基于紅外探測的汽車啟停盲區(qū)安全監(jiān)測系統設計

摘要：經過分析發(fā)現汽車在啟停階段的視野盲區(qū)與行駛時有所不同，具體分析了啟停階段盲區(qū)的分布情況。結合紅外傳感技術進行了基于紅外探測的汽車啟停盲區(qū)安全監(jiān)測系統設計，包括硬件設計和軟件程序的設計，并進行了電路仿真，其結果證明了設計的可行性。

0引言

隨著經濟的發(fā)展和社會的進步，私家車的數量持續(xù)增長。駕駛汽車時，駕駛員由于車輛的設計或其他可能的原因會存在一定的視野盲區(qū)，而這些視野盲區(qū)在一些情況下會導致兒童傷害事故，在汽車的正前方，兒童身高小于80cm 時，司機是看不到的；左右外后視鏡與和內后視鏡夾角盲區(qū)大致為寬15cm 長110cm 高115cm 的空間；在汽車的正后方，兒童身高小于110cm 時，司機不能通過內外后視鏡看到。因此，急需一套有效的汽車輔助系統來避免此類事故。

1車輛視野盲區(qū)概況

汽車啟停盲區(qū)的類型有以下幾種：前后盲區(qū)、后視鏡盲區(qū)、AB 柱盲區(qū)、人為盲區(qū)。如圖1 所示。

（1）前盲區(qū)：前盲區(qū)是存在于車輛引擎蓋之前易被忽視的扇形區(qū)域的統稱，車輛的前盲區(qū)普遍存在于各類汽車。汽車前盲區(qū)與車長、座椅高、車頭形狀等有關。前盲區(qū)是由視線與汽車引擎蓋交匯所形成的扇形區(qū)域。包括車頭盲區(qū)和左右輪盲區(qū)。左前輪與右前輪旁的視野盲區(qū)是由于汽車兩側引擎蓋與人的視線交匯后視線所涉及不到的區(qū)域。由于我國法律規(guī)定汽車使用左舵式，一般來說，左前輪盲區(qū)略小于右前輪盲區(qū)，如圖1、圖2、圖3 所示。

（2）后盲區(qū)：后盲區(qū)也是車輛所固有的盲區(qū)，在車輛兩側車門外側30°左右的范圍內屬于司機的后視野盲區(qū)的一部分。車尾至地面以及車尾后的部分延伸區(qū)域也屬于后盲區(qū)的一部分。如圖4 所示。在汽車啟停時，后盲區(qū)是造成倒車時許多碾壓事故的禍源。在該區(qū)域內，司機完全無法通過視覺來判定其安全狀況，這會帶來極大的安全隱患。

（3）后視鏡盲區(qū)：后視鏡盲區(qū)。為了方便駕駛員不用大范圍移動頭部而觀察到車周情況，汽車皆配備有后視鏡以輔助駕駛員觀察附近環(huán)境。但是礙于車輛設計和應用的限制，后視鏡無法為駕駛員提供完全的車周安全信息。在啟停階段的后盲區(qū)是由于駕駛員視線以及后視鏡視線所不及之處造成的，其具體位置為視線被后備箱遮擋造成的一個楔形區(qū)域以及后輪后地面與車底盤形成的盲區(qū)。如圖4所示。

（4）AB 柱盲區(qū)：汽車的擋風玻璃由兩車身框架固定其范圍，這兩個約束擋風玻璃范圍的左右兩柱被稱為A 柱和B 柱。AB 柱盲區(qū)完全由汽車設計的AB 柱材質和大小、形狀、寬度決定，越寬的AB 柱越容易導致視野盲區(qū)內安全事故的發(fā)生。同理，A、B 柱會對轉向時司機獲取周邊路面環(huán)境信息帶來障礙，是引發(fā)事故的重大誘因。

（5）人為盲區(qū)：在汽車設計帶來的以上四種盲區(qū)外，還有人為因素會改變車輛原有的視野范圍，進而增加新的視野盲區(qū)或加大已有盲區(qū)范圍。如：非法改裝車輛后添加的物體、為防曬而設置的顏色過深的窗紙、缺少擦拭汽車后視鏡和玻璃的良好習慣、車內擺件過多等。這些人為因素是造成部分盲區(qū)的原因同時也是某些事故不可忽視的致因。人為盲區(qū)的解決依賴于駕駛員素質和技術的提升，同時可使用安全系統監(jiān)測裝置做到輔助駕駛員的積極作用。

2熱釋電紅外傳感器監(jiān)測系統

在汽車啟停階段，駕駛員的視野盲區(qū)與正常行駛階段的視野盲區(qū)不同，許多正常行駛中不必考慮的盲區(qū)范圍反而是導致啟停階段盲區(qū)的主要原因，本系統基于以人為本的安全理念，以協助駕駛員判斷啟停盲區(qū)內是否存在人員

圖1 啟停盲區(qū)俯視圖

圖2 底盤盲區(qū)圖

圖3 前盲區(qū)側視圖

圖4 車尾盲區(qū)

作為設計目的，因此，能對人體發(fā)出的特殊波長的紅外線做出響應的熱釋電紅外傳感器是本系統的首選。同時因為本系統需要對底盤盲區(qū)內的盲區(qū)安全情況做出判斷，傳統超聲波傳感器不適用于此處盲區(qū)，因此使用熱釋電紅外傳感器來作為探測器可以準確對盲區(qū)內安全情況做出判斷。

車周圍盲區(qū)人體監(jiān)測部分設計主要是基于熱釋電紅外傳感技術安全參數的監(jiān)測傳感器，在了解掌握熱釋電紅外傳感器工作原理后，對熱釋電紅外傳感器進行選型。熱釋電紅外傳感器目前已得到成熟的運用，在使傳感器小型化和經濟的同時熱釋電紅外傳感器已可以作為獨立的功能模塊而被使用。模塊化的紅外傳感器具有方便使用、可靠性高的特點。通過調查分析可知，紅外傳感器可以僅對人體做出反應且不會對其他干擾因素產生影響。且紅外傳感器已高度模塊化，其應用和電路設計已十分簡便，其耐久性和實用性、安全性完全可以滿足啟停階段視野盲區(qū)安全檢測系統的設計需求。由于物體都會散發(fā)不同波長的紅外線，而人體溫度相近散發(fā)的紅外線波長也近似。通過調節(jié)熱釋電紅外傳感器模塊上的菲涅爾透鏡即可將投射到熱釋電感應源上的紅外線波長進行篩選，從而完成對人體的專一監(jiān)測。

通電后，當監(jiān)測對象出現在探測范圍內時，模塊會自動識別到監(jiān)測對象并改變自身的電平狀態(tài)。當監(jiān)測到人體時，高電平開啟并通過輸出端輸出高電平，當監(jiān)測對象離開時，自動關閉高電平輸出且恢復低電平監(jiān)測狀態(tài)。

2.1熱釋電傳感器選型

紅外傳感器檢測人體時，探頭是以探測人體輻射為目標的，因此要著重考慮探頭的特性。HC-SR501 是基于紅外線技術的控制模塊，主要參數見表1。采用LHI778 探頭設計，具有靈敏度高、使用方便等優(yōu)點。

表1 HC-SR501熱釋電紅外傳感器技術參數表

同時該型號紅外傳感器具有兩種觸發(fā)方式，可重復觸發(fā)模式與不可重復觸發(fā)模式，在重復觸發(fā)模式下模塊每完

圖5 程序設計框圖

圖6 系統模塊圖

圖7 HC-SR501熱釋電紅外線傳感器應用接線圖

成一次工作循環(huán)后會進入檢測模式并在有監(jiān)測對象進入監(jiān)測范圍時再次觸發(fā)高電平。不可重復觸發(fā)模式下，熱釋電傳感器模塊將在一次監(jiān)測完成后自動延時關閉，不再進入監(jiān)測模式。結合本次設計的真實需要，采用可重復觸發(fā)模式即可完成相關功能要求。

2.2安全監(jiān)測系統設計

在使用環(huán)境下，被檢測對象（人等）進入盲區(qū)范圍。人體所發(fā)出的特殊波長紅外線被傳感器捕獲，傳感器輸出狀態(tài)改變且單片機處理器感應到電路信號的變化激活報警模塊，至此完成一次完整的探測-處理-報警過程，如無監(jiān)測對象進入盲區(qū)則傳感器保持靜默的低電平輸出，電路不作出反應并延時關閉。

（1）程序框圖如圖5。

（2）單片機匯編

IWT1：PUSH ACC

PUSH PSW

SETB RSO

SETB P10

MOV R4，#06H

Loop4 MOV R3，#08H

Loop3 MOV R3，#0c8H

Loop2 MOV R1，#0FAH

Loop1：DJWZ R1,Loop1

DJWZ R2,Loop2

DJWZ R3，Loop3

DJWZ R4，Loop4

CLR P1.0

CLR RSO

POP PSW

POP ACC

RETI

（3）硬件組成

通過前文對啟停階段盲區(qū)的分布的探索，需設定6 個熱釋電紅外線傳感器、1 個蜂鳴器（駕駛室內）。由于本系統采用汽車點火模塊供電，因此不另設電池設備，不設置電池模塊使該裝置減少駕駛員使用成本和學習成本。本系統的模型框圖如圖6。

（4）熱釋電紅外傳感器電路設計

HC-SR501 熱釋電紅外傳感器接報警指示燈與蜂鳴器應用接線圖如圖7 所示。

圖7 中，引腳1為正電源接入端，引腳2 為高低電平輸出口，引腳3 為電源負極接口，H 為可重復觸發(fā)，L 為不可重復觸發(fā)，CDS為光敏控制。

由555 定時電路、穩(wěn)壓器、電阻、電容等組成汽車電子點火器電路。本電路主要是利用汽車上的+12V 電源，給汽車進行電子點火。+12V 電壓經IC1（7089）三端穩(wěn)壓器輸出9V 電壓，作為IC2（555）的供電源。555 和R1、R2、C2 等組成一個無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。一旦得電便起振，其振蕩頻率為f=1.44/（R2+2R1）C2。555（IC2）輸出的振蕩脈沖經R3 限流加至VT1 的基極，經放大驅動升壓變壓器T，在點火線圈上產生約1500 的點火電壓，它在高壓放電時的火花距離可達12μm。

（5）系統電路設計

圖8 系統電路設計

圖9 仿真軟件界面圖

汽車點火需開關S 閉合，與此同時經過分壓產生5V的電壓輸送至AT89c51 單片機的P3.3外部中端口，啟動中斷程序，經過P1.0 輸出高電平啟動紅外熱釋電傳感器HC-SR501，啟動時間為2 分鐘。若在此期間距離車輛規(guī)定范圍內檢測到有人則通過蜂鳴器和燈報警，提醒駕駛員。如圖8 所示。

（6）電路仿真

汽車點火系統啟動后開關（左側）閉合。汽車處于預備報警狀態(tài)，單片機輸出高電平（仿真模擬時間為10s），在10s 內若有人在汽車周圍，紅外熱釋電檢測到兒童體溫（有兒童在汽車周圍），輸出高電平，模擬為右側接地開關斷開。與單片機高電平經與門后輸出高電平。三極管基極收到高電平信號，啟動三極管，蜂鳴器隨即報警（圖9）。

3結論與展望

設計基于紅外熱釋電探測的汽車啟停盲區(qū)安全監(jiān)測系統的作用是提高啟停盲區(qū)內的安全性能并減少事故發(fā)生的可能性，進而提高整體汽車運行性能和效率。本文完成了對基于紅外熱釋電的汽車啟停盲區(qū)安全監(jiān)測系統的研究及電路系統的設計，主要研究成果如下：

（1）探索了啟停階段盲區(qū)的特點，了解啟停階段盲區(qū)與行駛中盲區(qū)的不同并研究了啟停階段盲區(qū)的分布狀況。

（2）構思并設計了一套基于紅外探測的汽車啟停盲區(qū)安全監(jiān)測系統。將熱釋電紅外模塊與汽車點火模塊（供電）、單片機信號處理模塊、蜂鳴器報警模塊共同組成基于紅外探測的汽車啟停盲區(qū)安全監(jiān)測系統。

（3）對本次設計的監(jiān)測系統進行了電路模擬并根據模擬結果優(yōu)化完善了本系統。結果顯示本次電路設計合理、電路邏輯正常，能滿足預期要求的設計功能。

基于紅外熱釋電傳感器進行的研究，所考慮的監(jiān)測因素是人體和動物所釋放出的特定波長的紅外熱釋電。不同的傳感器有其獨特的適用范圍，如超聲波、激光、圖形傳感器在不同環(huán)境下都可以起到監(jiān)測盲區(qū)內安全狀況的作用。未來可將眾多不同功能的傳感器集成到某一個系統中，在任何情況下皆可完成對盲區(qū)內安全情況的監(jiān)測，這樣就可以解決單一類型傳感器可能在某種特定天氣或物理環(huán)境下失效而影響檢測效果的問題，將極大的提高汽車的自動化水平和盲區(qū)內的安全性能。