论文总字数：20769字

目 录

1 引言 1

1.1 研究意义 1

1.2 研究现状 2

1.3 本文工作内容 3

2 设计方案论证 4

2.1 本设计目的 4

2.2 本设计的技术方案 5

2.2.1 单片机主控芯片的选择 6

2.2.2 开门风险监控模块设计 6

2.2.3 蓝牙模块设计 7

2.2.4 报警提醒模块设计 7

2.2.5 LED显示模块模块设计 7

2.2.6 电源模块设计 8

2.3 本设计所带来的有益的优点和效果 8

3 系统硬件设计与实现 8

3.1 系统硬件概述 8

3.2 主要单元电路设计 10

3.2.1 电源电路 10

3.2.2 传感器模块电路 10

3.2.3 蓝牙模块电路 12

3.2.4 LED显示模块设计 13

3.2.5 报警电路 13

3.2.6 汽车中控信息交换电路 14

4 程序设计 14

4.1 基于蓝牙技术的汽车开门防撞预警系统的主程序设计 14

4.2 子程序设计 16

4.2.1 超声波传感器HC-SR04程序 16

4.2.2 红外人体感应器HC－SR501和红外对射传感器程序 17

5 系统调试 18

5.1 软件调试 18

5.2 硬件调试 18

6 结论 22

参考文献： 22

致谢 24

基于蓝牙技术的汽车开门防撞预警系统设计

王万祥

, China

Abstract: It is a common phenomenon that non-motor vehicles and pedestrians in the car driving direction hit the door or the door scratches wall, which results from the drivers' opening the doors improperly. Nevertheless, the existing automotive anti-collision system is complex in wiring and harmful to the car in installation. To solve this problem, the design employs Bluetooth 4.0 wireless technology to transform the existing anti-collision system, using ultrasonic sensors, infrared correlation of sensor and pyro electric sensor as the anti-collision information detection system, and the anti-collision information via Bluetooth wireless transmission as the main control chip. This design avoids the long distance wiring inside the car and simplifies the installation. This design adopts the high performance and low power consumption CC2541 SoC as the core of the automotive door opening collision avoidance system, combined with the distance measuring sensor module, bluetooth transceiver module, alarm module, power module and other modules， finally forms a new type of system.

Key words: Car; Collision avoidance; Bluetooth; ultrasonic; infrared

1 引言

1.1 研究意义

在汽车性能不断提升、汽车工业高速发展的今天，人们越来越依赖汽车来实行交通出行，因此汽车的安全性能也越来越受关注。WHO（世界卫生组织）的报告表明：近几年来，每年发生的交通事故平均造成的受伤人数达五千万，并有超过一百万人死亡。在这些事故中，由于汽车开门时发生的冲撞事故导致的伤残人数约占总伤残人数的11.6%，驾乘人员开门下车时不注意观测后方车况导致的车门和后方驶来的自行车、摩托车发生碰撞并将人撞飞，甚至被车道内驶来的机动车来不及刹车而碾压造成死亡人数约占总死亡人数的5.3%。目前，汽车安全技术日益受到广大车主的关注，尤其是主动车辆安全技术，它不仅在对驾驶人员的进行保护，同时也能保护行人和非机动车辆。

在交通事故中，由于车辆开门导致后方驶来的非机动车与车门发生碰撞而造成的伤亡事故也占有一定比重，汽车开门防撞预警系统正是为了避免该类事故发生而设计的一种汽车主动安全防护技术。在一些发展中国家中，由于交通规则和交通文明的教育尚未普及，而且道路交通条件较差，造成许多非机动车在机动车道上任意穿行，经常出现非机动车与开启的汽车车门发生碰撞的事故。为了有效减少由于车门开启而引发的交通事故，单单依靠改善现有的道路交通状况和规范驾乘人员开车门的习惯，是很难在短时间内取得成效的。那么，最有效的方法是在车辆上加装汽车开门防撞预警系统，该系统利用防撞信息检测系统来判断驻车时车辆的周围环境，在驾乘人员打开车门之前对其进行有效提醒，使其注意观测后方车况，当碰撞危险可能发生时，通过执行锁定车门和发出声光报警来提醒驾驶员。

当前的大多数车载防撞系统都由主控芯片和传感器两部分组成，传感器到主控芯片的连接基本上都为有线传输，这些线路的长短由传感器在车身上的安装位置和主控芯片的设置位置决定。根据检测需要，车载防撞系统的传感器通常在车身轮廓的四角上都有设置。设置在后保险杠上的测距传感器通常用来检测后方来车或障碍物；设置在前保险杠上的测距传感器用来检测与前车的距离防止追尾；设置在侧边车门上的传感器通常用来检测经过的行人或者自行车摩托车防止碰擦。这些传感器设置分散，在车身上分布较广，如果用有线将其与主控芯片进行连接，那么车内的排线将较为复杂，也不利于日后的维护和检修。并且在走线问题上，如果不是在车辆出厂前就安装好防撞系统，而是在出厂后用户再加装此类系统时，线路必然会暴露在外，影响车内美观。目前整车在出厂前就配置开门警示系统或其他车载防撞系统的车型在国内外都还比较少。如果要强行将线路隐藏在车身内部，那么在改造过程中将不可避免地对车身或内饰装潢造成一定的损伤。

本设计的研究意义就是通过采用无线传输技术改善传统汽车开门防撞系统在传感器和主控芯片之间有线数据传输带来的不足，简化系统安装，减少走线对车辆的损伤。并利用安装在车辆不同位置的多种传感器来满足车门开启防撞预警的各种需求。蓝牙技术在近年来的发展中已经进入较为成熟的阶段，它是一种车载系统常用的无线技术标准，可使用2.4GHz波段的无线电波实现移动设备、固定设备和个人局域网间的短距离无线数据交换。蓝牙4.0是2012年发布的新版本，是蓝牙3.0的进行改良后的升级版本；它较3.0版本更省电、并拥有低成本、毫秒级低延迟、超长有效连接距离、高加密等特性^[1]。蓝牙的传输距离十分适合车载系统。非商用的class B类蓝牙通讯距离大约在 8~30M 之间，一般通常是10米左右^[2]，一般的家用轿车长度为4M左右，宽度为2M左右，车载系统十分适合使用蓝牙进行模块间的数据传输。本设计采用蓝牙4.0技术作为模块间的无线传输手段，并利用超声波测距传感器、红外对射测距传感器和热释电人体感应传感器组成的传感器模块进行驻车环境检测。通过本设计的改进，驾驶员可以在对车体损伤最小的情况下改造加装汽车开门防撞预警系统，并获得全方位的检测范围来规避后方来车的冲撞、路过行人的冲撞和车门蹭到墙等多种风险。

1.2 研究现状

目前，全球各个国家的汽车持有量的增加，交通事故频率逐年提升、消费者安全意识逐步提高、各国政府安全法规愈加严格、各企业之间的激烈竞争等都促进了汽车安全性研究的发展。随着汽车设计和制造技术的不断进步，汽车的各类安全系统技术早已经步入了崭新的时代，大量新安全技术不断涌现，使得拥有众多主动被动安全防护的汽车似乎已能最大程度地确保驾驶者以及行人的人身安全。

汽车开门防撞预警系统就属于汽车主动安全技术的一种，国内对车门开启防撞的研究已经有一定专利成果。如成都信息工程学院的新型汽车控制技术。该实用新型专利公开了一种汽车开门防撞装置，通过探测车辆侧后方的移动物体进行防撞控制。该实用新型的技术方案包括左路探测单元、右路探测单元、微处理器单元、车门锁定机构、报警单元、触发单元，左路探测单元安装在汽车尾部左侧，右路探测单元安装在汽车尾部右侧，左路探测单元和右路探测单元与微处理器单元连接，车门锁定机构和报警单元与微处理器单元连接，触发单元与微处理器单元连接，左路探测单元和右路探测单元由移动物体探测器构成，触发单元与汽车开门把手联动。微波探测器输出的信号连接到微处理器单元，微处理器单元按照内部程序进行处理，对车后方两侧0米（默认值，可预设）内移动物体进行计算，若发现目标移动速度超过设定值，则发出开启车门危险的报警信息，触发报警单元发出声光报警，并通过微处理单元C8051向汽车中控发送车门锁信息，进行车门落锁控制，强行锁定车门^[3]。该系统如图1-1所示。该系统通过探测后方目标的速度来判断是否需要进行报警并锁定车门，但由于所采用的传感器种类单一，安装位置较少，无法探测到路过车门侧边的行人，且无法检测车门开启是是否会蹭到墙体。同时该系统的模块之间采用了有线连接，在实际应用于车辆时会带来较为复杂的走线，不便于安装。

图1-1 成都信息工程学院的新型汽车控制技术原理框图

其他车辆开门防撞预警技术主要采用如下几种方式实现：一种是采用摄像头通过视觉实现车辆后方区域探测，这种方式探测距离有限，精度差，容易受各种环境因素影响，采用这种技术的开门预警系统目前比较少；另外一种是采用调频连续波毫米波雷达技术，该技术探测精度高、距离远，受环境因素的影响较小，但控制系统设计复杂，成本高，采用这种技术的开门预警系统目前市场上还没有批量配置于整车。还有利用较为低成本的多普勒雷达对后方区域接近目标进行探测的方法，这种开门预警功能与毫米波雷达技术相比系统设计简单，性价比高，也能满足一定汽车开门防撞预警的要求，但是这些系统线路复杂且无法检测车门是否会在开启时蹭到墙。

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