车辆盲区探测报警装置研制

周定华 应世伟 陈瑾

摘 要：为了提高驾驶安全性，在驾驶员超车或变更车道时需要提供盲区探测与警示，以dsPIC33CK32MP502单片机为核心，结合仪表盘以及FZ-SE01超声波测距模块，研制了一种车辆盲区探测报警装置。根据车辆不同的行驶状态选择探测不同的盲区，通过超声波传感器探测盲区是否有障碍物;当超声波传感器探测到盲区存在障碍物，并且障碍物与车辆的距离小于预设的安全距离时，通过报警装置及时向驾驶员提出警示。文章研制的装置具有功耗小、灵敏度高、成本低廉、布置方便的优点，有效的保障了驾驶安全。关键词：汽车;盲区探测;超声中图分类号：U463.99  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）01-104-03

Development of vehicle blind zones detection and alarm device

Zhou Dinghua¹， Ying Shiwei²， Chen Jin²

（ 1.Chery Commercial Vehicle （Anhui） Co.， Ltd， Anhui Wuhu 241000;2. Department of Physics， Anhui Normal University， Anhui Wuhu 241002 ）

Abstract： In order to improve driving safety， blind zones detection and warning are required when the driver overtakes or changes lanes. We developed a vehicle blind zones monitoring and alarming device that takes dsPIC33CK32MP502 MCU， instrument panel and FZ-SE01 ultrasonic ranging module. It can select and monitor the blind spots of the vehicle according to different driving states， and detect whether there is an obstacle in the blind zones through the ultrasonic detecting device. When itdetects that there is an obstacle in the blind zones， and the distance between the obstacle and the vehicle is less than the preset safety distance， the device warns the driverpromptly. The device has the advantages of low power consumption， high sensitivity， low-cost， convenient layout and practical. It can effectively ensure driving safety.Keywords： Vehicle; Blind zones detection; UltrasonicCLC NO.： U463.99  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）01-104-03

引言

减少交通事故是汽车行业发展的重要目标，在各种驾驶环境中，驾驶员都存在视野盲区，对于倒车、超车及变更车道的场景信息的获取，常常依赖驾驶员对前方的目测及对后视镜的观察，由于挡风玻璃边框的遮挡及后视镜存在盲区，从而导致在倒车、超车以及变更车道时容易发生碰撞事故。

近年来，对汽车盲区探测装置的研制受到了世界各国的关注，由于我国是汽车使用大国，众多文献都针对中国的实际路况、交通情况、汽车数量，开展了汽车盲区探测研究^[1-6]。

目前，盲区探测装置在汽车中使用的较少，一方面因为造价成本问题，另一方面是国内盲区探测装置的研发水平还不够成熟。现有的盲区探测装置大多采用红外探测的方法探测障碍物，但是红外探测存在着抗干扰性差的问题，一旦外界温度升高，将大大影响红外探测的稳定性。此外，现有的探测装置不能做到根据汽车行驶状态智能化的自动切换探测区域。本文研制了一种智能化探測装置，实时探测由于车辆挡风玻璃边框的遮挡造成的盲区和车辆侧后方的盲区，能为驾驶员随时提供警示，确保行车安全。

1 基本工作原理

因为需要探测四个方向的盲区，需要四个探测模块，四个探测模块分别设置在前保险杆上位于车身侧面的左、右端部及车辆左、右后尾灯内侧。前两个探测模块探测由挡风玻璃边框遮挡产生的盲区;设置在车辆后尾灯内侧的探测模块探测侧后方区域，该区域为驾驶人难以从车身左、右两个外后视镜观察到的侧后方盲区。考虑到不同的驾驶人的身体条件的差异，各个探测模块均设有探测角度和探测位置的微调结构，以适应不同身高和座椅。

在周边环境探测系统中常用到超声波测距和微控制器处理数据^[2，7-12]。本文的装置中每个探测模块也使用超声波传感器和单片机，每个探测模块都与CAN总线连接，通过CAN总线获取汽车的运行状态信号。根据运行状态信号确定是否需要开启超声波传感器。如果探测到有障碍物并且距離小于安全距离时，通过CAN总线向仪表盘发送警告信号，仪表盘显示警告信号。

在实际驾驶过程中，如果一直开启车辆上所有的探测模块，不仅会增加不必要的功耗还会干扰总线上的其他设备，本文针对不同的运行情况自动开关车身不同位置的探测装置，有利于降低功耗、延长探测装置使用寿命。

单片机根据档位判断车辆运行情况。当档位为D档（前进挡），设在前保险杆上车身两侧的超声波探测装置启动;当档位为N档（空挡），设在前保险杆上车身两侧超声波探测装置启动，设在车辆后尾灯内侧的超声波探测装置也启动;当档位为R档（倒车挡），设在车辆左、右后尾灯内侧的超声波探测装置启动;当档位为P档（停住档），关闭超声波探测装置，整个装置处于待机状态。

2 探测报警装置硬件

2.1 硬件结构

本文采用的单片机为MicroChip公司的dsPIC33CK32MP 502单片机，单片机通过CAN总线获取车辆的状态信息、给仪表盘发送报警信息，仪表盘中盲区报警方式为声音报警和灯光频闪报警;超声波传感器包括超声波发射电路和超声波接收电路。

2.2 硬件设计

2.2.1 单片机

本文介绍的探测报警装置使用的单片机为 dsPIC33CK32 MP502，该单片机低功耗、低成本、易于开发、操作简单。该型号单片机支持CAN总线，方便了与汽车上的CAN总线相连接;处理速度高达100MHz，具有优异的实时性能和功耗控制功能;此款单片机有28个IO口，自带模数转换功能，本文的装置需要接受超声波探测装置信号以及发送探测装置控制信号，28个IO口完全满足设计需求;单片机工作温度范围满足汽车产品的需求;该单片机有优越的开发环境，大大缩短了开发周期短。此外该单片机相比较其他公司的单片机具有更强的稳定性，这款单片机具备的功能刚好满足本装置的要求，性价比更高。

2.2.2 传感器

传感器采用FZ-SE01超声波测距模块，拥有多个收发分离式防水探头NU40A18T/R-1，测量范围为0.15-4.5米;采用独特的可调降噪技术，在电源电压受到干扰或噪音较大时仍可正常工作;休眠时最大耗电量仅为 500uA。采取收发分离方式有两个好处：一是收发信号不会混叠，接收探头所接收到的纯为反射信号;二是将接收探头放置在合适位置，可以减少超声波在物体表面反射时造成的各种损失和干扰，提高探测装置的可靠性。超声波测距模块受单片机控制，检测到障碍物时发送信号给单片机，再由单片机通过CAN总线发送给仪表盘。

2.2.3 电源模块

电源模块要能够满足电路中所有元件对电源的需求。本文选用的单片机工作电压为3.0V-3.6V，汽车供电电压为12V。电源芯片选择AP6502，该芯片输入电压为4.7V-18V;输出电压在0.925V-16V之间，通过外接电阻设定具体的输出电压;持续工作电流达到2A，最大工作电流可达3A;开关频率为340KHz;自带过流保护、过热保护功能;最大转换效率可达到95%;芯片与引脚在一起的总长度为6mm，宽度为4.9mm。该开关电源芯片性能和体积能够满足本装置的要求。具体电路如上。

2.2.4 报警模块

报警模块在仪表盘上，报警模块分为蜂鸣器声音报警和LED指示灯报警。通过控制蜂鸣器的频率以及灯光颜色给驾驶员不同的警示。当探测模块没有检测到障碍物时，LED灯熄灭、蜂鸣器不响;当探测模块检测到在安全距离之内有障碍物时，点亮红色LED灯、蜂鸣器发声。仪表盘上设有4个LED灯，分别代表四个探测区域。

3 程序设计

3.1 开发工具

本文使用的开发环境为MPLAB X IDE，该环境主要用于开发Microchip公司的单片机和数字信号控制器，包括8位、16位、32位等PIC系列单片机。由于本文采用16位单片机，选择XC16编译器。MPLAB X IDE相比较于其他公司编译器更加易用，编写代码更加方便，自带书写检查功能并能自动标记错误。调试和下载工具使用PICkit3，运行稳定并且可快速地在线调试程序。

3.2 程序流程

本文中每个探测模块都有一个单片机，汽车启动时每个单片机都要初始化，各自从CAN总线读取车辆的信息，根据车辆的状态决定开启或关闭超声波传感器，然后程序等待CAN控制器或者超声波传感器的中断信号。

在中断程序中，首先区分中断源：如果是CAN控制器发出的中断，则读取数据，根据数据修改超声波传感器的工作状态;如果是传感器发出的中断，判断是否需要向仪表盘发送信号，如果障碍物过近则通过CAN总线向仪表盘发送数据，

给驾驶员提供警示信息，确保行车安全。

4 结语

本文研制的车辆盲区探测报警装置能够在行驶过程中根据车辆的行驶状态智能的调整检测区域，并通过报警装置及时提醒驾驶员，提供智能化的检测及报警。采用的超声波测距探测器，功耗小、隐蔽性较好、成本低廉、布置方便;能适应不同身高、不同座椅;在车辆行驶过程中，单片机根据档位智能的切换检测区域，提高了装置的可靠性和抗干扰性，进一步保障了行车安全;声音报警和灯光频闪报警相结合，既节省装置成本也提高了使用便捷性;另外，在使用过程中不会过多的分散驾驶员的注意力，提高了安全性。在下一步工作中，将进一步改进算法，提高抗干扰能力。并逐步推广。

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