基于Arduino单片机的汽车启停防护系统

韦依

（东北林业大学 交通学院，黑龙江 哈尔滨150040）

1 整体方案设计

该系统主要由Arduino 单片机、红外线温度传感器、毫米波雷达、摄像头、蜂鸣器、警示灯、电源组成。在汽车停止时、位于汽车后方的摄像头可以对车辆后方的行人、电动车、汽车进行捕捉、通过毫米波雷达计算得出物体的运动速度，然后将此信号传输给单片机处理，当车辆停止且车辆后方有汽车、电动车等快速靠近时，警示灯会亮起，蜂鸣器会发出警报，提示司乘人员不要下车，防止“开车门”事故发生或者司乘下车后被后方来车撞到。位于汽车四个角的红外线温度传感器可以采集汽车周围的红外线，并转化为温度，当汽车启动后，周围有温度超过35 摄氏度的物体时，汽车蜂鸣器会发出提示音，警示驾驶员汽车盲区可能存在动物或者人，避免驾驶员忽视盲区启动车辆而带来的事故。

2 系统硬件设计

2.1 雷达检测系统设计

2.2 摄像头检测硬件设计

摄像头检测模块主要由COMS 摄像头、图像处理模块组成，当汽车停止之后，系统开始进行工作，COMS 摄像头对车辆后方的盲区进行图像采集，并传递给图像处理模块，图像处理模块会对车辆后方的动态物体进行判断[3]，然后将判断到的结果传递给单片机中央处理器，如果判断后方有危险来车，那么单片机将会控制蜂鸣器发出警报，警示灯变为红色，提示司乘人员后方有危险来车，请勿下车。工作流程图如图1 所示[4]。

图1 摄像头工作流程图

2.3 红外线检测装置设计

本文采用的红外线温度传感器可以精准检测到汽车周围50cm 范围的动物的温度，为了能够实现全方位地检测[5]，在汽车的进气格栅、左右翼子板内、后方左右车门内以及车辆的后保险杠内装入红外线温度传感器，当汽车启动之后，只要有一个传感器检测到的温度超过了35 摄氏度，蜂鸣器将会发出警报声、警示灯会变成红色，警示驾驶员汽车周围可能有动物或者人，请不要启动车辆，当驾驶员下车确认周围安全之后，可以启动车辆[6]。

2.4 LED 警示灯设计

为了提高对于危险情况的感知，本系统采用三色LED 警示灯。该指示灯由红、绿、蓝三种颜色组成，其中红色指示灯与单片机IO3 口相连接，绿色指示灯与单片机的IO4 口相连接，当单片机判断车辆周围有危险情况时，IO3 口会输出高电平，此时红色指示灯亮起，警示司乘人员。当单片机判断汽车周围的情况安全时，IO3 口输出低电平，IO4 口输出高电平，此时红灯熄灭，绿灯亮起。该指示灯亮度适宜，功耗低、体积小，符合本系统设计的需要[7]，图2。

图2 LED 警示灯电路示意图

2.5 蜂鸣器的设计

LED 警示灯的警报可能被忽略掉，因此在本系统中加入蜂鸣器对司乘人员进行提示，本系统采用有源蜂鸣器作为听觉警示模块，此种蜂鸣器的体积小、功耗低，适合本系统开发的需要。此款蜂鸣器的驱动形式也比较简单，仅需将蜂鸣器的阳极管脚与单片机的一个信号输出口相连，另一个管脚与单片机的GND口相连，当单片机信号输出口输出高电平时，即可触发蜂鸣器单元，使其发出声音，以此来警示车内司乘人员。此款蜂鸣器可以通过控制输入的电流来达到控制其音调的作用，可以实现两种危险状态下基于司乘人员不同的提示音，避免了司乘人员对于蜂鸣器提示音的误判。

2.6 电源电路设计

目前大多数轿车和SUV 上使用的蓄电池电源均为12V 直流电源，在本系统中摄像头、红外传感器、蜂鸣器、警示灯、单片机中央处理器使用的都是5V 的直流电源，毫米波雷达使用的是12V 直流电源。因此需要将电瓶的12V 直流电转换成5V 的直流电供元器件使用。

图3 直流电源稳压电路

本系统采用LM7805 电压转换模块，将12V 的直流电转换成5V 的直流电，同时电容C1、C2 起到了滤波的作用，最终得到稳定的5V 直流电。该供电模块简单、发热地、成本低、工作性能比较可靠，可以为系统提供稳定的电源供给。

2.7 单片机微处理器设计

在本系统中采用Arduino 单片机作为微处理器，来接收、存储、处理数据。此微处理器可以准确接受来自毫米波雷达、摄像头、红外线传感器传输过来的数据，并进行快速地判断，同时该处理器需要的工作电压为5V 可以采用图3 所述的直流电源稳压电路来获取，工作电压低，安全且容易获取。本系统主要应用于乘用车的改装，此款处理器的体积较小，方便在汽车上进行布置。本处理器结合了32kB ISP 闪存和读写能力，读写速度快、可靠性高、功耗低、续航好，拥有2KBytes 的EEPROM,2KBytes 内部SRAM，Flash 内存为32Kb，且空间足够存储本系统的所有程序，能够可靠运行。除此之外，该芯片的成本低、封装比较小、管脚少、处理运算速度比较快，适合本系统的使用。

3 软件工作流程

当汽车启动时，本系统硬件随着车辆的启动而启动，此时软件开始对各个硬件的工作状态开始初始化，LED 灯处于绿灯状态，蜂鸣器此时不报警，红外线传感器开始对车辆周围的环境中的红外线进行感知，毫米波雷达对汽车后方的来车速度进行检测，摄像头对汽车后方的环境进行感知。当红外线传感器检测到汽车周围有温度超过35 摄氏度的物体时，会向单片机中央处理器发送信号，单片机控制LED 灯变成红色，蜂鸣器发出警报，此时进入危险状态，等待司机下车确认车辆周围环境安全之后，可以启动车辆；当车辆停止时，毫米波雷达和摄像头对汽车后方的环境进行高速扫描，如果出现危险来车，那么将会给单片机中央处理器发送信号，单片机控制LED 灯变成红色，蜂鸣器发出警报，此时进入危险状态，提示车内司乘不要下车，待司乘确认后方确实无危险来车时，可以打开车门进行下车。

4 结论

本系统采用能耗比较低，系统工作可靠，针对目前生活中常见的“开车门”事件和由于汽车盲区带来的危险事故，系统做出了安全的保障。在成本方面，系统中所需的零部件的成本都比较低，而且从长远来看，在汽车改装上所花费的时间和金钱成本都不会太高，因此本系统有很好的经济效应。同时切实降低了汽车启停过程中的事故率，为汽车安全又添加了一道保障。