1.引言

隨著汽車技術的不斷進步，尤其是自動駕駛技術的發展，越來越多的距離檢測設備將會不斷面世。目前，運用于汽車測距主要有以下四種方式：毫米波雷達測距方式；攝像系統測距方式；激光測距方式；超聲波測距方式。毫米波雷達存在電磁波相互干擾問題，攝像系統則造價高昂，均難以在汽車上普及。激光測距具有測量時間短、量程大、精度高等優點，適應汽車從低速前進到高速前進的測距需求，避免汽車高速行駛時因測距速度慢造成的測距失準現象。超聲波測距原理簡單，制作方便，成本比較低，但其只適用于較短距離低速測距，故將其應用于汽車倒車時測距。本文提出的將激光測距和超聲波測距相結合的安全報警系統，旨在幫助駕駛員在汽車多種行駛狀況、多方位探知并顯示車輛與周圍障礙物的距離，當障礙物距離小于設定安全距離時給駕駛員警報，避免駕駛員反應不及時引發交通事故。

2.防碰撞系統的方案設計

實現汽車防碰撞，關鍵還在于測距防碰撞系統的應用。本系統由測距模塊、控制計算單元、顯示單元、報警單元、執行單元等組成。其中測距模塊包括汽車前進時工作的激光測距模塊和汽車倒車時工作的超聲波測距模塊。兩者分別通過各自的通訊電路與控制單元相連，可在汽車前進后退等多種工況對汽車周邊障礙物進行全方位監測，并把汽車與障礙物距離傳遞至控制單元，控制單元通過連接的執行單元，報警單元等進行聲光報警，主動制動等防碰撞功能的執行。系統組成如圖1所示。

3.測距原理

超聲波測距的原理是脈沖反射式，即利用其反射特性來工作。原理如圖2所示。

通過超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為C,而根據計時器測出發射和接收回波的時間差t,就可以計算出發射點距障礙物的距離S,即：S=Ct/2.

激光測距的原理（原理圖如圖3所示）與超聲波測距原理不同，利用的是三角法測距。

發射器向前發射脈沖，碰到障礙物后反射回來的回波被接收器接收，回波的圖像通過透鏡匯聚到傳感器上形成像點。當激光照射的物體移動時，像點也在傳感器上移動，在基線長度已知、光源和傳感器及透鏡的相對位置確定的前提下，通過測量傳感器上像點的位置就能準確確定被測物體與儀器之間的距離。

4.系統硬件及其運行

控制與計算單元的主體采用STC89C52RC單片機，該單片機是STC公司生產的一種帶8K字節閃爍可編程可檫除只讀存儲器的低電壓、高性能COMOS8的微處理器。

擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash,能夠為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。蜂鳴器和led燈組成報警單元，能夠及時進行聲光報警。

此外，本系統采用深圳盈勤科技有限公司生產的REALWAVE SRF020M01A激光距離傳感器。該傳感器采用高性能專用芯片設計而成，精度高穩定性好。單次測距輸入指令為“a/A”,返回數據通過幀的方式包裝發送。超聲波傳感器則采用市面常用的傳感器。

汽車前進時，車速較高，除超聲波模塊部分系統全部開始工作。控制單元（單片機）通過RS232串行通訊電路向激光測距模塊發送測距命令（“a/A”），控制激光測距模塊向前發射光脈沖，模塊接收到遇到障礙物反射回來的激光脈沖后分析計算汽車與障礙物距離，并通過RS232通訊電路將數據以16進制數包裝發送給單片機，具體數值為“ee+06+* * * *+cc”,ee為幀頭，cc為幀尾，第3個*表示16進制的測量結果。

單片機轉化為10進制后使顯示電路動態顯示障礙物距離S,同時判斷如S小于設定門限值K,則使報警單元的紅色LED燈持續閃爍，蜂鳴器連續長鳴報警，提醒駕駛員及時采取防碰撞措施。一定時間后駕駛員仍未采取有效措施時，單片機使執行單元緊急制動剎車，主動避免發生碰撞。

汽車倒車時，車速較低，超聲波模塊代替激光測距模塊工作。在單片機IO口大于10US的高電平信號控制下，自動向后發射8個40KHZ的方波。

超聲波返回后單片機由INT0引腳高電平持續時間測得超聲波往返時間，通過換算得到汽車與障礙物之間的距離。之后利用系統的各個單元實現與激光測距相同的防碰撞工作。

5.系統軟件設計

圖4為超聲波測距軟件設計，系統啟動后，超聲波模塊向后發射超聲波，接收超聲波的同時開啟定時器定時，由測量到的時間T計算得到障礙物距離S,顯示單元動態顯示連續變化的距離S.如果距離S小于設定的門限值，則系統進行聲光報警，LED燈不斷閃亮，蜂鳴器持續鳴響，提醒駕駛員及時采取措施避免碰撞。延時1秒后如果距離S仍小于設定的門限值，表明駕駛員未進行任何有效操作，故系統控制汽車緊急制動，主動避免防碰撞的發生。

圖5為激光測距軟件設計，激光模塊發射接收激光脈沖后，由模塊內部電路同時完成計算距離S工作。如果S小于門限值則進行報警。

6.結論

系統選用了激光測距傳感器和超聲波測距傳感器相結合的組合式測距方式。

單一傳感器的測距方式受傳感器的應用條件限制較大，難以滿足汽車復雜的行駛狀態和多變的外部環境，故本系統的優點顯而易見。在汽車前進，倒車，低速，高速等多種行駛狀態，本系統均能對汽車周圍環境的障礙物進行有效的監測和測距，使汽車主動進行防碰撞，防止交通事故的發生，具有廣闊的研究前景。