CN108072875A - 车辆防碰撞系统 - Google Patents

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CN108072875A CN201711185726.7A CN201711185726A CN108072875A CN 108072875 A CN108072875 A CN 108072875A CN 201711185726 A CN201711185726 A CN 201711185726A CN 108072875 A CN108072875 A CN 108072875A
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Abstract

本发明提供一种车辆防碰撞系统，其中，所述系统包括单片机控制器、超声波收发器、声控报警机构、显示机构、制动装置以及温度传感器，所述超声波收发器用于发出超声波，并将返回的信号反馈给所述单片机控制器；所述温度传感器用于探测当前的温度值；所述单片机控制器用于计算车辆与障碍物之间的距离，并当所述距离小于或者等于指定距离阈值时，向所述声控报警机构发出报警指令，并向车辆的制动装置发出制动指令；所述声控报警机构用于接收所述单片机控制器发来的报警指令，并发出报警信号；所述显示机构用于显示所述单片机控制器发来的距离以及当前车内和车外的温度、当前的车速。本发明提供的技术方案，能够防止车辆与前方障碍物相撞。

Description

车辆防碰撞系统
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，特别涉及一种车辆防碰撞系统。
背景技术
随着车辆保有量的不断攀升，交通安全也成了日益严峻的问题。当前，大多数车辆上都会安装用于监测车辆与障碍物之间距离的传感器，这些传感器在监测到距离过小时，会发出警报声，从而提醒车主避免与障碍物相撞。
然而，目前的这种防撞系统通常是在倒车时才能触发，而当车辆在正常行驶时，是无法对车辆前方的障碍物进行提醒的。然而，有时候车主会由于疲劳驾驶或者疏于观察，与车辆前方或者周边的物体发生碰撞。因此，目前亟需一种功能更加全面的防撞系统。
发明内容
本发明提供一种车辆防碰撞系统，能够防止车辆与前方障碍物相撞。
本申请提供一种车辆防碰撞系统，所述系统包括单片机控制器、超声波收发器、声控报警机构、显示机构、制动装置以及温度传感器，其中：所述超声波收发器，用于接收所述单片机控制器发来的驱动信号，并响应于所述驱动信号向外发出超声波；所述超声波遇到障碍物后返回并由所述超声波收发器接收，所述超声波收发器将返回的信号反馈给所述单片机控制器；所述温度传感器，用于探测当前的温度值，并将探测得到的所述温度值提供给所述单片机控制器；所述单片机控制器，用于接收所述温度传感器发来的温度值，以确定在所述温度值下超声波的传播速度；接收所述超声波收发器反馈的信号，并结合向所述超声波收发器提供的驱动信号，计算车辆与障碍物之间的距离，并将计算得到的距离值提供给所述显示机构；当所述距离小于或者等于指定距离阈值时，向所述声控报警机构发出报警指令，并向车辆的制动装置发出制动指令；所述声控报警机构，用于接收所述单片机控制器发来的报警指令，并发出报警信号；所述显示机构，用于显示所述单片机控制器发来的距离以及当前车内和车外的温度、当前的车速。
进一步地，所述超声波收发器的数量为两对，其中，两对超声波收发器均安装于车辆前方，所述两对超声波收发器之间相隔指定距离；相应地，所述单片机控制器用于分别向所述两对超声波收发器提供驱动信号，并接收所述两对超声波收发器反馈的反射信号，并基于反馈的反射信号计算所述车辆与障碍物之间的距离。
进一步地，所述单片机控制器按照以下公式计算所述车辆与障碍物之间的距离：
其中，a＝vt1/2，b＝vt2/2，p＝(a+b+L)/2，v表示所述温度值下超声波的传播速度，t1表示第一对超声波收发器发出超声波信号和接收反射信号之间的时间差，a表示第一对超声波收发器与障碍物之间的距离，t2表示第二对超声波收发器发出超声波信号和接收反射信号之间的时间差，b表示第二对超声波收发器与障碍物之间的距离，d表示所述车辆与障碍物之间的距离，L表示两对超声波收发器之间相隔的指定距离，p表示由两对超声波收发器和障碍物构成的三角形的半周长。
进一步地，所述单片机控制器还用于在所述制动装置进行制动之后，重新计算车辆与障碍物之间的距离；若重新计算的距离仍小于或者等于所述指定距离阈值，所述单片机控制器再次向所述制动装置下达制动指令；其中，再次下达的制动指令对应的刹车力度大于之前下达的制动指令对应的刹车力度；若重新计算的距离大于所述指定距离阈值，所述单片机控制器向所制动装置发送制动解除指令，并向所述声控报警机构发送解除报警指令。
进一步地，在所述超声波收发器与所述单片机控制器之间还依次连接有放大电路和锁相环电路，以从所述超声波收发器反馈的信号中提取出指定时钟频率的信号。
进一步地，所述单片机控制器包括型号为AT89C51的单片机芯片，所述单片机芯片的引脚P2.0与缓冲放大电路相连，所述缓冲放大电路包括并联的两个逻辑非门，所述缓冲放大电路的输入端口与三极管的基极相连，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过第一电容与所述超声波收发器相连；所述单片机芯片的引脚P2.1通过第二电容以及滑动变阻器与型号为LM386的音频功放芯片的引脚3相连，所述音频功放芯片的引脚5通过隔直电容与扬声器相连。
进一步地，所述三极管的基极和集电极还分别通过第二电阻和第三电阻与5V的直流电源相连；所述音频功放芯片的引脚1和引脚8之间通过串联的第五电阻和第四电容相连，所述音频功放芯片的引脚5还通过第七电阻和第六电容接地，所述音频功放芯片的引脚7通过第五电容接地，所述音频功放芯片的引脚2和引脚4均接地，所述音频功放芯片的引脚6通过第三电容接地，并通过第六电阻与5V的直流电源相连；所述显示机构包括型号为LCD1602的液晶显示器。
进一步地，所述系统还包括安全气囊系统：
所述安全气囊系统包括：
车头气囊，设置于车辆的车头部位；车头气囊连接有第一气管，第一气管的一端连通车头气囊，另一端依序连接有第一气压传感器、第一气泵和第一电磁阀；在第一气管上、在车头气囊与第一气压传感器之间连接有第二电磁阀；所述第一气管、第一气压传感器、第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀均设置于所述车辆上；
车尾气囊，设置于车辆的车尾部位；车尾气囊连接有第二气管，第二气管的一端连通车尾气囊，另一端依序连接有第二气压传感器、第二气泵和第三电磁阀；在第二气管上、在车尾气囊与第二气压传感器之间连接有第四电磁阀；所述第二气管、第二气压传感器、第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀均设置于所述车辆上；
所述单片机控制器与所述第一气压传感器、第一气泵、第一电磁阀和第二电磁阀之间电连接；所述单片机控制器与所述第二气压传感器、第二气泵、第三电磁阀和第四电磁阀之间电连接；
所述单片机控制器，还用于根据所述第一气压传感器测量到的车头气囊的气压，以及所述车辆当前的车速和/或所述车辆与车前障碍物之间的第一距离，对所述第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀进行操控；根据所述第二气压传感器测量到的车尾气囊的气压，以及所述车辆当前的车速和/或所述车辆与车后障碍物之间的第二距离，对所述第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀进行操控。
进一步地，所述超声波收发器包括用于在所述车辆进入熄火状态后测量车辆与车前障碍物之间的第三距离的两对超声波收发器，和用于在所述车辆进入熄火状态后测量车辆与车后障碍物之间的第四距离的两对超声波收发器；
所述系统还包括：
停车指令输入模块，用于接收司机输入的即将将车驶入车库或停车位的通知；该通知由司机在将车驶入车库或停车位之前输入给停车指令输入模块；
所述单片机控制器，还用于在接收到该通知时，获取车头气囊和车尾气囊各自的气压值；当车头气囊的气压值等于或大于第二预设气压时，通过控制第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀来对车头气囊进行放气，使车前气囊的气压与外界环境气压相等；当车尾气囊的气压值等于或大于第二预设气压时，通过控制第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀来对车尾气囊进行放气，使车后气囊的气压与外界环境气压相等；
所述单片机控制器，还用于在接收到所述通知后、所述车辆进入熄火状态时，开始实时判断第三距离与第二预设距离之间的大小关系、和第四距离与第二预设距离之间的大小关系；当第三距离等于或小于第二预设距离时，通过控制第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀来对车头气囊进行充气；当第四距离等于或小于第二预设距离时，通过控制第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀来对车尾气囊进行充气，其中，第一预设距离比第二预设距离大。
由上可见，本申请提供的技术方案，可以通过安装于车头的两对超声波收发器，向车辆行驶前方发出超声波信号，该超声波信号可以是单片机控制器通过驱动信号驱动发出的。在碰到障碍物反射之后，超声波信号可以被接收。超声波收发器根据可以将返回的信号提供给单片机控制器，单片机控制器通过分析驱动信号已经返回的超声波信号，从而可以计算出车辆与前方障碍物之间的距离。此外，为了提高距离检测精度，可以通过温度传感器探测当前的环境温度。这样，单片机控制器可以基于探测的环境温度确定当前的超声波传输速度。最终，当检测出的距离小于或者等于指定距离阈值时，单片机控制器便可以向声控报警机构发出报警指令，并向车辆的制动装置发出制动指令，从而提醒车主距离过近，并可以自动减速。由上可见，本发明提供的技术方案，能够防止车辆与前方障碍物相撞。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中车辆防碰撞系统的示意图；
图2为本发明实施例中计算直线距离的示意图；
图3为本发明实施例中车辆防碰撞系统的电路示意图；
图4为本发明实施例中车辆防撞方法的流程图；
图5为本发明实施例中车辆防碰撞系统的气囊安装位置结构示意图；
图6为本发明实施例中车辆防碰撞系统的车头气囊的连接关系示意图；
图7为本发明实施例中车辆防碰撞系统的车头气囊的连接关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本申请提供一种车辆防碰撞系统，所述系统包括单片机控制器、超声波收发器、声控报警机构、显示机构、制动装置以及温度传感器，其中：
所述超声波收发器，用于接收所述单片机控制器发来的驱动信号，并响应于所述驱动信号向外发出超声波；所述超声波遇到障碍物后返回并由所述超声波收发器接收，所述超声波收发器将返回的信号反馈给所述单片机控制器；
所述温度传感器，用于探测当前的温度值，并将探测得到的所述温度值提供给所述单片机控制器；
所述单片机控制器，用于接收所述温度传感器发来的温度值，以确定在所述温度值下超声波的传播速度；接收所述超声波收发器反馈的信号，并结合向所述超声波收发器提供的驱动信号，计算车辆与障碍物之间的距离，并将计算得到的距离值提供给所述显示机构；当所述距离小于或者等于指定距离阈值时，向所述声控报警机构发出报警指令，并向车辆的制动装置发出制动指令；
所述声控报警机构，用于接收所述单片机控制器发来的报警指令，并发出报警信号；
所述显示机构，用于显示所述单片机控制器发来的距离。
在本实施方式中，所述超声波收发器的数量为两对，其中，两对超声波收发器均安装于车辆前方，所述两对超声波收发器之间相隔指定距离；
相应地，所述单片机控制器用于分别向所述两对超声波收发器提供驱动信号，并接收所述两对超声波收发器反馈的反射信号，并基于反馈的反射信号计算所述车辆与障碍物之间的距离以及当前车内和车外的温度、当前的车速。
在本实施方式中，所述单片机控制器按照以下公式计算所述车辆与障碍物之间的距离：
其中，a＝vt1/2，b＝vt2/2，p＝(a+b+L)/2，v表示所述温度值下超声波的传播速度，t1表示第一对超声波收发器发出超声波信号和接收反射信号之间的时间差，a表示第一对超声波收发器与障碍物之间的距离，t2表示第二对超声波收发器发出超声波信号和接收反射信号之间的时间差，b表示第二对超声波收发器与障碍物之间的距离，d表示所述车辆与障碍物之间的距离，L表示两对超声波收发器之间相隔的指定距离，p表示由两对超声波收发器和障碍物构成的三角形的半周长。
在本实施方式中，所述单片机控制器还用于在所述制动装置进行制动之后，重新计算车辆与障碍物之间的距离；若重新计算的距离仍小于或者等于所述指定距离阈值，所述单片机控制器再次向所述制动装置下达制动指令；其中，再次下达的制动指令对应的刹车力度大于之前下达的制动指令对应的刹车力度；若重新计算的距离大于所述指定距离阈值，所述单片机控制器向所制动装置发送制动解除指令，并向所述声控报警机构发送解除报警指令。
在本实施方式中，在所述超声波收发器与所述单片机控制器之间还依次连接有放大电路和锁相环电路，以从所述超声波收发器反馈的信号中提取出指定时钟频率的信号。
在实际应用场景中，防撞系统主要由超声波收发器、单片机系统检测距离组成。原理是通过单片机发出40kHz的方波串后，检测接收端是否接收遇障碍物反射的回波，同时利用单片机计算出收到回波所用的时间t和确定超声波所处温度下空气传播的速度v，超声波的传播速度与温度的关系可以如表1所示。最终，障碍物到汽车距离可以为v×t/2，根据测出来的相应距离，便可以通过单片机判断作出报警响应、液晶显示等相应的控制。
表1温度和超声波传输速度的对应关系表
温度 -20 -10 0 10 30 40
波速 319 325 333 338 349 354
为了能够实现准确地测出障碍物到汽车的距离，尽量减少误差，采取算法为：两对超声波收发传感器分别安装在车头，两者相隔1.6m，如图2所示，A、B分别代表两对超声波收发器，AB＝1.6m，假设F代表障碍物，声波的传播速度为v，由于声波传播是来回反射的，则BF＝v×t1/2，AF＝v×t2/2，也就是只要把时间t1与t2确定下来就可以计算出BF与AF，然后利用海伦公式，设半周长为(AF+BF+AB)/2。这就可以求出△ABF的面积为S，则EF＝2S/AB，其中EF就是汽车的尾部到障碍物的距离。
在本申请中，超声波测距：防撞有微波、激光和超声波等多种方法。微波系统测距范围较远，由于采用相控阵天线成像技术，已达到了实用化的程度，只是目前成本居高不下。国内已有公司设计出激光汽车防撞系统样品，但由于激光波束较窄、路障报告率偏低而暂时不能推广。声波的发射和接收是自然界中的普遍现象。频率低于20KHz的声波人耳可辨，进行着各式各样、错综复杂的自然声音传递，因背景复杂而不利做测试媒体使用。频率高于20kHz的超声波不仅波长短、方向性好、能够呈射线定向传播，而且碰到界面就会有显著反射。这些特性有利于选用超声波做媒体，测定物体的位置、距离甚至形状等。
超声波传感器的特性：在自身特性谐振点40kHz附近可获得较高的灵敏度；谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制得很好，有利于抗声波干扰设计；不受无线电频谱资源限制，易于抗电磁干扰设计。另外，超声系统成本低、性能稳定可靠，应用前景好。
超声波传感器原理：
人耳的听音范围是20Hz～20kHz。超声波是人耳听不到的一种声波，是一种频率高于20kHz的声波。通常频率高于20kHz的超声波不仅波长短、方向性好、能够成射线定向传播、纵向分辨率比较高、对色彩和光照度不敏感、对外界光线和电磁场不敏感。碰到界面就会有显著反射。而且能在有灰尘、烟雾、有毒等各种环境中稳定工作。这些特性都有利于选取超声波作为媒介，测定物体的位置、距离甚至形状等。经综合比较基于超声波的汽车防撞系统的设计中。采用的是超声波频率为40kHz的超声波传感器。超声波传感器还能够是对射式的，即独立的发射器和接纳器。当检测迟缓挪动的物体，或者需求快速响应或者在湿润环境中应用时，这种对射式或者叫分体式的超声波传感器十分适用。在检测透明或有色物体、液体，检测润滑、粗糙、有光泽、半透明等资料的物体外表，和检测不规则物体时，超声波传器都是首选
本系统全部由单片机控制，超声波发射电路能在单片机的控制下发出超声波。接收电路接收到信号之后送入单片机进行处理。算出车与障碍物之间的距离，将处理结果送入显示电路进行显示，再按照技术指标的要求由声光报警电路进行报警。
当前方机动车辆与本车小于安全距离，系统语音报警后驾驶员未采取任何措施时，系统自动点刹减速，拉开本车与前方机动车辆的距离。
系统自动点刹减速后，如果没有拉开本车与前方机动车辆的距离，系统会自动调整刹车力度，对车辆采取重刹车，最大限度避免撞车、追尾事故的发生，避免或减少人车受伤害程度。
请参阅图3，所述单片机控制器包括型号为AT89C51的单片机芯片，所述单片机芯片的引脚P2.0与缓冲放大电路相连，所述缓冲放大电路包括并联的两个逻辑非门，所述缓冲放大电路的输入端口与三极管的基极相连，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过第一电容与所述超声波收发器相连；
所述单片机芯片的引脚P2.1通过第二电容以及滑动变阻器与型号为LM386的音频功放芯片的引脚3相连，所述音频功放芯片的引脚5通过隔直电容与扬声器相连。
在本实施方式中，所述三极管的基极和集电极还分别通过第二电阻和第三电阻与5V的直流电源相连；所述音频功放芯片的引脚1和引脚8之间通过串联的第五电阻和第四电容相连，所述音频功放芯片的引脚5还通过第七电阻和第六电容接地，所述音频功放芯片的引脚7通过第五电容接地，所述音频功放芯片的引脚2和引脚4均接地，所述音频功放芯片的引脚6通过第三电容接地，并通过第六电阻与5V的直流电源相连；所述显示机构包括型号为LCD1602的液晶显示器。
由上可见，本申请提供的技术方案，可以通过安装于车头的两对超声波收发器，向车辆行驶前方发出超声波信号，该超声波信号可以是单片机控制器通过驱动信号驱动发出的。在碰到障碍物反射之后，超声波信号可以被接收。超声波收发器根据可以将返回的信号提供给单片机控制器，单片机控制器通过分析驱动信号已经返回的超声波信号，从而可以计算出车辆与前方障碍物之间的距离。此外，为了提高距离检测精度，可以通过温度传感器探测当前的环境温度。这样，单片机控制器可以基于探测的环境温度确定当前的超声波传输速度。最终，当检测出的距离小于或者等于指定距离阈值时，单片机控制器便可以向声控报警机构发出报警指令，并向车辆的制动装置发出制动指令，从而提醒车主距离过近，并可以自动减速。由上可见，本发明提供的技术方案，能够防止车辆与前方障碍物相撞。
在一个实施例中，本申请提供的上述车辆防碰撞系统还包括安全气囊系统：该安全气囊系统包括：
车头气囊，设置于车辆的车头部位；车头气囊连接有第一气管，第一气管的一端连通车头气囊，另一端依序连接有第一气压传感器、第一气泵和第一电磁阀；在第一气管上、在车头气囊与第一气压传感器之间连接有第二电磁阀；第一气管、第一气压传感器、第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀均设置于车辆上；
车尾气囊，设置于车辆的车尾部位；车尾气囊连接有第二气管，第二气管的一端连通车尾气囊，另一端依序连接有第二气压传感器、第二气泵和第三电磁阀；在第二气管上、在车尾气囊与第二气压传感器之间连接有第四电磁阀；第二气管、第二气压传感器、第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀均设置于车辆上；
单片机控制器与第一气压传感器、第一气泵、第一电磁阀和第二电磁阀之间电连接；单片机控制器与第二气压传感器、第二气泵、第三电磁阀和第四电磁阀之间电连接；
单片机控制器，还用于根据第一气压传感器测量到的车头气囊的气压，以及车辆当前的车速和/或车辆与车前障碍物之间的第一距离，对第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀进行操控；根据第二气压传感器测量到的车尾气囊的气压，以及车辆当前的车速和/或车辆与车后障碍物之间的第二距离，对第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀进行操控。
具体地，当车辆当前的车速等于或大于第一车速、且车头气囊的气压小于第一预设气压时，通过控制第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀来对车头气囊进行充气，从而可以在车速较快时，将车头气囊充气，万一车辆与车前障碍物发生碰撞，充有气体的车头气囊可以起到一定的缓冲作用，减小碰撞损失。或者，当车辆当前的车速等于或大于第一车速、车头气囊的气压小于第一预设气压、且第一距离等于或小于第一预设距离时，通过控制第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀来对车头气囊进行充气，从而可以在车速较快、并且与车前障碍物距离较近时，将车头气囊充气，万一车辆与车前障碍物发生碰撞，充有气体的车头气囊可以起到一定的缓冲作用，减小碰撞损失；相比前一种充气时机，本种充气时机只有在与车前障碍物距离较近时才充气，更加智能有效和节约能源。
当车辆当前的车速等于或小于第二车速、且车尾气囊的气压小于第一预设气压时，通过控制第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀来对车尾气囊进行充气，从而可以在车速较小时，将车尾气囊充气，万一车辆与车后障碍物发生碰撞，充有气体的车尾气囊可以起到一定的缓冲作用，减小碰撞损失。或者，当车辆当前的车速等于或小于第二车速、车尾气囊的气压小于第一预设气压、且第二距离等于或小于第一预设距离时，通过控制第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀来对车尾气囊进行充气，从而可以在车速较小、并且与车后障碍物距离较近时，将车尾气囊充气，万一车辆与车后障碍物发生碰撞，充有气体的车尾气囊可以起到一定的缓冲作用，减小碰撞损失；相比前一种充气时机，本种充气时机只有在与车尾障碍物距离较近时才充气，更加智能有效和节约能源。
在另一个实施例中，司机在欲将车辆驶入车库或停车位时，如果车头气囊和车尾气囊还是处于充气状态的话，由于气囊本身有宽度，所以相当于变相增加了车辆的长度，所以可能会妨碍车辆停入车库或停车位，尤其是车库或停车位的大小较小，不利于车辆驶入进去的情况下。此时，上述车辆防碰撞系统还可包括如下方案：
超声波收发器包括用于在所述车辆进入熄火状态后测量车辆与车前障碍物之间的第三距离的两对超声波收发器，和用于在所述车辆进入熄火状态后测量车辆与车后障碍物之间的第四距离的两对超声波收发器；
停车指令输入模块，用于接收司机输入的即将将车驶入车库或停车位的通知；该通知由司机在将车驶入车库或停车位之前输入给停车指令输入模块；
单片机控制器，还用于在接收到该通知时，获取车头气囊和车尾气囊各自的气压值；当车头气囊的气压值等于或大于第二预设气压时，通过控制第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀来对车头气囊进行放气，使车前气囊的气压与外界环境气压相等；当车尾气囊的气压值等于或大于第二预设气压时，通过控制第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀来对车尾气囊进行放气，使车后气囊的气压与外界环境气压相等；从而可以在司机将车辆驶入车库或停车位之前，就将车头气囊、车尾气囊的气放完，不再妨碍停车。
单片机控制器，还用于在接收到所述通知后、所述车辆进入熄火状态时(即车辆已经驶入了车库或者停车位，并且熄火了)，开始实时判断第三距离与第二预设距离之间的大小关系、和第四距离与第二预设距离之间的大小关系；当第三距离等于或小于第二预设距离时，说明有车前障碍物离车辆太近，为了防止碰撞，可通过控制第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀来对车头气囊进行充气；当第四距离等于或小于第二预设距离时，说明有车后障碍物离车辆太近，为了防止碰撞，可通过控制第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀来对车尾气囊进行充气，其中，第一预设距离比第二预设距离大。从而，在车辆驶入了车库或者停车位、并且熄火以后，可以实时根据车前障碍物、车后障碍物与车辆之间的距离，控制相应气囊充气，以减小障碍物与车辆距离过近而可能发生的碰撞损失。
本发明实施例中，安全气囊系统如图5、图6、图7所示，车头气囊10，设置于车辆1的车头部位；车头气囊10连接有第一气管11，第一气管11的一端连通车头气囊10，另一端依序连接有第一气压传感器12、第一气泵13和第一电磁阀14；在第一气管11上、在车头气囊10与第一气压传感器12之间连接有第二电磁阀15；第一气管11、第一气压传感器12、第一气泵13、第一电磁阀14、第二电磁阀15均设置于车辆1上；
车尾气囊20，设置于车辆1的车尾部位；车尾气囊20连接有第二气管21，第二气管21的一端连通车尾气囊20，另一端依序连接有第二气压传感器22、第二气泵23和第三电磁阀24；在第二气管21上、在车尾气囊20与第二气压传感器22之间连接有第四电磁阀25；第二气管21、第二气压传感器22、第二气泵23、第三电磁阀24、第四电磁阀25均设置于车辆1上。
第一电磁阀14、第二电磁阀15、第三电磁阀24、第四电磁阀25分别和大气连通。
单片机控制器控制车头气囊充气的原理如下：单片机控制器控制第一气泵得电，第一电磁阀得电连通，第二电磁阀失电断开。第一气泵从第一电磁阀的大气接口处抽气通过第一气管输送至车头气囊中。第一气压传感器将第一气管中气压值传输至单片机控制器中，当第一气管中气压值达到预设气压值时，单片机控制器使第一气泵断电，第一电磁阀失电断开。
单片机控制器控制车头气囊放气的原理如下：单片机控制器使第二电磁阀得电连通，使第一电磁阀失电断开，第一气泵断电，使车头气囊中的气体通过第二电磁阀的大气接口排气。
单片机控制器控制车尾气囊充气和放气原理与上述相同，这里不再赘述。
请参阅图4，本申请还提供一种车辆防撞方法，所述方法包括：
S1：单片机控制器向超声波收发器提供驱动信号，以使得所述超声波收发器向外发出超声波；其中，所述超声波遇到障碍物后返回并由所述超声波收发器接收，所述超声波收发器将返回的信号反馈给所述单片机控制器；
S2：所述单片机控制器接收温度传感器发来的温度值，以确定在所述温度值下超声波的传播速度，并根据所述超声波收发器反馈的信号，计算车辆与障碍物之间的距离；
S3：当所述距离小于或者等于指定距离阈值时，所述单片机控制器向声控报警机构发出报警指令，并向车辆的制动装置发出制动指令。
在本实施方式中，所述超声波收发器的数量为两对，其中，两对超声波收发器均安装于车辆前方，所述两对超声波收发器之间相隔指定距离；
相应地，所述单片机控制器按照以下公式计算所述车辆与障碍物之间的距离：
其中，a＝vt1/2，b＝vt2/2，p＝(a+b+L)/2，v表示所述温度值下超声波的传播速度，t1表示第一对超声波收发器发出超声波信号和接收反射信号之间的时间差，a表示第一对超声波收发器与障碍物之间的距离，t2表示第二对超声波收发器发出超声波信号和接收反射信号之间的时间差，b表示第二对超声波收发器与障碍物之间的距离，d表示所述车辆与障碍物之间的距离，L表示两对超声波收发器之间相隔的指定距离，p表示由两对超声波收发器和障碍物构成的三角形的半周长。
在本实施方式中，所述方法还包括：
所述单片机控制器在所述制动装置进行制动之后，重新计算车辆与障碍物之间的距离；
若重新计算的距离仍小于或者等于所述指定距离阈值，所述单片机控制器再次向所述制动装置下达制动指令；其中，再次下达的制动指令对应的刹车力度大于之前下达的制动指令对应的刹车力度；
若重新计算的距离大于所述指定距离阈值，所述单片机控制器向所制动装置发送制动解除指令，并向所述声控报警机构发送解除报警指令。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种车辆防碰撞系统，其特征在于，所述系统包括单片机控制器、超声波收发器、声控报警机构、显示机构、制动装置以及温度传感器，其中：
所述超声波收发器，用于接收所述单片机控制器发来的驱动信号，并响应于所述驱动信号向外发出超声波；所述超声波遇到障碍物后返回并由所述超声波收发器接收，所述超声波收发器将返回的信号反馈给所述单片机控制器；
所述温度传感器，用于探测当前的温度值，并将探测得到的所述温度值提供给所述单片机控制器；
所述单片机控制器，用于接收所述温度传感器发来的温度值，以确定在所述温度值下超声波的传播速度；接收所述超声波收发器反馈的信号，并结合向所述超声波收发器提供的驱动信号，计算车辆与障碍物之间的距离，并将计算得到的距离值提供给所述显示机构；当所述距离小于或者等于指定距离阈值时，向所述声控报警机构发出报警指令，并向车辆的制动装置发出制动指令；
所述声控报警机构，用于接收所述单片机控制器发来的报警指令，并发出报警信号；
所述显示机构，用于显示所述单片机控制器发来的距离以及当前车内和车外的温度、当前的车速。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声波收发器的数量为两对，其中，两对超声波收发器均安装于车辆前方，所述两对超声波收发器之间相隔指定距离；
相应地，所述单片机控制器用于分别向所述两对超声波收发器提供驱动信号，并接收所述两对超声波收发器反馈的反射信号，并基于反馈的反射信号计算所述车辆与障碍物之间的距离。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述单片机控制器按照以下公式计算所述车辆与障碍物之间的距离：
<mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <msqrt> <mrow> <mi>p</mi> <mo>(</mo> <mrow> <mi>p</mi> <mo>-</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mo>)</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>p</mi> <mo>-</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>p</mi> <mo>-</mo> <mi>L</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </msqrt> </mrow> <mi>L</mi> </mfrac> </mrow>
其中，a＝vt1/2，b＝vt2/2，p＝(a+b+L)/2，v表示所述温度值下超声波的传播速度，t1表示第一对超声波收发器发出超声波信号和接收反射信号之间的时间差，a表示第一对超声波收发器与障碍物之间的距离，t2表示第二对超声波收发器发出超声波信号和接收反射信号之间的时间差，b表示第二对超声波收发器与障碍物之间的距离，d表示所述车辆与障碍物之间的距离，L表示两对超声波收发器之间相隔的指定距离，p表示由两对超声波收发器和障碍物构成的三角形的半周长。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单片机控制器还用于在所述制动装置进行制动之后，重新计算车辆与障碍物之间的距离；若重新计算的距离仍小于或者等于所述指定距离阈值，所述单片机控制器再次向所述制动装置下达制动指令；其中，再次下达的制动指令对应的刹车力度大于之前下达的制动指令对应的刹车力度；若重新计算的距离大于所述指定距离阈值，所述单片机控制器向所制动装置发送制动解除指令，并向所述声控报警机构发送解除报警指令。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述超声波收发器与所述单片机控制器之间还依次连接有放大电路和锁相环电路，以从所述超声波收发器反馈的信号中提取出指定时钟频率的信号。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单片机控制器包括型号为AT89C51的单片机芯片，所述单片机芯片的引脚P2.0与缓冲放大电路相连，所述缓冲放大电路包括并联的两个逻辑非门，所述缓冲放大电路的输入端口与三极管的基极相连，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过第一电容与所述超声波收发器相连；
所述单片机芯片的引脚P2.1通过第二电容以及滑动变阻器与型号为LM386的音频功放芯片的引脚3相连，所述音频功放芯片的引脚5通过隔直电容与扬声器相连。
7.根据权利要求1至6中任一所述的系统，其特征在于，所述三极管的基极和集电极还分别通过第二电阻和第三电阻与5V的直流电源相连；所述音频功放芯片的引脚1和引脚8之间通过串联的第五电阻和第四电容相连，所述音频功放芯片的引脚5还通过第七电阻和第六电容接地，所述音频功放芯片的引脚7通过第五电容接地，所述音频功放芯片的引脚2和引脚4均接地，所述音频功放芯片的引脚6通过第三电容接地，并通过第六电阻与5V的直流电源相连；所述显示机构包括型号为LCD1602的液晶显示器。
8.如权利要求1至7中任一所述的方法，其特征在于，所述系统还包括安全气囊系统：
所述安全气囊系统包括：
车头气囊，设置于车辆的车头部位；车头气囊连接有第一气管，第一气管的一端连通车头气囊，另一端依序连接有第一气压传感器、第一气泵和第一电磁阀；在第一气管上、在车头气囊与第一气压传感器之间连接有第二电磁阀；所述第一气管、第一气压传感器、第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀均设置于所述车辆上；
车尾气囊，设置于车辆的车尾部位；车尾气囊连接有第二气管，第二气管的一端连通车尾气囊，另一端依序连接有第二气压传感器、第二气泵和第三电磁阀；在第二气管上、在车尾气囊与第二气压传感器之间连接有第四电磁阀；所述第二气管、第二气压传感器、第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀均设置于所述车辆上；
所述单片机控制器与所述第一气压传感器、第一气泵、第一电磁阀和第二电磁阀之间电连接；所述单片机控制器与所述第二气压传感器、第二气泵、第三电磁阀和第四电磁阀之间电连接；
所述单片机控制器，还用于根据所述第一气压传感器测量到的车头气囊的气压，以及所述车辆当前的车速和/或所述车辆与车前障碍物之间的第一距离，对所述第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀进行操控；根据所述第二气压传感器测量到的车尾气囊的气压，以及所述车辆当前的车速和/或所述车辆与车后障碍物之间的第二距离，对所述第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀进行操控。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述超声波收发器包括用于在所述车辆进入熄火状态后测量车辆与车前障碍物之间的第三距离的两对超声波收发器，和用于在所述车辆进入熄火状态后测量车辆与车后障碍物之间的第四距离的两对超声波收发器；
所述系统还包括：
停车指令输入模块，用于接收司机输入的即将将车驶入车库或停车位的通知；该通知由司机在将车驶入车库或停车位之前输入给停车指令输入模块；
所述单片机控制器，还用于在接收到该通知时，获取车头气囊和车尾气囊各自的气压值；当车头气囊的气压值等于或大于第二预设气压时，通过控制第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀来对车头气囊进行放气，使车前气囊的气压与外界环境气压相等；当车尾气囊的气压值等于或大于第二预设气压时，通过控制第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀来对车尾气囊进行放气，使车后气囊的气压与外界环境气压相等；
所述单片机控制器，还用于在接收到所述通知后、所述车辆进入熄火状态时，开始实时判断第三距离与第二预设距离之间的大小关系、和第四距离与第二预设距离之间的大小关系；当第三距离等于或小于第二预设距离时，通过控制第一气泵、第一电磁阀、第二电磁阀来对车头气囊进行充气；当第四距离等于或小于第二预设距离时，通过控制第二气泵、第三电磁阀、第四电磁阀来对车尾气囊进行充气，其中，第一预设距离比第二预设距离大。
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