專利名稱：一種確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種確保車門安全開啟的系統(tǒng)，尤其涉及一種利用超聲波技術(shù)來
監(jiān)測車外交通狀況進而實時判斷開啟車門是否存在危險的汽車主動安全系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車作為現(xiàn)代化交通工具，在給人們的生活帶來便利與樂趣的同時，也因其引起 的交通事故給人類的生命和財產(chǎn)帶來極大的威脅和傷害。參見圖l，在街道上，騎自行車或 者摩托車的人一般都是靠著路邊行駛，有時候他們會與停靠在路邊的機動車貼得較近。此 時如果?？吭诼愤叺能噧?nèi)正好有人想要下車，車門突然被推開，路上的騎車者來不及躲閃 就會跟車門撞在一起。事故的原因很簡單一方面，車內(nèi)的人不免有時因為粗心大意在下 車前沒有仔細(xì)觀察車外的情況；另一方面，車外騎車的人不知此時有人要開車門，沒有與車 輛保持一定的安全距離。如果人們能時刻保持小心謹(jǐn)慎，上述交通事故是完全可以避免的。 但是任何人都難免有疏忽大意的時候， 一旦發(fā)生了事故往往追悔莫及。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種確保汽車車門安全開啟的 系統(tǒng)。當(dāng)車輛靜止時，本實用新型利用超聲波自動監(jiān)測車外交通情況，進而實時判斷推開車 門是否存在危險。 本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 —種確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)，它主要由單片機及其外圍電路、超聲波發(fā)射 電路、超聲波接收電路和聲光報警電路組成。其中，所述超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路 和聲光報警電路分別與單片機及其外圍電路相連。 進一步地，所述單片機及其外圍電路包括單片機、晶振電路和復(fù)位電路，所述晶振 電路和復(fù)位電路分別與單片機相連。其中，所述晶振電路由晶振Y和兩個電容C7、C8組成， 電容C7和電容C8的一端接地，另一端分別與晶振Y的兩個引腳相連。復(fù)位電路由開關(guān)S5、 電解電容C6、電阻R8組成，電解電容C6的正極和開關(guān)S5的一端接+5V電源，電解電容C6 的負(fù)極和開關(guān)S5的另一端通過電阻R8接地，并與單片機相連。 進一步地，所述超聲波發(fā)射電路主要由超聲波發(fā)射探測器SPK1，集成運算放大器 A1，以及電阻R1、R2組成。其中，超聲波發(fā)射探測器SPK1的一端、電阻R1和電阻R2分別與 集成運算放大器A1的輸出端、正向輸入端和反向輸入端相連，超聲波發(fā)射探測器SPK1的另 一端接地。 進一步地，所述超聲波接收電路由超聲波接收探測器SPK2，集成運算放大器A2， 音頻譯碼器以及電容Cl C5和電阻R3 R7組成，超聲波接收探測器SPK2的一端通過電 容Cl和電阻R3接入集成運算放大器A2的反向輸入端，超聲波接收探測器SPK2的另一端 接地，集成運算放大器A2的反向輸入端與輸出端通過電阻R4相連。集成運算放大器A2的 正向輸入端通過電阻R5接地，集成運算放大器A2的輸出端通過電容C2接入音頻譯碼器，電容C3和電容C4 一端分別接音頻譯碼器，另一端接地。電阻R6 —端接音頻譯碼器，另一 端通過電容C5接地。 進一步地，所述聲光報警電路由與開啟車門的把手聯(lián)動的開關(guān)Sl S4，發(fā)光二極 管LED1 LED4，開啟車門警示揚聲器以及電阻R9 R16組成。其中，電阻R9 —端接入單 片機，另一端通過開關(guān)Sl與開啟車門警示揚聲器的負(fù)極相連；電阻R10 —端接單片機，另 一端與發(fā)光二極管LED1的陰極相連，發(fā)光二極管LED1的陽極接+5V電源。電阻Rll —端 接入單片機，另一端通過開關(guān)S2與開啟車門警示揚聲器的負(fù)極相連；電阻R12 —端接單片 機，另一端與發(fā)光二極管LED2的陰極相連，發(fā)光二極管LED2的陽極接+5V電源。電阻R13 一端接入單片機，另一端通過開關(guān)S3與開啟車門警示揚聲器的負(fù)極相連；電阻R14 —端接 單片機，另一端與發(fā)光二極管LED3的陰極相連，發(fā)光二極管LED3的陽極接+5V電源。電阻 R15 —端接入單片機，另一端通過開關(guān)S4與開啟車門警示揚聲器的負(fù)極相連；電阻R16 — 端接單片機，另一端與發(fā)光二極管LED4的陰極相連，發(fā)光二極管LED4的陽極接+5V電源。 本實用新型的有益效果是本實用新型確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)利用超聲波 技術(shù)來監(jiān)測車外交通狀況進而實時判斷開啟車門是否存在危險，本實用新型在汽車尾部布 置有兩對超聲波探測頭，采用單片機精確控制超聲波的發(fā)射和接收，能夠?qū)崟r監(jiān)測車后情 況。在車內(nèi)人員扳動開門把手的瞬間，如果未識別到危險車門可正常打開，毫無影響；如果 系統(tǒng)識別到后面有其它車輛行駛過來，開啟車門存在危險，系統(tǒng)將會對司機和乘客提出警 示。

圖1是汽車?？吭诼愤厱r開啟車門可能造成刮碰事故的示意圖； 圖2是系統(tǒng)硬件布置示意圖； 圖3是系統(tǒng)原理的一示意圖； 圖4是系統(tǒng)硬件原理框圖； 圖5是系統(tǒng)原理的又一示意圖； 圖6是系統(tǒng)軟件流程圖； 圖7是系統(tǒng)電路圖。
具體實施方式下面根據(jù)附圖詳細(xì)描述本實用新型，本實用新型的目的和效果將變得更加明顯。 如圖2所示，本實用新型確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)包括電子控制單元12、超 聲波探測頭8、9，觸發(fā)開關(guān)5、7、10、13，開啟車門危險警示燈4、6、11、14，和開啟車門危險警 示揚聲器15。 電子控制單元(MCU) 12是系統(tǒng)的電子控制單元，其是中央處理器、隨機存儲器、只
讀存儲器、輸出輸入端口的總和裝置，可以選用ATMEL公司的89C51單片機。 兩個超聲波探測頭8、9，分別布置于汽車尾部左右兩側(cè)，用以探測車輛后方物體與
車門之間的距離，其可以采用"收發(fā)一體式"的R/T40-16型超聲波探測器。 與開門把手聯(lián)動的觸發(fā)開關(guān)5、7、10、13分別布置在各個車門處，與對應(yīng)的開啟車
門的把手聯(lián)動，當(dāng)車內(nèi)人員扳動車門把手時，對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)隨即改變。
4[0023] 警示燈4、6、11、14也分別布置在各個車門處，當(dāng)系統(tǒng)識別到潛在的危險且有乘員正欲開啟車門時，MCU點亮對應(yīng)車門的警示燈。 警示揚聲器15，當(dāng)系統(tǒng)識別到潛在的危險且有乘員正欲開啟車門時，MCU令警示揚聲器15發(fā)出警報。 MCU控制超聲波的發(fā)射，同時MCU對超聲波從發(fā)射到反射回來所經(jīng)歷的時間進行計時，然后MCU根據(jù)計時結(jié)果判斷當(dāng)前開啟車門的危險性。 圖3是系統(tǒng)的原理示意圖。其中1為已經(jīng)?？康钠?，2為敞開的車門，3為其它車輛(自行車、摩托車或其它機動車)，16陰影線畫出的區(qū)域為車門敞開時所覆蓋的寬度范圍，17為超聲波。只有當(dāng)有其它車輛行駛在車門敞開時所覆蓋的寬度范圍內(nèi)16(陰影線區(qū)域)的時候，車內(nèi)乘員打開車門才有可能發(fā)生刮碰意外。因此陰影線畫出的區(qū)域是需要監(jiān)測的區(qū)域，如果在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)正有其它車輛經(jīng)過，說明此刻開車門可能是危險的。在汽車尾部的左右兩側(cè)各布置一組超聲波探測頭。兩列超聲波始終朝固定的角度發(fā)射(與汽車縱向軸線成20°夾角)，即圖3中虛線畫出的方向。 圖4是系統(tǒng)的硬件原理框圖，MCU 12產(chǎn)生40KHZ的脈沖信號18，經(jīng)信號放大電路19放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射器20發(fā)射超聲波，同時MCU12的計時單元開始計時；一旦遇到障礙物21，超聲波便反射回來，超聲波接收器22接收到超聲波產(chǎn)生微弱的電信號，信號經(jīng)信號放大電路23放大，送入音頻譯碼電路24，音頻譯碼電路確認(rèn)收到的信號為40KHZ，則立即向MCU 12申請中斷，MCU的計時停止。超聲波傳播的速度已知，超聲波從發(fā)射到返回經(jīng)歷的時間已測得，由此可以計算出障礙物到超聲波探頭的距離。MCU對監(jiān)測結(jié)果進行判斷，決定開啟車門時是否驅(qū)動警示揚聲器15和警示燈4、6、11、14，對乘客進行示警。[0028] 圖5是本系統(tǒng)原理的又一示意圖。(V(^是兩組超聲波探頭，分別朝固定的方向發(fā)射超聲波。箭頭3表示行駛中的其它車輛(自行車、摩托車等)。以(^探頭發(fā)射的超聲波為例進行說明，該列超聲波與車門敞開時所覆蓋的寬度范圍(陰影線畫出的區(qū)域)的交點分別為M、N。設(shè)從超聲波發(fā)射到其遇障礙物返回，MCU的計時結(jié)果為t。當(dāng)M點有障礙物時，MCU的計時結(jié)果為tM，當(dāng)N點有障礙物時，MCU的計時結(jié)果為tN。則當(dāng)tM《t《tN時，即有物體出現(xiàn)在MN之間。如果物體是靜止在該處的，那么開啟車門是不會有危險的，但是如果物體是前進的，那么開啟車門就有可能發(fā)生刮碰意外。物體的運動和靜止亦可由MCU的計時結(jié)果來判斷，如果連續(xù)多次檢測，計時結(jié)果始終保持不變或者變化幅度很小，有理由斷定檢測到的物體靜止在麗之間，其不可能與開啟的車門相撞，開啟車門無危險。[0029] 參見圖5a，箭頭3表示其它車輛(自行車、摩托車等)，雖然其出現(xiàn)在車門敞開時所覆蓋的寬度范圍之內(nèi)，但是還沒有被超聲波掃描到，說明其距離較遠(yuǎn)。如果此時開啟車門，后方車輛有足夠時間進行躲閃，這種情況是安全的，無需警示。 參見圖5b，箭頭3表示其它車輛(自行車、摩托車等)，其在N點以外使超聲波發(fā)生反射，所以其不在車門敞開時所覆蓋的寬度范圍之內(nèi)，開啟車門完全不會發(fā)生刮碰，無需警示。 參見圖5c，箭頭3表示其它車輛(自行車、摩托車等)，其出現(xiàn)在車門敞開時所覆蓋的寬度范圍內(nèi)，而且其被超聲波掃描到，如果此時車內(nèi)乘員開啟車門，那么后車已經(jīng)距離前車車門較近，后車可能來不及躲閃，極易發(fā)生事故。因此這種情況車內(nèi)乘員欲開啟車門瞬間，MCU將驅(qū)動揚聲器和危險指示燈警示乘客開啟車門有危險。[0032] 參見圖5c，箭頭3表示其它車輛(自行車、摩托車等)，從其經(jīng)過MN開始，直到其遠(yuǎn)離前車的車門這段時間內(nèi)，開啟車門都是危險的，因此開門危險的狀態(tài)需要保持一段時間。MN到車門的距離設(shè)置為6 7米(由超聲波探頭安裝的角度決定)，正常成年人步行的速度約為2m/s，以步行的速度完成這段距離需要3秒鐘左右的時間。所以系統(tǒng)一旦檢測到有物體從W^之間經(jīng)過，將保持3秒鐘的警戒狀態(tài)。在這3秒鐘內(nèi)開啟車門都會有危險警示，因為物體可能還沒有遠(yuǎn)離車門；3秒鐘以后警戒狀態(tài)自動取消，開啟車門無需警示，因為要么物體已遠(yuǎn)離車門，要么物體移動速度非常慢(小于2m/s)，這兩種情況均表示開啟車門不會有危險。 圖6是系統(tǒng)的軟件流程圖。當(dāng)汽車處于靜止?fàn)顟B(tài)且車內(nèi)有乘客時，系統(tǒng)開始工作，
系統(tǒng)根據(jù)從超聲波發(fā)射到反射回來所需的時間判斷物體與汽車車門之間的距離，根據(jù)這個
距離來確定當(dāng)前開啟車門是否有危險。如果系統(tǒng)認(rèn)為開啟車門無危險，則程序返回開頭，重
新發(fā)射超聲波，對開門是否有危險進行實時監(jiān)測。如果系統(tǒng)識別到開啟車門有潛在的危險，
則系統(tǒng)定時3秒鐘。在這3秒鐘之內(nèi)開啟車門，系統(tǒng)將驅(qū)動警示燈4、6、11、14和警示揚聲
器15對乘客做出提示。如果3秒鐘已過，同時系統(tǒng)也沒有識別到新的開車門可能會有的潛
在的危險，系統(tǒng)就認(rèn)為此刻開啟車門是安全的，不會對乘客提出聲、光的警示。 圖7是系統(tǒng)的電路圖。整個系統(tǒng)的電路主要由單片機及其外圍電路、超聲波發(fā)射
電路和超聲波接收電路以及聲光報警電路四部分組成，超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路
以及聲光報警電路分別與單片機及其外圍電路相連。 單片機及其外圍電路包括單片機、晶振電路和復(fù)位電路，晶振電路和復(fù)位電路分別與單片機相連單片機可以選用ATMEL公司的89C51單片機，這款單片機共有40個管腳，其中40號管腳接5V電源的正極，20號管腳接電源負(fù)極。晶振電路由晶振Y和兩個電容C7、C8組成，電容C7和電容C8的一端接地，另一端分別與晶振Y的兩個引腳相連。晶振Y的頻率為24MHZ，晶振Y的兩個引腳分別與單片機89C51的19號和18號管腳相連，C7和C8均為30pF的瓷片電容。復(fù)位電路由開關(guān)S5、電解電容C6、電阻R8構(gòu)成，電解電容C6的正極和開關(guān)S5的一端接+5V電源，電解電容C6的負(fù)極和開關(guān)S5的另一端通過電阻R8接地，并接入單片機89C51的9號管腳。 超聲波發(fā)射電路該電路主要由超聲波發(fā)射探測器SPK1，集成運算放大器A1，以及電阻Rl、 R2組成，超聲波發(fā)射探測器SPK1的一端、電阻Rl和電阻R2分別與集成運算放大器A1的輸出端、正向輸入端和反向輸入端相連，超聲波發(fā)射探測器SPK1的另一端接地。其中超聲波探測器的型號可以為T40-16，集成運算放大器型號可以為0P37G，R1、R2阻值均為10KQ 。該電路與89C51的Pl. 0管腳相連。系統(tǒng)工作時89C51的Pl. 0管腳輸出0 5V的頻率為40KHZ的交變信號，該信號經(jīng)運放A1進行功率放大，驅(qū)動超聲波發(fā)射探測器發(fā)出40KHZ的超聲波。 超聲波接收電路該電路由超聲波接收探測器SPK2，集成運算放大器A2，音頻譯碼器LM567以及電容Cl C5和電阻R3 R7組成，超聲波接收探測器SPK2的一端通過電容Cl和電阻R3接入集成運算放大器A2的反向輸入端，超聲波接收探測器SPK2的另一端接地，集成運算放大器A2的正向輸入端通過電阻R5接地，集成運算放大器A2的輸出端通過電容C2接入音頻譯碼器LM567的3號管腳，集成運算放大器A2的反向輸入端與輸出端通過電阻R4相連，音頻譯碼器LM567的1號管腳通過電容C3接地，2號管腳通過電容C4接地，7號管腳接地，4號管腳接入+5V電源，并通過電阻R7與8號管腳相連，5號管腳通過電阻R6和電容C5接地，6號管腳通過電容C5接地，8號管腳與單片機的13號管腳相連。其中超聲波接收探測器的型號為R40-16，集成運算放大器型號為0P37G，音頻譯碼器的型號為LM567CM，電阻R3、 R5的阻值均為10K Q ，電阻R4為100K Q ，電阻R6、 R7均為2. 2K Q ，電容Cl C4均為0. 1 ii F，電容C5為0. 01 ii F。超聲波接收探測器探測到發(fā)射回來的聲波將產(chǎn)生微弱交變電壓信號，該信號經(jīng)電容Cl濾除直流分量后，由集成運算放大器A2對其放大，放大后的信號再由電容C2濾除直流分量，最后與音頻譯碼器LM567的3號管腳相連。如果該信號的頻率為40KHZ (說明這是反射回來的40KHZ的超聲波)，音頻譯碼器的8號管腳(與89C51的13號管腳相連)將由低電平跳變到高電平。高電平信號用于向89C51申請中斷。[0038] 聲光報警電路該電路由與開啟車門的把手聯(lián)動的開關(guān)S1 S4，發(fā)光二極管LED1 LED4，開啟車門警示揚聲器LS1以及電阻R9 R16組成。其中R9 R16的阻值均為IOKQ。 89C51的P2.0管腳經(jīng)電阻R9、開關(guān)S1，與揚聲器負(fù)極相連；P2. l管腳經(jīng)電阻R10、發(fā)光二極管LED1，與電源正極相連；P2. 2管腳經(jīng)電阻R11、開關(guān)S2，與揚聲器負(fù)極相連；P2.3管腳經(jīng)電阻R12、發(fā)光二級管，與LED2與電源正極相連；P2. 4管腳經(jīng)電阻R13、開關(guān)S3，與揚聲器負(fù)極相連；P2. 5管腳經(jīng)電阻R14、發(fā)光二極管LED3，與電源正極相連；P2. 6管腳經(jīng)電阻R15、開關(guān)S4，與揚聲器負(fù)極相連；P2. 7管腳經(jīng)電阻R16、發(fā)光二級管，與LED4與電源正極相連。 上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本實用新型做出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求一種確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)，其特征在于，它主要由單片機及其外圍電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路和聲光報警電路組成；其中，所述超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路和聲光報警電路分別與單片機及其外圍電路相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機及其 外圍電路包括單片機、晶振電路和復(fù)位電路，所述晶振電路和復(fù)位電路分別與單片機相連； 其中，所述晶振電路由晶振Y和兩個電容C7、 C8組成，電容C7和電容C8的一端接地，另一 端分別與晶振Y的兩個引腳相連；復(fù)位電路由開關(guān)S5、電解電容C6、電阻R8組成，電解電容 C6的正極和開關(guān)S5的一端接+5V電源，電解電容C6的負(fù)極和開關(guān)S5的另一端通過電阻 R8接地，并與單片機相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波發(fā)射 電路主要由超聲波發(fā)射探測器SPK1 ，集成運算放大器Al，以及電阻Rl、 R2組成；其中，超聲 波發(fā)射探測器SPK1的一端、電阻R1和電阻R2分別與集成運算放大器A1的輸出端、正向輸 入端和反向輸入端相連，超聲波發(fā)射探測器SPK1的另一端接地。
根據(jù)權(quán)利要求2所述確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波接收 電路由超聲波接收探測器SPK2，集成運算放大器A2，音頻譯碼器以及電容C1 C5和電阻 R3 R7組成，超聲波接收探測器SPK2的一端通過電容Cl和電阻R3接入集成運算放大器 A2的反向輸入端，超聲波接收探測器SPK2的另一端接地，集成運算放大器A2的反向輸入端 與輸出端通過電阻R4相連；集成運算放大器A2的正向輸入端通過電阻R5接地，集成運算 放大器A2的輸出端通過電容C2接入音頻譯碼器，電容C3和電容C4 一端分別接音頻譯碼 器，另一端接地；電阻R6 —端接音頻譯碼器，另一端通過電容C5接地。
根據(jù)權(quán)利要求2所述確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)，其特征在于，所述聲光報警電 路由與開啟車門的把手聯(lián)動的開關(guān)Sl S4，發(fā)光二極管LED1 LED4，開啟車門警示揚聲 器以及電阻R9 R16組成；其中，電阻R9 —端接入單片機，另一端通過開關(guān)Sl與開啟車門 警示揚聲器的負(fù)極相連；電阻R10—端接單片機，另一端與發(fā)光二極管LED1的陰極相連，發(fā) 光二極管LED1的陽極接+5V電源；電阻Rll —端接入單片機，另一端通過開關(guān)S2與開啟車 門警示揚聲器的負(fù)極相連；電阻R12—端接單片機，另一端與發(fā)光二極管LED2的陰極相連， 發(fā)光二極管LED2的陽極接+5V電源；電阻R13 —端接入單片機，另一端通過開關(guān)S3與開啟 車門警示揚聲器的負(fù)極相連；電阻R14 —端接單片機，另一端與發(fā)光二極管LED3的陰極相 連，發(fā)光二極管LED3的陽極接+5V電源；電阻R15 —端接入單片機，另一端通過開關(guān)S4與 開啟車門警示揚聲器的負(fù)極相連；電阻R16 —端接單片機，另一端與發(fā)光二極管LED4的陰 極相連，發(fā)光二極管LED4的陽極接+5V電源。
專利摘要本實用新型公開了一種確保汽車車門安全開啟的系統(tǒng)，它基于超聲波測距原理，當(dāng)車輛停靠時，采用超聲波實時監(jiān)測后方車輛與該車的距離，并由微型計算機對打開車門的動作是否存在危險進行判斷。在乘員扳動車門把手的瞬間，計算機給出判斷結(jié)果，如果存在危險則對乘客發(fā)出聲、光的警示；如果沒有危險車門正常打開。本實用新型成本低、易于實現(xiàn)，可以避免司機或乘客開啟車門欲下車時發(fā)生遭到后方來車刮碰的意外。
文檔編號B60R21/013GK201506319SQ20092019872
公開日2010年6月16日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月22日
發(fā)明者俞小莉, 熊迪, 王帥 申請人:浙江大學(xué)