道路障碍非接触式动态测试与车辆通行能力判断方法研究

夏 洋，龚 毅，周 强，马 锋

（重庆交通大学 机电与汽车工程学院，重庆 400074）

道路障碍非接触式动态测试与车辆通行能力判断方法研究

夏 洋，龚 毅，周 强，马 锋

Xia Yang，Gong Yi，Zhou Qiang，Ma Feng

（重庆交通大学 机电与汽车工程学院，重庆 400074）

介绍了以CX20106为核心实现超声波的发射与接收，结合51单片机的控制和单片机外部中断查询相应信号，实现一系列操作测量两柱之间的距离。通过C语言控制比较车辆经过两柱之间时是否能安全通过从而进行相关报警。由于车速较慢故测量误差近乎没有，使得该系统具备实用性。

51单片机；超声波；宽度测量

0 引 言1

近年来，我国道路交通运输事业发展迅速，车辆迅速增多使得行车道路日益拥堵，行车环境日益复杂，时常见到一些车辆因为对前行安全通道估计不准确，导致与其他车辆或障碍物擦刮，因而，准确判断车体正前方障碍区域和几何尺寸对于安全行车，确保良好的通过性显得尤为重要。

文中研究一种道路障碍非接触式动态测试方法和实时判断车辆能否安全通行的方法，并开发一套车载测控与分析系统，以此来辅助驾驶员安全驾驶，保证行车安全，减少交通事故的发生。

1 工作原理

系统要测量车辆经过两柱之间时能否安全通过。测量距离的方法有很多，文中将采用超声波测距的方法。在车辆的车头安装电机，将超声波的发射端和接收端安装在电机上。测量的时候发射端开始发射40 kHz的方波信号，同时电机开始转动。发射端不断发出超声波，直到接收到反馈回来的超声波时控制电机停止转动，定时器停止计时，计算出时间。根据时间和电机转过的角度就可以计算出两柱之间的距离。

系统工作原理如图1所示，其中A，B为两个柱形障碍物，DE为行车方向，假定车在D位置时测得障碍物A，电机转动角度为-α，此时AD已知；汽车继续前行，到达E点时，传感器测得障碍物B，电机转动角度为β，此时DE、EB可知。

在三角形DCE中，由正弦定理有

在三角形CAB中，由余弦定理有

由上式即可算得两柱之间的距离AB。

2 实现方法

2.1 硬件设计

图2是51单片机的最小系统原理图[1]，包括复位电路和晶振电路。

晶振电路由1个晶振和2个瓷片电容组成，能够帮助单片机系统正常工作。

单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机时，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮，内部的程序自动从头开始执行。

超声波发射电路[2]如图 3所示，由单片机产生40 kHz的方波，并通过单片机的 P1.0口传输到CD4069，而后面的CD4069则对40 kHz频率信号进行调理，以使超声波传感器产生谐振。

当超声波接收端接收到发射信号反馈回来的信号时，便通过CX20106进行前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检波和比较、积分及施密特触发比较得到解调处理后的信号。7脚为信号输出口，没收到信号时为高电平，收到后变为低电平，之后又恢复高电平，如图4所示。

2.2 软件设计

合理利用51单片机的2个定时器，一个用来计算超声波发射与接收的时间差，另一个用来产生40 kHz的方波，外部中断0接收CX20106A 7脚产生的低电平，采取相应动作，软件设计流程如图5。

系统程序结构：液晶显示 1602的初始化子程序、写入子程序以及显示子程序，距离计算模块、超声波发送控制程序、接收处理程序，报警模块等。

设计使用C语言编写程序，C语言相比汇编语言有很多的优势。编译器采用功能强大的 Keil进行编译。

液晶显示初始化程序

当超声波发射器发出信号时，定时器开始计时，当接收到反馈回来的信号时，定时器中断，将计时的时间传给距离计算模块进行计算。

中断程序

报警模块程序

3 结束语

系统开发利用了51单片机控制和超声波测距原理，在较短时间内对车辆行驶方向上各障碍物之间间隔宽度进行计算，以及判断车辆通过性能高低定量计算和提前警示驾驶员。

[1]陈旦花. 单片机最小系统的设计与应用[J]. 无线互联科技，2012（10）：103-104.

[2]卢云飞，张永俊，王玉强，等. 基于MAX038的波发射电路设计[J]. 机电工程技术，2011（08）：46-47.

U491.5+9

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2015.01.010

1002-4581（2015）01-0031-03

2014−10−11

重庆交通大学研究生教育创新基金（20130128）。