超声波测距仪的设计在倒车技术上的应用研究

王淼儿+李文龙+孙伟峰

摘 要：伴随我国交通事业的不断发展与进步，汽车已成为当前人们出行的常见交通工具之一。但是，汽车的增多使得现代交通变得十分拥堵，交通事故时常发生，这使得汽车的安全性逐渐成为了当前人们关注的问题。在交通事故中，追尾是汽车事故中的常见现象之一，按照常规交通行驶规则来说，汽车在行驶过程中需与其它车辆保持一定的车距，这是避免交通追尾事故发生的重要举措。但是，许多驾驶者在驾驶车辆时，因视觉因素往往无法注意与后车之间的车距，在倒车时也因该问题时常发生意外，为解决这一问题，生产商开始研发了超声波测距仪技术，该技术能够有效测量车与车之间的距离，使车辆行驶更安全。

关键词：超声波；倒车技术；应用研究

超声波测距仪是一项具有指向性的超声技术，该技术能够帮助汽车测量与其他物体之前的距离，使车辆在倒车时能够防止与其它障碍物体发生意外。超声波是一项能量消耗少的技术，其在介质中能够达到较远距离的传播，将其应用于车辆测距仪中能够使技术变得更灵敏与简单，同时，该技术还具备倒车防撞警报系统，能够使车辆在倒退时通过超声检测后方各个障碍物，若检测显示在安全范围内，则可继续进行倒车运行，当车辆倒车至一定距离时，警报系统会发出相应的提示警报，使车辆停止下一步倒退，这是当前保障车辆倒车安全的重要技术。

1 超声波测距仪的设计在倒车技术上的应用

1.1 设计方法

本次设计选择使用TCT40-16T/R超声波传感器，对超声波测距仪的各个运行原理进行研究，在了解理论知识的基础上掌握各个操作方法。对超声波测距仪的各个电路走向进行研究，并了解不同硬件的作用，设计出具有超声波的电路，使测距仪能够对超声波的感应有所接收，使超声波测距仪能够对一定范围内的障碍物距离进行测量。在设计使，其首先需设计一个超声波测距器，该器械主要包含单片机、超声波接收电路、超声波发出电路、警报系统LED电路[1]。

1.2 系统方案

超声波具有耗能低、方向感灵敏等特点，其在介质环境中，超声的传播距离会更远，这也是使得汽车测距仪采用超声波技术进行检测的缘故。超声波在车辆测距仪中应用其设计内容十分简单，且对距离的检测计算过程也十分快捷，测量的精准度极高，能够满足当前人们对车辆倒车行驶的安全要求。当前，超声波技术在类型上可分为两种：一种是机械型超声波，一种是电气型超声波。机械型超声波的包括气流旋笛和加尔统笛，电气型超声波子技术主要包括电动类与压电类。这些超声波技术能够根据功率及频率等因素分别用于不同领域之中。而当前在汽车测距仪中最为常见的超声波类型属于压电类，其能够根据控制器的运行达到动态扫查的方式，使LED数字能够得到充分显现[2]。

2 超声波测距仪的硬件设计

在硬件设计上，超声波测距仪的硬件内容主要为超声波的发送与接收：首先，在车辆的倒车系统设计中，该系统的设计需在合理距离内设计相应的无接触测距技术，并为了使车距检测精度更高，驾驶者还需对超声波与周围温度之间的影响因素进行考虑，而该要求需要超声波系统在检测过程中能够将车外环境问题进行检测，从而根据车外温度观察超声波的传播效率；第二，在倒车系统中的超声波测距仪设计中，其还需对超声波测距仪在倒车时对周围障碍物的感应时间和反映时间进行设计，再根据时间数据统计出车辆与障碍物之前的距离长远。第三，在单片机的处理上，单片机在获取到超声测距仪所收到的信息后，其会通过数据的转换形成其它信息，并在显示屏中将信息内容充分显示，或者部分可根据功能的不同发生警报状况，帮助驾驶者对周围障碍物之间的距离做到完全掌握。因传感器的限制因素，超声波测距仪能够在车辆倒车时的3米内物体作出有效测量和感应，各项数据内容能够通过在LCD传达于驾驶者。另外，超声波测距仪中普遍还具有环境温度检测功能，其能够对车辆周围的温度进行感应，改变超声波的传达速度，有效提高车辆在倒车行驶过程中的安全性与稳定性[3]。

3 超声波测距仪的软件设计

在软件设计上，超声波测距仪的软件设计普遍是以模块设计为主，其模块内容主要包括：主程序模块、超声波发射程序、超声波接收程序、显示程序等。在倒车系统的具体功能上，其主要包含这些功能项目：第一，能够对超声波的发出与接收进行控制，汽车在行驶倒车时，其方向会不断的变换，而此时超声波测距仪的发出与接收也会随之发生变化，这需要倒车系统能够根据汽车位置的不同对超声波的发出与接收进行控制，使其测距数据更精准。第二，倒车周围的安全距离计算，汽车在倒退过程中，其速度与正常行驶相比普遍较慢，且倒车过程也极少一气呵成，此时超声波测距仪需要根据车辆的行驶快慢对车辆与障碍物之间的距离进行测量，在超出安全范围时立即发出提示警报，使驾驶人能够停止继续倒车。第三，测量出超声波的发出时间与障碍物和车辆之间的距离，该设计是超声波测距仪最基础的一项设计环节，在设计时，其功能内容主要包括发射功能、接收功能、显示功能与警报提示功能等。在警报提示上，超声波测距仪能够根据所检测的信息选择警报类型，使驾驶员能够分辨问题。当主程序在运行时，程序内容需在检测上一个环境后恢复初始化状态，对超声波测距仪的各个时间及信息进行调整，使其工作模式得到更新，在汽车进入下一个倒车环节时，能够根据新环境进行重新检测，使其达到初始化目的。

4 结束语

综上所述，超声波测距仪在倒车技术上的设计主要围绕硬件设计与软件设计两大模块进行，并根据超声波的特质及优势将其应用于测距仪的感应系统中，使汽车在倒车过程中能够对周围障碍物的信息进行有效发出与接收，在一定安全范围内遇到障碍物时能够快速提示驾驶员停止倒车行为，使车辆在倒车过程中避免了以往的盲目现象，因此可得出，超声波测距仪能够为车辆倒车带来更多的安全保障，有效提高了车辆驾驶的安全系数。

参考文献

[1]王博.基于超声波测距技术的倒车雷达的应用和设计[J].黑龙江科技信息，2014，12（06）：26.

[2]黄韬.超声测距倒车雷达及其车载CAN总线智能节点研究[D].安徽大学，2014，3（11）：125-126.

[3]李子梅.基于近景摄影测量的石质文物裂隙识别定位的研究[D].中国地质大学（北京），2012，（11）：7-8.