步分析各传感器优劣,本课题最终采用超声波传感器作为信息釆集器,在查阅相关文献与了解了所需知识后,设计确定了根本框架,我采用红外接近开关和白制速度传感器组成信息采集器,采集汽车驻车信息输送至低压电子信息处理器,分析判断后发出工作指令,控制超声波感应系统启动。
将超声波传感器感测距离限定在一定范围内,当在范围内检测到有物体向车靠近即发出“请注意〞提醒声,同时单片机运行测移动物体速度从而算出将到达车门时间,当时间小于所设定值,要求发出电平信号使车门在一段时间内无法翻开。
本设计不仅能够实时监控汽车驻车情况,还具有本钱低、耗电少特点:
本钱低一一整个控制电路只有儿个电子元件组成;耗电少一一整个电路中只有低压12伏儿个电子元件处于工作状态,当且仅当速度传感器检测到速度为零时,同时开关门扭上红外感应器感受到手接近〔即欲开门〕时控制电路进入预警和应急处理状态,以消除由于不当开门造成同行人或骑车人相撞平安隐患。
关键词:
电子感应技术单片机低能耗实时控制平安可靠
一、课题背景
“7月2日,一名出租车乘客在共和新路灵石路路口下车开门时,车门将一名过路骑车人撞倒,骑车人经抢救无效死亡。
8月8口,浦东高科西路沪南公路路口,一辆家具城班车驾驶员遇红灯停车等候时,一名急于转车女乘客突然翻开车门,与随后驶来一辆燃气助动车发生碰撞,导致骑车人死亡。
10月8口,一名司机驾驶金杯面包车在西藏北路某路段非机动车道内停车,同样是下车开门时车门撞击路过骑车人,导致骑车人当场死亡。
〞
这是笔者在07年底新闻晚报上看到内容,短时间内由于轿车开门而导致三起死亡事故让人触目惊心,笔者想到自己坐在后排想开车门时,头要扭着看很久,特别是晚上在路边下车情况最让人头痛,根本就看不清楚车附近情况,开一个门胆颤心惊,确实,想防止事故有时真力不从心。
09年8月6口,笔者在东方卫视频道又一次看到因汽车开门而导致死亡事故,由此下定决心将此作为自己研究课题,争取制造出一个汽车开门防撞装置来解决这一问题。
随着科学技术日新月异和生活水平迅速提高,汽车在人们生活中越來越普及。
人们对于代步工具不仅要求舒适更要求平安,至于平安不仅要考虑自身平安同时也要考虑他人平安,考虑了行驶平安、驻车平安更不能疏忽了驻车开门平安,于是笔者想能否设计一个能根据驻车时车外情况开门防撞及时报警预警装置。
笔者首先做了查新工作,发现尚且没有解决汽车开门撞人问题有关发明,所以笔者这一想法是很有意义。
在查阅相关文献与了解了所需知识后,设计确定了根本框架,笔者将采用单片机结合超声波距离探测电路、LED显示电路、声音报警电路组成防撞预警装置、以及驻车判定和开门判断装置组成信息采集器,采集当时信息输送至低压电子信息处理器,分析判断后及时发出开门防撞预警装置工作指令,启动防撞预警装置工作,预防由于不当开门造成同行人或骑车人相撞平安隐患。
12V直流电源
图一超声波开门防撞智能预警装置框图
超声测距大致有以下二种方法:
1取输出脉冲平均值电压,该电压〔其幅值根本固定〕与距离成正比,
测量电压即可测得距离;
2测量输出脉冲宽度,即发射超声波与接收超声波时间间隔t,故被测
距离为S二V*t/2。
本预警装置电路采用第二种方案。
由于超声波声速与温度有关,如果温度变化不大,那么可认为声速根本不变。
如果测距精度要求很高,那么应通过温度补偿方法加以校正。
超声波测距适用于高精度中长距离测量。
因为超声波在标准空气中传播速度为331.45米/秒,由单片机负责计时,单片机使用12.0M晶振,所以此系统测量精度理论上可以到达毫米级。
超声波测距算法设计:
超声波在空气中传播速度为每秒钟340米〔15°C时〕。
X2是声波返回时刻,XI是声波发射时刻,X2-X1得出是一个时间差绝对值,假定
X2-Xl=0.03S,那么有340mX0.03S=10.2me由于在这10.2m时间里,超声波发出到遇到返射物返回距离:
L=340(m/s)X(X2-X1)(S)/2
图二
第二种方案好处是处理问题直接,能够直观地反映预警情况。
目前汽车开门防撞智能预警装置自制模型已完成,笔者希望设计变成实物后显示出其实际价值,使汽年开门防撞智能预警装置真正到达白动化与智能化,且使本钱降低,开创汽车开门防撞智能预警装置新领域。
二、类似产品比拟
经过市场调查与资料查询,就目前而言汽车开门防撞智能预警装置还是一个空白,查到一些想法类似创造一-倒车雷达,笔者课题构思來源于倒车雷达。
三、设计与制作
〔一〕控制电路设计
这个开门防撞智能预警装置组成,主要分为信息处理装置和单片机控制器局部。
信息处理装置局部设计理念是可靠、稳定且本钱低;单片机控制器部分是数据采集迅速、准确,整个系统响应速度快。
信息处理电路局部设计成汽车状态判断局部和单片机控制电路驱动局部。
开门防撞智能预警装置设计思路:
当汽车停稳且有开门意向时信息处理装置立即驱动单片机控制局部进入工作状态。
进入工作状态单片机开门防撞预警装置,即刻进入超声波数据采集,并且进行运算记录,根据记录数据比对结果驱动相应报警,即本装置采用定时65豪秒发送一次超声波信号,单片机内定时器自信号发出时开始记录脉冲数,一个脉冲是1微妙,当接收到返回信号时停止计数,单片机计算出第一次测得葩离L1,同理再次测量下一脉冲测得距离L2,两个葩离作一次比拟,认为静止或远离物体即L2-L130那么不报警;比拟后认为是接近即L2-LK0那么计算出物体移动速度,通过单片机对移动物体距离、速度分析判断,当开门有碰撞危险时,预警装置将自动锁定开门装置,同时语音报警,确保平安开门。
当在探测范围之内有移动物体靠近,但不至于马上撞上翻开门时,在LED上显示距离并语音报警,不锁定开门机构;当在探测范围之内没有移动物体时,语音提示可平安开门。
信息处理装置局部:
开始设计本预警装置时所考虑是结构平安可靠且工作稳定;控制电路电源采用直流12V车载电源。
如图三中a、b点,确保平安节能。
开门防撞智能预警装置工作与否,是根据信息处理装置中两个传感器所采集到具体信息决定。
由此,采用移动传感器与接近传感器判断当时具体情况,根据电位信号突变来驱动555型时间集成模块动作,使继电器线圈处于通电状态或断电状态。
在单片机控制器局部是否进入工作状态判断时,要求以当时汽车是否停稳为优先条件,即在接近感应器触发继电器线圈〔J1〕线圈前串入一组位移感应器触发常开触点,确保电路中位移感应器触发继电器〔J2〕工作时继电器〔J1〕才能上电,当汽车处于移动状态时,即使手去拉门,开门预警装置也不会启动报警。
〔信息处理装置电路如图三所示〕目前试验装置进线电源为交流12V,通过如图三中四个1N4001二极管构成桥式整流电路。
作用是将输入12V交流电转变为12V直流电输出,电容作用是滤波,7809为三端稳压管,确保输出稳定12V直流电源,位移感应器作用是接收汽车行驶情况,同电位器匹配后触发555型时间集成模块信号输出,使得继电器线圈工作;接近感应器作用同位移感应器。
3
3
图三信息处理装置
单片机控制器硬件局部:
图四超声波测距系统框图
超声波测距预警装置采用STC89C51单片机,晶振:
12虬单片机用P1.0口输出超声波换能器所需40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出返回信号,显示电路采用简单4位共阳LED数码管,断码用74LS244,位码用8550驱动。
主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三局部组成。
采用TC89C51来实现对CX20216A红外接收芯片和TCT40-10系列超声波转换模块控制。
单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波发送,然后单片机不停检测INTO引脚,当INTO引脚电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。
计数器所计数据就是超声波所经历时间,通过换算就可以得到传感器与障碍物之间距离。
图五超声波测距原理框图
图六LED显/j<电路图
U3A
图七超声波发射电路图
用单片机P1.0口输出超声波换能器所需40K方波信号,如图7所示。
J3
CX2OJLO6A
— 图八超声波接收电路图 超声波接收电路使用CX20216A集成电路对接收探头受到信号进行放大、滤波。 其总放大增益80dbo以下是CX20216A引脚注释。 1脚: 超声信号输入端,该脚输入阻抗约为40kQo 2脚: 该脚与地之间连接RC串联网络,它们是负反应串联网络一个组成部分,改变它们数值能改变前置放大器增益和频率特性。 增大电阻R1或减小C1,将使负反应量增大,放大倍数下降,反之那么放大倍数增大。 但C1改变会影响到频率特性,一般在实际使用中不必改动,推荐选用参数为Rl=4.7Q,Cl=lpFo 3脚: 该脚与地之间连接检波电容,电容量大为平均值检波,瞬间相应灵敏度低;假设容量小,那么为峰值检波,瞬间相应灵敏度高,但检波输出脉冲宽度变动大,易造成误动作,推荐参数为3.3ufo 4脚: 接地端。 5脚: 该脚与电源间接入一个电阻,用以设置带通滤波器中心频率f0,阻值越大,中心频率越低。 例如,取R=200kQ时,fO~42kHz,假设取R=220kQ,那么中心频率f0^38kHzo 6脚: 该脚与地之间接一个积分电容,标准值为330pF,如果该电容取得太大,会使探测葩离变短。 7脚: 遥控命令输出端,它是集电极开路输出方式,因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端,推荐阻值为22kQ,没有接受信号时该端输出为高电平,有信号时那么产生下降。 8脚: 电源正极,4.5〜5V。 系统报警原理: 通过超声波两次测距,计算物体到车门时间Tp,根据Tp来判断是否开车门。 假设第一次测得距离为L1,超声波來回时间为T1,第二次测得距离为L2,超声波来回时间为T2,两次测距时间差为T3。 侧有L1二Tl*340/2,L2二T2*340/2。 物体速度为v=〔Ll-L2〕/T3 Tp=L2/v, 将上面公式简化,可得Tp=T2*T3/〔Tl-T2〕 因此单片机只要得到Tl,T2,T3这三个值,便可通过计算得到Tpo 单片机实现以上过程,主要通过单片机内部两个16位定时器来实现,两个定时器初始值为0,启动定时器后,每隔10-6〔微〕秒定时器计数加1,因此只要在发射超声波时启动定时器,接收超声波时关闭定时器,此时定时器里数值便是超声波来回时间,单位是10-6〔微〕秒。 单片机工作流程如下: 上电后单片机进行定时器清零,设置定时器工作模式为16位定时器,启动定时器1,设定定时值为65mso 经过65ms后,进入定时器1中断程序,在中断程序中发超声波脉冲〔频率为40KHz〕,并开启定时器0,开启外端口0中断。 当超声波碰到物体返回被另一超声波探头接收时,在单片机外端口0处有低电平产生,从而引发外端口0中断,进入外端口0中断程序。 在外端口0中断程序中,将定时器0值取出来,即为T1值,并启动定时器1作为T3计时,经过一定延时后,再次发超声波脉冲进行第二次测 距,再次启动定时器0。 超声波第二次返回时,再次进入外端口0中断程序,取出定时器0值,即为T2,取出定时器1值,即为T3。 返回主程序。 在主程序中,将Tl,T2,T3这三个值按上文所得公式进行计算得到Tpo 当Tp>2000000〔2s〕时,启动第一段录音程序,为“平安可开车门〞。 当0.5s 当Tp<0.5s时,启动第三段录音程序,为“车门己锁〞;同时锁定开门装置。 四、结论 综上所述采用STC89C51单片机控制超声波开门防撞装置方案是可行。 用时间判断危险程度平安可靠,且本钱低廉,笔者制作模型共计花去人民币253元,具体见物料清单。 物料清单 名称 数量〔件〕 价格〔元〕 夕称 数量〔件〕 价格〔元〕 感应器 1 35 电子元件 120 超声波发 射头 1 9 辅料 40 超声波接 收头 1 9 变压器 1 12 线路板 3 28 如投入批量生产还可使本钱进一步降低,具有一定市场远景。 不过目 前仍存在一些问题,如报警系统各项参数有待验证和提高,笔者希望通过改良一定能制作出一款真正到达开门防撞自动预警装置,有了它汽车开门更加平安保险,为他人带来平安。 参考文献: 1、常斗南刘立夫,? 小型可编程序控制器原理与实践? 沈阳辽宁科学技术出版社,1993。 2、林小峰,? 可编程序控制器原理与应用? ,北京高等教育出版社, 1991o 3、清华大学电子学教研组编童诗白主编.模拟电子技术根底. 4、张风言编著.电子电路根底.第二版.北京: 高等教育出版社. 5、美〕J.G.高特林著.电子学一一模型、分析与系统.高等教育出版社. 6、周连贯主编.? 电子技术根底? •北京: 机械工业出版社. 7、陈汝全主编.? 电子技术常用器件应用手册? •北京: 机械工业出版社. 8、北京航空航天大学出版社出版? 手把手教你学单片机? 读书好处 1、行万里路,读万卷书。 2、书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。 3、读书破万卷,下笔如有神。 4、我所学到任何有价值知识都是由自学中得来。 一一达尔文 5、少壮不努力,老大徒悲伤。 6、黑发不知勤学早,白首方悔读书迟。 一一颜真卿 7、宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。 8、读书要三到: 心到、眼到、口到 9、玉不琢、不成器,人不学、不知义。 10、一日无书,百事荒废。 一一陈寿 11、书是人类进步阶梯。 12、一日不读口生,一日不写手生。 13、我扑在书上,就像饥饿人扑在面包上。 ——高尔基 14、书到用时方恨少、事非经过不知难。 一一陆游 15、读一本好书,就如同和一个高尚人在交谈一一歌徳 16、读一切好书,就是和许多高尚人谈话。 一一笛卡儿 17、学习永远不晚。 一一高尔基 18、少而好学,如口出之阳;壮而好学,如口中之光;志而好学,如 炳烛之光。 ——刘向 19、学而不思那么惘,思而不学那么殆。 一一孔子 20、读书给人以快乐、给人以光荣、给人以才干。 一一培根
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 汽车 开门 预警系统 研究 解读