CN101695910B

CN101695910B - 确保汽车车门安全开启的系统

Info

Publication number: CN101695910B
Application number: CN2009101533958A
Authority: CN
Inventors: 王帅; 俞小莉; 熊迪
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: CN101695910A

Abstract

本发明公开了一种确保汽车车门安全开启的系统，它基于超声波测距原理。当车辆停靠时，采用超声波实时监测后方车辆与该车的距离，并由微型计算机对打开车门的动作是否存在危险进行判断。在乘员扳动车门把手的瞬间，计算机给出判断结果，如果存在危险则对乘客发出声、光的警示；如果没有危险车门正常打开。该系统成本低、易于实现，可以避免司机或乘客开启车门欲下车时发生遭到后方来车刮碰的意外。

Description

确保汽车车门安全开启的系统

技术领域

本发明涉及一种确保车门安全开启的系统，尤其涉及一种利用超声波技术来监测车外交通状况进而实时判断开启车门是否存在危险的汽车主动安全系统。

背景技术

汽车作为现代化交通工具，在给人们的生活带来便利与乐趣的同时，也因其引起的交通事故给人类的生命和财产带来极大的威胁和伤害。参见图1，在街道上，骑自行车或者摩托车的人一般都是靠着路边行驶，有时候他们会与停靠在路边的机动车贴得较近。此时如果停靠在路边的车内正好有人想要下车，车门突然被推开，路上的骑车者来不及躲闪就会跟车门撞在一起。事故的原因很简单：一方面，车内的人不免有时因为粗心大意在下车前没有仔细观察车外的情况；另一方面，车外骑车的人不知此时有人要开车门，没有与车辆保持一定的安全距离。如果人们能时刻保持小心谨慎，上述交通事故是完全可以避免的。但是任何人都难免有疏忽大意的时候，一旦发生了事故往往追悔莫及。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种确保汽车车门安全开启的系统。当车辆静止时，本发明利用超声波自动监测车外交通情况，进而实时判断推开车门是否存在危险。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种确保汽车车门安全开启的系统，它主要由单片机及其外围电路、超声波发射电路、超声波接收电路和声光报警电路组成。其中，所述超声波发射电路、超声波接收电路和声光报警电路分别与单片机及其外围电路相连。

进一步地，所述单片机及其外围电路包括单片机、晶振电路和复位电路，所述晶振电路和复位电路分别与单片机相连。其中，所述晶振电路由晶振Y和两个电容C7、C8组成，电容C7和电容C8的一端接地，另一端分别与晶振Y的两个引脚相连。复位电路由开关S5、电解电容C6、电阻R8组成，电解电容C6的正极和开关S5的一端接+5V电源，电解电容C6的负极和开关S5的另一端通过电阻R8接地，并与单片机相连。

进一步地，所述超声波发射电路主要由超声波发射探测器SPK1，集成运算放大器A1，以及电阻R1、R2组成。其中，超声波发射探测器SPK1的一端、电阻R1和电阻R2分别与集成运算放大器A1的输出端、正向输入端和反向输入端相连，超声波发射探测器SPK1的另一端接地。

进一步地，所述超声波接收电路由超声波接收探测器SPK2，集成运算放大器A2，音频译码器以及电容C1～C5和电阻R3～R7组成，超声波接收探测器SPK2的一端通过电容C1和电阻R3接入集成运算放大器A2的反向输入端，超声波接收探测器SPK2的另一端接地，集成运算放大器A2的反向输入端与输出端通过电阻R4相连。集成运算放大器A2的正向输入端通过电阻R5接地，集成运算放大器A2的输出端通过电容C2接入音频译码器，电容C3和电容C4一端分别接音频译码器，另一端接地。电阻R6一端接音频译码器，另一端通过电容C5接地。

进一步地，所述声光报警电路由与开启车门的把手联动的开关S1～S4，发光二极管LED1～LED4，开启车门警示扬声器以及电阻R9～R16组成。其中，电阻R9一端接入单片机，另一端通过开关S1与开启车门警示扬声器的负极相连；电阻R10一端接单片机，另一端与发光二极管LED1的阴极相连，发光二极管LED1的阳极接+5V电源。电阻R11一端接入单片机，另一端通过开关S2与开启车门警示扬声器的负极相连；电阻R12一端接单片机，另一端与发光二极管LED2的阴极相连，发光二极管LED2的阳极接+5V电源。电阻R13一端接入单片机，另一端通过开关S3与开启车门警示扬声器的负极相连；电阻R14一端接单片机，另一端与发光二极管LED3的阴极相连，发光二极管LED3的阳极接+5V电源。电阻R15一端接入单片机，另一端通过开关S4与开启车门警示扬声器的负极相连；电阻R16一端接单片机，另一端与发光二极管LED4的阴极相连，发光二极管LED4的阳极接+5V电源。

本发明的有益效果是：本发明确保汽车车门安全开启的系统利用超声波技术来监测车外交通状况进而实时判断开启车门是否存在危险，本发明在汽车尾部布置有两对超声波探测头，采用单片机精确控制超声波的发射和接收，能够实时监测车后情况。在车内人员扳动开门把手的瞬间，如果未识别到危险车门可正常打开，毫无影响；如果系统识别到后面有其它车辆行驶过来，开启车门存在危险，系统将会对司机和乘客提出警示。

附图说明

图1是汽车停靠在路边时开启车门可能造成刮碰事故的示意图；

图2是系统硬件布置示意图；

图3是系统原理的一示意图；

图4是系统硬件原理框图；

图5是系统原理的又一示意图；

图6是系统软件流程图；

图7是系统电路图。

具体实施方式

下面根据附图详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

如图2所示，本发明确保汽车车门安全开启的系统包括：电子控制单元12、超声波探测头8、9，触发开关5、7、10、13，开启车门危险警示灯4、6、11、14，和开启车门危险警示扬声器15。

电子控制单元(MCU)12是系统的电子控制单元，其是中央处理器、随机存储器、只读存储器、输出输入端口的总和装置，可以选用ATMEL公司的89C51单片机。

两个超声波探测头8、9，分别布置于汽车尾部左右两侧，用以探测车辆后方物体与车门之间的距离，其可以采用“收发一体式”的R/T40-16型超声波探测器。

与开门把手联动的触发开关5、7、10、13分别布置在各个车门处，与对应的开启车门的把手联动，当车内人员扳动车门把手时，对应的开关状态随即改变。

警示灯4、6、11、14也分别布置在各个车门处，当系统识别到潜在的危险且有乘员正欲开启车门时，MCU点亮对应车门的警示灯。

警示扬声器15，当系统识别到潜在的危险且有乘员正欲开启车门时，MCU令警示扬声器15发出警报。

MCU控制超声波的发射，同时MCU对超声波从发射到反射回来所经历的时间进行计时，然后MCU根据计时结果判断当前开启车门的危险性。

图3是系统的原理示意图。其中1为已经停靠的汽车，2为敞开的车门，3为其它车辆(自行车、摩托车或其它机动车)，16阴影线画出的区域为车门敞开时所覆盖的宽度范围，17为超声波。只有当有其它车辆行驶在车门敞开时所覆盖的宽度范围内16(阴影线区域)的时候，车内乘员打开车门才有可能发生刮碰意外。因此阴影线画出的区域是需要监测的区域，如果在该区域发现正有其它车辆经过，说明此刻开车门可能是危险的。在汽车尾部的左右两侧各布置一组超声波探测头。两列超声波始终朝固定的角度发射(与汽车纵向轴线成20°夹角)，即图3中虚线画出的方向。

图4是系统的硬件原理框图，MCU 12产生40KHZ的脉冲信号18，经信号放大电路19放大，驱动超声波发射器20发射超声波，同时MCU12的计时单元开始计时；一旦遇到障碍物21，超声波便反射回来，超声波接收器22接收到超声波产生微弱的电信号，信号经信号放大电路23放大，送入音频译码电路24，音频译码电路确认收到的信号为40KHZ，则立即向MCU 12申请中断，MCU的计时停止。超声波传播的速度已知，超声波从发射到返回经历的时间已测得，由此可以计算出障碍物到超声波探头的距离。MCU对监测结果进行判断，决定开启车门时是否驱动警示扬声器15和警示灯4、6、11、14，对乘客进行示警。

图5是本系统原理的又一示意图。O₁，O₂是两组超声波探头，分别朝固定的方向发射超声波。箭头3表示行驶中的其它车辆(自行车、摩托车等)。以O₁探头发射的超声波为例进行说明，该列超声波与车门敞开时所覆盖的宽度范围(阴影线画出的区域)的交点分别为M、N。设从超声波发射到其遇障碍物返回，MCU的计时结果为t。当M点有障碍物时，MCU的计时结果为t_M，当N点有障碍物时，MCU的计时结果为t_N。则当t_M≤t≤t_N时，即有物体出现在MN之间。如果物体是静止在该处的，那么开启车门是不会有危险的，但是如果物体是前进的，那么开启车门就有可能发生刮碰意外。物体的运动和静止亦可由MCU的计时结果来判断，如果连续多次检测，计时结果始终保持不变或者变化幅度很小，有理由断定检测到的物体静止在MN之间，其不可能与开启的车门相撞，开启车门无危险。

参见图5(a)，箭头3表示其它车辆(自行车、摩托车等)，虽然其出现在车门敞开时所覆盖的宽度范围之内，但是还没有被超声波扫描到，说明其距离较远。如果此时开启车门，后方车辆有足够时间进行躲闪，这种情况是安全的，无需警示。

参见图5(b)，箭头3表示其它车辆(自行车、摩托车等)，其在N点以外使超声波发生反射，所以其不在车门敞开时所覆盖的宽度范围之内，开启车门完全不会发生刮碰，无需警示。

参见图5(c)，箭头3表示其它车辆(自行车、摩托车等)，其出现在车门敞开时所覆盖的宽度范围内，而且其被超声波扫描到，如果此时车内乘员开启车门，那么后车已经距离前车车门较近，后车可能来不及躲闪，极易发生事故。因此这种情况车内乘员欲开启车门瞬间，MCU将驱动扬声器和危险指示灯警示乘客开启车门有危险。

参见图5(c)，箭头3表示其它车辆(自行车、摩托车等)，从其经过MN开始，直到其远离前车的车门这段时间内，开启车门都是危险的，因此开门危险的状态需要保持一段时间。MN到车门的距离设置为6～7米(由超声波探头安装的角度决定)，正常成年人步行的速度约为2m/s，以步行的速度完成这段距离需要3秒钟左右的时间。所以系统一旦检测到有物体从MN之间经过，将保持3秒钟的警戒状态。在这3秒钟内开启车门都会有危险警示，因为物体可能还没有远离车门；3秒钟以后警戒状态自动取消，开启车门无需警示，因为要么物体已远离车门，要么物体移动速度非常慢(小于2m/s)，这两种情况均表示开启车门不会有危险。

图6是系统的软件流程图。当汽车处于静止状态且车内有乘客时，系统开始工作，系统根据从超声波发射到反射回来所需的时间判断物体与汽车车门之间的距离，根据这个距离来确定当前开启车门是否有危险。如果系统认为开启车门无危险，则程序返回开头，重新发射超声波，对开门是否有危险进行实时监测。如果系统识别到开启车门有潜在的危险，则系统定时3秒钟。在这3秒钟之内开启车门，系统将驱动警示灯4、6、11、14和警示扬声器15对乘客做出提示。如果3秒钟已过，同时系统也没有识别到新的开车门可能会有的潜在的危险，系统就认为此刻开启车门是安全的，不会对乘客提出声、光的警示。

图7是系统的电路图。整个系统的电路主要由单片机及其外围电路、超声波发射电路和超声波接收电路以及声光报警电路四部分组成，超声波发射电路和超声波接收电路以及声光报警电路分别与单片机及其外围电路相连。

单片机及其外围电路包括单片机、晶振电路和复位电路，晶振电路和复位电路分别与单片机相连：单片机可以选用ATMEL公司的89C51单片机，这款单片机共有40个管脚，其中40号管脚接5V电源的正极，20号管脚接电源负极。晶振电路由晶振Y和两个电容C7、C8组成，电容C7和电容C8的一端接地，另一端分别与晶振Y的两个引脚相连。晶振Y的频率为24MHZ，晶振Y的两个引脚分别与单片机89C51的19号和18号管脚相连，C7和C8均为30pF的瓷片电容。复位电路由开关S5、电解电容C6、电阻R8构成，电解电容C6的正极和开关S5的一端接+5V电源，电解电容C6的负极和开关S5的另一端通过电阻R8接地，并接入单片机89C51的9号管脚。

超声波发射电路：该电路主要由超声波发射探测器SPK1，集成运算放大器A1，以及电阻R1、R2组成，超声波发射探测器SPK1的一端、电阻R1和电阻R2分别与集成运算放大器A1的输出端、正向输入端和反向输入端相连，超声波发射探测器SPK1的另一端接地。其中超声波探测器的型号可以为T40-16，集成运算放大器型号可以为OP37G，R1、R2阻值均为10KΩ。该电路与89C51的P1.0管脚相连。系统工作时89C51的P1.0管脚输出0～5V的频率为40KHZ的交变信号，该信号经运放A1进行功率放大，驱动超声波发射探测器发出40KHZ的超声波。

超声波接收电路：该电路由超声波接收探测器SPK2，集成运算放大器A2，音频译码器LM567以及电容C1～C5和电阻R3～R7组成，超声波接收探测器SPK2的一端通过电容C1和电阻R3接入集成运算放大器A2的反向输入端，超声波接收探测器SPK2的另一端接地，集成运算放大器A2的正向输入端通过电阻R5接地，集成运算放大器A2的输出端通过电容C2接入音频译码器LM567的3号管脚，集成运算放大器A2的反向输入端与输出端通过电阻R4相连，音频译码器LM567的1号管脚通过电容C3接地，2号管脚通过电容C4接地，7号管脚接地，4号管脚接入+5V电源，并通过电阻R7与8号管脚相连，5号管脚通过电阻R6和电容C5接地，6号管脚通过电容C5接地，8号管脚与单片机的13号管脚相连。其中超声波接收探测器的型号为R40-16，集成运算放大器型号为OP37G，音频译码器的型号为LM567CM，电阻R3、R5的阻值均为10KΩ，电阻R4为100KΩ，电阻R6、R7均为2.2KΩ，电容C1～C4均为0.1μF，电容C5为0.01μF。超声波接收探测器探测到发射回来的声波将产生微弱交变电压信号，该信号经电容C1滤除直流分量后，由集成运算放大器A2对其放大，放大后的信号再由电容C2滤除直流分量，最后与音频译码器LM567的3号管脚相连。如果该信号的频率为40KHZ(说明这是反射回来的40KHZ的超声波)，音频译码器的8号管脚(与89C51的13号管脚相连)将由低电平跳变到高电平。高电平信号用于向89C51申请中断。

声光报警电路：该电路由与开启车门的把手联动的开关S1～S4，发光二极管LED1～LED4，开启车门警示扬声器LS1以及电阻R9～R16组成。其中R9～R16的阻值均为10KΩ。89C51的P2.0管脚经电阻R9、开关S1，与扬声器负极相连；P2.1管脚经电阻R10、发光二极管LED1，与电源正极相连；P2.2管脚经电阻R11、开关S2，与扬声器负极相连；P2.3管脚经电阻R12、发光二级管，与LED2与电源正极相连；P2.4管脚经电阻R13、开关S3，与扬声器负极相连；P2.5管脚经电阻R14、发光二极管LED3，与电源正极相连；P2.6管脚经电阻R15、开关S4，与扬声器负极相连；P2.7管脚经电阻R16、发光二级管，与LED4与电源正极相连。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种确保汽车车门安全开启的系统，其特征在于，它主要由单片机及其外围电路、超声波发射电路、超声波接收电路和声光报警电路组成；其中，所述超声波发射电路、超声波接收电路和声光报警电路分别与单片机及其外围电路相连；所述单片机及其外围电路包括单片机、晶振电路和复位电路，所述晶振电路和复位电路分别与单片机相连；其中，所述晶振电路由晶振Y和两个电容C7、C8组成，电容C7和电容C8的一端接地，另一端分别与晶振Y的两个引脚相连；复位电路由开关S5、电解电容C6、电阻R8组成，电解电容C6的正极和开关S5的一端接+5V电源，电解电容C6的负极和开关S5的另一端通过电阻R8接地，并与单片机相连。

2.根据权利要求1所述确保汽车车门安全开启的系统，其特征在于，所述超声波发射电路主要由超声波发射探测器SPK1，集成运算放大器A1，以及电阻R1、R2组成；其中，超声波发射探测器SPK1的一端、电阻R1和电阻R2分别与集成运算放大器A1的输出端、正向输入端和反向输入端相连，超声波发射探测器SPK1的另一端接地。

3.根据权利要求1所述确保汽车车门安全开启的系统，其特征在于，所述超声波接收电路由超声波接收探测器SPK2，集成运算放大器A2，音频译码器以及电容C1～C5和电阻R3～R7组成，超声波接收探测器SPK2的一端通过电容C1和电阻R3接入集成运算放大器A2的反向输入端，超声波接收探测器SPK2的另一端接地，集成运算放大器A2的反向输入端与输出端通过电阻R4相连；集成运算放大器A2的正向输入端通过电阻R5接地，集成运算放大器A2的输出端通过电容C2接入音频译码器，电容C3和电容C4一端分别接音频译码器，另一端接地；电阻R6一端接音频译码器，另一端通过电容C5接地。

4.根据权利要求1所述确保汽车车门安全开启的系统，其特征在于，所述声光报警电路由与开启车门的把手联动的开关S1～S4，发光二极管LED1～LED4，开启车门警示扬声器以及电阻R9～R16组成；其中，电阻R9一端接入单片机，另一端通过开关S1与开启车门警示扬声器的负极相连；电阻R10一端接单片机，另一端与发光二极管LED1的阴极相连，发光二极管LED1的阳极接+5V电源；电阻R11一端接入单片机，另一端通过开关S2与开启车门警示扬声器的负极相连；电阻R12一端接单片机，另一端与发光二极管LED2的阴极相连，发光二极管LED2的阳极接+5V电源；电阻R13一端接入单片机，另一端通过开关S3与开启车门警示扬声器的负极相连；电阻R14一端接单片机，另一端与发光二极管LED3的阴极相连，发光二极管LED3的阳极接+5V电源；电阻R15一端接入单片机，另一端通过开关S4与开启车门警示扬声器的负极相连；电阻R16一端接单片机，另一端与发光二极管LED4的阴极相连，发光二极管LED4的阳极接+5V电源。