科学技术创新2021.14
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
本系统采用的是LDBSD-200皂皂波雷达，它是利用多普勒
雷达原理设计的微波移动探测器，
不受温度、湿度、光线等影响，适合恶劣环境，抗射频干扰能力强，输出功率小，
对人体危害小，探测距离远，支持对非生命体的检测，
微波的方向好，速度等于光速信息反馈、速度快，目前被广泛应用于交通探测领域，在探测精度和探测距离上有着非常大的优势，带有天线更容易在较小的天线体积下实现窄波束和高增益。该雷达的驱
动电压为12V ，因此需要从车载电源上获取12V 直流电压，将该雷达接在汽车12V 常火线上，车载电源可为雷达随时供电。本系统采用毫米波雷达来对车辆后方的来车进行检测，毫米波雷达通过CAN 总线模块与与单片机I/O 口相连，雷达的检测范围为半径
35m 的扇形区域，根据调查研究表明，当雷达检测到后方来测速
度大于时[1]（v 1为车辆的当前速度，s 1为汽车与车辆
的当前距离），此时后方来车与本车处于安全状态，
否则处于危险状态，如果单片机判断后方来车处于危险状态，那么将会通过I/O 接口给蜂鸣器和警示灯发送信号，蜂鸣器提示后方来车注意安全，警示灯变成红，警示车内司乘人员后方有危险来
车，请仔细观察后方来车后再下车[2]。
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，
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
摘要：近年来，随着汽车工业的发展，我国的汽车保有量在不断地上升，
同时由汽车带来的安全问题也越来越多。本文利用Arduino 单片机、红外线温度传感器、摄像头等搭建汽车启停防护系统，
汽车停止后利用机器视觉和雷达对周围环境的感知，防止车辆停止后，司乘人员下车时对车辆后方环境感知疏忽被后方来车撞到，造成人员伤亡的交通事故；另外在汽车启动时，可以感
知到汽车周围的人、动物等，可以预防在汽车启动时，对驾驶员盲区的人或者动物造成伤害。
关键词：机器视觉；汽车启停；Arduino 单片机；毫米波雷达Abstract :In recent years,with the development of the automobile industry,the number of cars in China is constantly rising,followed by the safety problems brought by the car is also more and more.In this paper,Arduino microcontroller,infrared sensor,camera and so on are used to build the car start-stop protection system.After the car stops,machine vision and radar are used to perceive the surrounding environment to prevent the passengers from being hit by the rear cars when they get off the car after the car stops.In addition,when the car starts,people and animals around the car can be sensed,which can prevent injuries to people or animals in the driver's blind area when the car starts.
Key words:Machine vision;The car starts and stops;Arduino microcontroller;Millimeter-wave radar 中图分类号:U463文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)14-0018-021191v s 18--
2021.14科学技术创新
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，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]。
2.4LED警示灯设计
为了提高对于危险情况的感知，本系统采用三LED警示灯。该指示灯由红、绿、蓝三种颜组成，其中红指示灯与单片机IO3口相连接，绿指示灯与单片机的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2LED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
汽车电子防盗系统本系统采用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，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，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。
参考文献
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