基于红外探测的汽车启停盲区安全监测系统设计

摘要：经过分析发现汽车在启停阶段的视野盲区与行驶时有所不同，具体分析了启停阶段盲区的分布情况。结合红外传感技术进行了基于红外探测的汽车启停盲区安全监测系统设计，包括硬件设计和软件程序的设计，并进行了电路仿真，其结果证明了设计的可行性。

0引言

随着经济的发展和社会的进步，私家车的数量持续增长。驾驶汽车时，驾驶员由于车辆的设计或其他可能的原因会存在一定的视野盲区，而这些视野盲区在一些情况下会导致儿童伤害事故，在汽车的正前方，儿童身高小于80cm 时，司机是看不到的；左右外后视镜与和内后视镜夹角盲区大致为宽15cm 长110cm 高115cm 的空间；在汽车的正后方，儿童身高小于110cm 时，司机不能通过内外后视镜看到。因此，急需一套有效的汽车辅助系统来避免此类事故。

1车辆视野盲区概况

汽车启停盲区的类型有以下几种：前后盲区、后视镜盲区、AB 柱盲区、人为盲区。如图1 所示。

（1）前盲区：前盲区是存在于车辆引擎盖之前易被忽视的扇形区域的统称，车辆的前盲区普遍存在于各类汽车。汽车前盲区与车长、座椅高、车头形状等有关。前盲区是由视线与汽车引擎盖交汇所形成的扇形区域。包括车头盲区和左右轮盲区。左前轮与右前轮旁的视野盲区是由于汽车两侧引擎盖与人的视线交汇后视线所涉及不到的区域。由于我国法律规定汽车使用左舵式，一般来说，左前轮盲区略小于右前轮盲区，如图1、图2、图3 所示。

（2）后盲区：后盲区也是车辆所固有的盲区，在车辆两侧车门外侧30°左右的范围内属于司机的后视野盲区的一部分。车尾至地面以及车尾后的部分延伸区域也属于后盲区的一部分。如图4 所示。在汽车启停时，后盲区是造成倒车时许多碾压事故的祸源。在该区域内，司机完全无法通过视觉来判定其安全状况，这会带来极大的安全隐患。

（3）后视镜盲区：后视镜盲区。为了方便驾驶员不用大范围移动头部而观察到车周情况，汽车皆配备有后视镜以辅助驾驶员观察附近环境。但是碍于车辆设计和应用的限制，后视镜无法为驾驶员提供完全的车周安全信息。在启停阶段的后盲区是由于驾驶员视线以及后视镜视线所不及之处造成的，其具体位置为视线被后备箱遮挡造成的一个楔形区域以及后轮后地面与车底盘形成的盲区。如图4所示。

（4）AB 柱盲区：汽车的挡风玻璃由两车身框架固定其范围，这两个约束挡风玻璃范围的左右两柱被称为A 柱和B 柱。AB 柱盲区完全由汽车设计的AB 柱材质和大小、形状、宽度决定，越宽的AB 柱越容易导致视野盲区内安全事故的发生。同理，A、B 柱会对转向时司机获取周边路面环境信息带来障碍，是引发事故的重大诱因。

（5）人为盲区：在汽车设计带来的以上四种盲区外，还有人为因素会改变车辆原有的视野范围，进而增加新的视野盲区或加大已有盲区范围。如：非法改装车辆后添加的物体、为防晒而设置的颜色过深的窗纸、缺少擦拭汽车后视镜和玻璃的良好习惯、车内摆件过多等。这些人为因素是造成部分盲区的原因同时也是某些事故不可忽视的致因。人为盲区的解决依赖于驾驶员素质和技术的提升，同时可使用安全系统监测装置做到辅助驾驶员的积极作用。

2热释电红外传感器监测系统

在汽车启停阶段，驾驶员的视野盲区与正常行驶阶段的视野盲区不同，许多正常行驶中不必考虑的盲区范围反而是导致启停阶段盲区的主要原因，本系统基于以人为本的安全理念，以协助驾驶员判断启停盲区内是否存在人员

图1 启停盲区俯视图

图2 底盘盲区图

图3 前盲区侧视图

图4 车尾盲区

作为设计目的，因此，能对人体发出的特殊波长的红外线做出响应的热释电红外传感器是本系统的首选。同时因为本系统需要对底盘盲区内的盲区安全情况做出判断，传统超声波传感器不适用于此处盲区，因此使用热释电红外传感器来作为探测器可以准确对盲区内安全情况做出判断。

车周围盲区人体监测部分设计主要是基于热释电红外传感技术安全参数的监测传感器，在了解掌握热释电红外传感器工作原理后，对热释电红外传感器进行选型。热释电红外传感器目前已得到成熟的运用，在使传感器小型化和经济的同时热释电红外传感器已可以作为独立的功能模块而被使用。模块化的红外传感器具有方便使用、可靠性高的特点。通过调查分析可知，红外传感器可以仅对人体做出反应且不会对其他干扰因素产生影响。且红外传感器已高度模块化，其应用和电路设计已十分简便，其耐久性和实用性、安全性完全可以满足启停阶段视野盲区安全检测系统的设计需求。由于物体都会散发不同波长的红外线，而人体温度相近散发的红外线波长也近似。通过调节热释电红外传感器模块上的菲涅尔透镜即可将投射到热释电感应源上的红外线波长进行筛选，从而完成对人体的专一监测。

通电后，当监测对象出现在探测范围内时，模块会自动识别到监测对象并改变自身的电平状态。当监测到人体时，高电平开启并通过输出端输出高电平，当监测对象离开时，自动关闭高电平输出且恢复低电平监测状态。

2.1热释电传感器选型

红外传感器检测人体时，探头是以探测人体辐射为目标的，因此要着重考虑探头的特性。HC-SR501 是基于红外线技术的控制模块，主要参数见表1。采用LHI778 探头设计，具有灵敏度高、使用方便等优点。

表1 HC-SR501热释电红外传感器技术参数表

同时该型号红外传感器具有两种触发方式，可重复触发模式与不可重复触发模式，在重复触发模式下模块每完

图5 程序设计框图

图6 系统模块图

图7 HC-SR501热释电红外线传感器应用接线图

成一次工作循环后会进入检测模式并在有监测对象进入监测范围时再次触发高电平。不可重复触发模式下，热释电传感器模块将在一次监测完成后自动延时关闭，不再进入监测模式。结合本次设计的真实需要，采用可重复触发模式即可完成相关功能要求。

2.2安全监测系统设计

在使用环境下，被检测对象（人等）进入盲区范围。人体所发出的特殊波长红外线被传感器捕获，传感器输出状态改变且单片机处理器感应到电路信号的变化激活报警模块，至此完成一次完整的探测-处理-报警过程，如无监测对象进入盲区则传感器保持静默的低电平输出，电路不作出反应并延时关闭。

（1）程序框图如图5。

（2）单片机汇编

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）硬件组成

通过前文对启停阶段盲区的分布的探索，需设定6 个热释电红外线传感器、1 个蜂鸣器（驾驶室内）。由于本系统采用汽车点火模块供电，因此不另设电池设备，不设置电池模块使该装置减少驾驶员使用成本和学习成本。本系统的模型框图如图6。

（4）热释电红外传感器电路设计

HC-SR501 热释电红外传感器接报警指示灯与蜂鸣器应用接线图如图7 所示。

图7 中，引脚1为正电源接入端，引脚2 为高低电平输出口，引脚3 为电源负极接口，H 为可重复触发，L 为不可重复触发，CDS为光敏控制。

由555 定时电路、稳压器、电阻、电容等组成汽车电子点火器电路。本电路主要是利用汽车上的+12V 电源，给汽车进行电子点火。+12V 电压经IC1（7089）三端稳压器输出9V 电压，作为IC2（555）的供电源。555 和R1、R2、C2 等组成一个无稳态多谐振荡器。一旦得电便起振，其振荡频率为f=1.44/（R2+2R1）C2。555（IC2）输出的振荡脉冲经R3 限流加至VT1 的基极，经放大驱动升压变压器T，在点火线圈上产生约1500 的点火电压，它在高压放电时的火花距离可达12μm。

（5）系统电路设计

图8 系统电路设计

图9 仿真软件界面图

汽车点火需开关S 闭合，与此同时经过分压产生5V的电压输送至AT89c51 单片机的P3.3外部中端口，启动中断程序，经过P1.0 输出高电平启动红外热释电传感器HC-SR501，启动时间为2 分钟。若在此期间距离车辆规定范围内检测到有人则通过蜂鸣器和灯报警，提醒驾驶员。如图8 所示。

（6）电路仿真

汽车点火系统启动后开关（左侧）闭合。汽车处于预备报警状态，单片机输出高电平（仿真模拟时间为10s），在10s 内若有人在汽车周围，红外热释电检测到儿童体温（有儿童在汽车周围），输出高电平，模拟为右侧接地开关断开。与单片机高电平经与门后输出高电平。三极管基极收到高电平信号，启动三极管，蜂鸣器随即报警（图9）。

3结论与展望

设计基于红外热释电探测的汽车启停盲区安全监测系统的作用是提高启停盲区内的安全性能并减少事故发生的可能性，进而提高整体汽车运行性能和效率。本文完成了对基于红外热释电的汽车启停盲区安全监测系统的研究及电路系统的设计，主要研究成果如下：

（1）探索了启停阶段盲区的特点，了解启停阶段盲区与行驶中盲区的不同并研究了启停阶段盲区的分布状况。

（2）构思并设计了一套基于红外探测的汽车启停盲区安全监测系统。将热释电红外模块与汽车点火模块（供电）、单片机信号处理模块、蜂鸣器报警模块共同组成基于红外探测的汽车启停盲区安全监测系统。

（3）对本次设计的监测系统进行了电路模拟并根据模拟结果优化完善了本系统。结果显示本次电路设计合理、电路逻辑正常，能满足预期要求的设计功能。

基于红外热释电传感器进行的研究，所考虑的监测因素是人体和动物所释放出的特定波长的红外热释电。不同的传感器有其独特的适用范围，如超声波、激光、图形传感器在不同环境下都可以起到监测盲区内安全状况的作用。未来可将众多不同功能的传感器集成到某一个系统中，在任何情况下皆可完成对盲区内安全情况的监测，这样就可以解决单一类型传感器可能在某种特定天气或物理环境下失效而影响检测效果的问题，将极大的提高汽车的自动化水平和盲区内的安全性能。