一种空中障碍物示警装置及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种空中障碍物示警装置及其控制方法，属于电子技术应用领域。本装置包括超声波传感器、处理显示装置；处理显示装置安装在汽车内，超声波传感器安装在汽车外，超声波传感器与处理显示装置相连；本方法步骤包括初始化、超声波传感器检测数据、数据处理及报警、数据显示。本发明结构简单，系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，实用性强，成本较低。当汽车在行驶过程中，遇到可能影响汽车通过的空中障碍物时，提前警示驾驶员减速，并告知驾驶员是否能顺利通过。此装置可保证汽车安全通过桥洞、立交桥、桥梁及其它空中障碍物，防止汽车顶部撞到或卡在桥底，撞坏空中设施，还可以减少车身上出现的划痕，让司机及时作出判断。
【专利说明】-种空中障碍物示警装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种空中障碍物示警装置及其控制方法，属于电子技术应用领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着经济的快速发展和人民生活水平的提高。世界著名的美国汽车行业 杂志公布，截至当日，全球处于使用状态的各种汽车，包括轿车、卡车以及公共汽车等的总 保有量已突破10亿辆。
[0003] 设计一款空中障碍物示警装置，是十分必要的，在汽车行驶过程中，遇到可能影响 汽车通过的空中障碍物时，提前警示驾驶员减速，并告知驾驶员是否能顺利通过。这种装置 不仅可以用来保证汽车安全通过桥洞、立交桥、桥梁及其它空中障碍物，防止汽车顶部撞到 或卡在桥底，撞坏空中设施。
[0004] 由于这个装置可以测试的范围很大，不仅可以测试汽车正前方的物体，还可以测 试汽车上方的物体，完全就可以取代现在汽车上的为了避免碰撞而装的测距装置，并可以 告诉司机是否可以安全通过，故此装置不仅可以防撞，还可以防止汽车顶上的刮痕。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：本发明提供一个空中障碍物示警装置及其控制方 法，整个装置的电路采用模块化设计，低成本、高精度、微型化数字显示，系统软硬件设计合 理、抗干扰能力强、实时性良好。
[0006] 本发明技术方案是：一种空中障碍物示警装置，包括超声波传感器2、处理显示装 置4 ;所述处理显示装置4安装在汽车1内部，超声波传感器2安装在汽车1外部，超声波 传感器2与处理显示装置4相连； 所述超声波传感器2为US-100超声波测距模块，用于实现0~4. 5m的非接触测距功 能，拥有2. 4~5.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进 行校正，同时通信方式包括GPI0、串口通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠，超声波传感器 2通过RXD、TXD两个端口与单片机进行数据交换，超声波传感器2与地平线保持固定角度 0倾斜安装； 所述处理显示装置4包括电阻R1、电阻R2、可变电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、晶 振Y1、二极管D1、单片机AT89S51、液晶显示器J1 ;其中电阻R1 -端与地相连，另一端与单 片机AT89S51的9脚相连；电阻R2-端与电源相连，另一端与二极管D1相连，二极管D1的 另一端与单片机AT89S51的1脚相连；电容C1 一端与地相连，另一端与晶振Y1相连；电容 C2 -端与地相连，另一端与晶振Y1相连；晶振Y1 -端与单片机19脚相连，另一端与单片机 AT89S511的18脚相连；电容C3-端与电源相连，另一端与单片机AT89S51的9脚相连；可 变电阻R3-端与电源相连，另一端与液晶显示器J1的18脚相连，可变端与液晶显示器J1 的3脚相连；液晶显示器J1的4脚与单片机AT89S51的21脚相连；液晶显示器J1的5脚与 单片机AT89S51的22脚相连；液晶显示器J1的6脚与单片机AT89S51的23脚相连；液晶 显示器J1的7脚与单片机AT89S51的39脚相连；液晶显示器J1的8脚与单片机AT89S51 的38脚相连；液晶显示器J1的9脚与单片机AT89S51的37脚相连；液晶显示器J1的10 脚与单片机AT89S51的36脚相连；液晶显示器J1的11脚与单片机AT89S51的35脚相连； 液晶显示器J1的12脚与单片机AT89S51的34脚相连；液晶显示器J1的13脚与单片机 AT89S51的33脚相连；液晶显示器J1的14脚与单片机AT89S51的32脚相连；液晶显示器 J1的15脚与单片机AT89S51的26脚相连；液晶显示器J1的16脚与单片机AT89S51的25 脚相连；液晶显示器J1的17脚与单片机AT89S51的24脚相连。
[0007] -种空中障碍物示警装置的控制方法，所述控制方法的具体步骤如下： Step 1、初始化； Stepl. 1、配置基本单片机寄存器与中断模式； St印1. 2、设置超声波检测通讯模式为串行通讯； St印1. 3、设置波特率为9600bps ; Step2、超声波传感器检测数据； Step2. 1、单片机等待中断； Step2. 1. 1、未中断，继续等待； Step2. 1. 2、中断，单片机开始接受数据，数据处理，中断结束，返回Step2. 1，单片机等 待下一次中断； St印3、数据处理及报警； Step3. 1、单片机接受到超声波传感器2返回数据S ; St印3. 2、根据正弦定理沒=Sxsm 6 ,计算出高度丑，然后用已知超声波离地面的高 度A和计算出的高度/￡相加得到物体距离地面的高度，其中6为超声波传感器2与地平线 保持固定角度。
[0008] Step3. 3、物体距离地面的高度与车辆高度值进行比较判断； Step3. 3. 1、物体距离地面的高度比设定的车辆高度值小，不能通过，报警提示司机不 能通过； Step3. 3. 2、物体距离地面的高度比设定车辆高度值大，可以通过，返回Step2 ; Step4、数据显示； St印4. 1、12864液晶初始化； Step4. 1. 1、设置通讯方式为并行通讯，延时5ms ; Step4. 1. 2、设置通讯方式为并行通讯，延时5ms ; Step4. 1. 3、设置显示开/关及光标，延时5ms ; St印4. 1. 4、设置以字符串方式输出，延时5ms ; Step4. 1. 5、显示清屏，延时5ms ; St印4. L 6、设置地址计数器，初始化结束； Step4. 2、单片机发送物体距离地面的高度数据给液晶显示器； Step4. 3、显示物体距离地面的高度数据；返回Step2 ; Step5、程序循环执行，不停采集超声波传感器2返回数据与显示物体距离地面的高度 数据，完成实时检测。
[0009] 本发明的工作原理是： 所述空中障碍物示警装置的硬件组成工作原理为：超声波传感器2为US-100超声波 测距模块。可实现〇~4. 5m的非接触测距功能，拥有2. 4~5.5V的宽电压输入范围，静态功 耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO,串口等多种通信方式， 内带看门狗，工作稳定可靠。超声波传感器2与处理显示装置4相连，超声波传感器2实时 检测到障碍物，将数据返回给处理显示装置4进行处理，处理显示装置4为单片机处理，如 图1所示，超声波传感器2与地平线保持固定角度0角安装，超声波传感器2测到的距离为 S，超声波传感器与障碍物的垂直距离为H，超声波传感器离地面的高度A为已知， 单片机接受到数据后进行处理，将数据以高度的形式显示到12864液晶显示上，当距 离可以通过时，正常显示数据，当采集到不能通过时，单片机控制发光二极管闪烁报警，提 示司机不可通过，避免事故发生； 所述空中障碍物示警装置的单片机控制处理方法如下： Step 1、初始化； Stepl. 1、配置基本单片机寄存器与中断模式； St印1. 2、设置超声波检测通讯模式为串行通讯； St印1. 3、设置波特率为9600bps ; Step2、超声波传感器检测数据； Step2. 1、单片机等待中断； Step2. 1. 1、未中断，继续等待； Step2. 1. 2、中断，单片机开始接受数据，数据处理，中断结束，返回Step2. 1，单片机等 待下一次中断； St印3、数据处理及报警； Step3. 1、单片机接受到超声波传感器2返回数据S ; St印3. 2、根据正弦定理沒=Sxsm 0 ,计算出高度好，然后用已知超声波离地面的高 度A和计算出的高度//相加得到物体距离地面的高度，其中5为超声波传感器2与地平线 保持固定角度。
[0010] Step3. 3、物体距离地面的高度与车辆高度值进行比较判断； Step3. 3. 1、物体距离地面的高度比设定的车辆高度值小，不能通过，报警提示司机不 能通过； Step3. 3. 2、物体距离地面的高度比设定车辆高度值大，可以通过，返回Step2 ; Step4、数据显示； St印4. 1、12864液晶初始化； Step4. 1. 1、设置通讯方式为并行通讯，延时5ms ; Step4. 1. 2、设置通讯方式为并行通讯，延时5ms ; Step4. 1. 3、设置显示开/关及光标，延时5ms ; St印4. 1. 4、设置以字符串方式输出，延时5ms ; Step4. 1. 5、显示清屏，延时5ms ; St印4. L 6、设置地址计数器，初始化结束； Step4. 2、单片机发送物体距离地面的高度数据给液晶显示器； Step4. 3、显示物体距离地面的高度数据；返回Step2 ; Step5、程序循环执行，不停采集超声波传感器2返回数据与显示物体距离地面的高度 数据，完成实时检测。
[0011] 本发明的有益效果是： 1、一种空中障碍物示警装置，可以在汽车行驶过程中，遇到可能影响汽车通过的空中 障碍物时提前警示驾驶员减速，并告知驾驶员是否能顺利通过。
[0012] 2、本装置不仅可以用来保证汽车安全通过桥洞、立交桥、桥梁及其他空中障碍物， 防止汽车顶部撞到或卡在桥底，撞坏空中设施，还可以减少车身上出现的划痕。
[0013] 3、本发明结构简单，系统软硬件设计合理、抗干扰能力强、实时性良好，实用性强， 成本较低。
[0014] 4、本装置可以测试的范围很大，不仅可以测试汽车正前方的物体，还可以测试汽 车上方的物体，可以取代现在汽车上的为了避免碰撞而装的测距装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明应用整体示意图； 图2是本发明装置测距硬件连接图； 图3是本发明处理显示装置硬件图； 图4是本发明装置显示12864接线原理图； 图5是本发明主程序流程图； 图6是本发明串口中断子程序流程图； 图7是本发明数据处理程序流程图； 图8是本发明显示程序流程图。
[0016] 图1中各标号：1-汽车，2-超声波传感器，3-障碍物，4-处理显示装置。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0018] 实施例1 :如图1-8所示，一种空中障碍物示警装置，包括超声波传感器2、处理显 示装置4 ;所述处理显示装置4安装在汽车1内部，超声波传感器2安装在汽车1外部，超 声波传感器2与处理显示装置4相连； 所述超声波传感器2为US-100超声波测距模块，用于实现0~4. 5m的非接触测距功 能，拥有2. 4~5.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进 行校正，同时通信方式包括GPI0、串口通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠，超声波传感器 2通过RXD、TXD两个端口与单片机进行数据交换，超声波传感器2与地平线保持固定角度 5倾斜安装； 所述处理显示装置4包括电阻R1、电阻R2、可变电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、晶 振Υ1、二极管D1、单片机AT89S51、液晶显示器J1 ;其中电阻R1 -端与地相连，另一端与单 片机AT89S51的9脚相连；电阻R2-端与电源相连，另一端与二极管D1相连，二极管D1的 另一端与单片机AT89S51的1脚相连；电容C1 一端与地相连，另一端与晶振Υ1相连；电容 C2 -端与地相连，另一端与晶振Υ1相连；晶振Υ1 -端与单片机19脚相连，另一端与单片机 AT89S511的18脚相连；电容C3-端与电源相连，另一端与单片机AT89S51的9脚相连；可 变电阻R3-端与电源相连，另一端与液晶显示器J1的18脚相连，可变端与液晶显示器J1 的3脚相连；液晶显示器J1的4脚与单片机AT89S51的21脚相连；液晶显示器J1的5脚与 单片机AT89S51的22脚相连；液晶显示器J1的6脚与单片机AT89S51的23脚相连；液晶 显示器J1的7脚与单片机AT89S51的39脚相连；液晶显示器J1的8脚与单片机AT89S51 的38脚相连；液晶显示器J1的9脚与单片机AT89S51的37脚相连；液晶显示器J1的10 脚与单片机AT89S51的36脚相连；液晶显示器J1的11脚与单片机AT89S51的35脚相连； 液晶显示器J1的12脚与单片机AT89S51的34脚相连；液晶显示器J1的13脚与单片机 AT89S51的33脚相连；液晶显示器J1的14脚与单片机AT89S51的32脚相连；液晶显示器 J1的15脚与单片机AT89S51的26脚相连；液晶显示器J1的16脚与单片机AT89S51的25 脚相连；液晶显示器J1的17脚与单片机AT89S51的24脚相连。
[0019] 一种空中障碍物示警装置的控制方法，所述控制方法的具体步骤如下： Step 1、初始化； Stepl. 1、配置基本单片机寄存器与中断模式； St印1. 2、设置超声波检测通讯模式为串行通讯； St印1. 3、设置波特率为9600bps ; Step2、超声波传感器检测数据； Step2. 1、单片机等待中断； Step2. 1. 1、未中断，继续等待； Step2. 1. 2、中断，单片机开始接受数据，数据处理，中断结束，返回Step2. 1，单片机等 待下一次中断； St印3、数据处理及报警； Step3. 1、单片机接受到超声波传感器2返回数据S ; St印3. 2、根据正弦定理= *? Xsm 0 ,计算出高度孖，然后用已知超声波离地面的高 度A和计算出的高度//相加得到物体距离地面的高度，其中β为超声波传感器2与地平线 保持固定角度； Step3. 3、物体距离地面的高度与车辆高度值进行比较判断； Step3. 3. 1、物体距离地面的高度比设定的车辆高度值小，不能通过，报警提示司机不 能通过； Step3. 3. 2、物体距离地面的高度比设定车辆高度值大，可以通过，返回Step2 ; Step4、数据显示； St印4. 1、12864液晶初始化； Step4. 1. 1、设置通讯方式为并行通讯，延时5ms ; Step4. 1. 2、设置通讯方式为并行通讯，延时5ms ; Step4. 1. 3、设置显示开/关及光标，延时5ms ; St印4. 1. 4、设置以字符串方式输出，延时5ms ; Step4. 1. 5、显示清屏，延时5ms ; St印4. L 6、设置地址计数器，初始化结束； Step4. 2、单片机发送物体距离地面的高度数据给液晶显示器； Step4. 3、显示物体距离地面的高度数据；返回Step2 ; Step5、程序循环执行，不停采集超声波传感器2返回数据与显示物体距离地面的高度 数据，完成实时检测。
[0020] 上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实 施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下 作出各种变化。
【权利要求】
1. 一种空中障碍物示警装置，其特征在于：包括超声波传感器（2)、处理显示装置（4); 所述处理显示装置（4)安装在汽车（1)内部，超声波传感器（2)安装在汽车（1)外部，超声 波传感器（2)与处理显示装置（4)相连； 所述超声波传感器（2)为US-100超声波测距模块，用于实现0~4. 5m的非接触测距 功能，拥有2. 4~5.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果 进行校正，同时通信方式包括GPIO、串口通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠，超声波传感 器（2)通过RXD、TXD两个端口与单片机进行数据交换，超声波传感器（2)与地平线保持固 定角度6倾斜女装； 所述处理显示装置（4)包括电阻R1、电阻R2、可变电阻R3、电容C1、电容C2、电容C3、 晶振Y1、二极管D1、单片机AT89S51、液晶显示器J1 ;其中电阻R1 -端与地相连，另一端与 单片机AT89S51的9脚相连；电阻R2 -端与电源相连，另一端与二极管D1相连，二极管D1 的另一端与单片机AT89S51的1脚相连；电容C1 一端与地相连，另一端与晶振Y1相连；电 容C2 -端与地相连，另一端与晶振Y1相连；晶振Y1 -端与单片机19脚相连，另一端与单 片机AT89S511的18脚相连；电容C3-端与电源相连，另一端与单片机AT89S51的9脚相 连；可变电阻R3 -端与电源相连，另一端与液晶显示器J1的18脚相连，可变端与液晶显 示器J1的3脚相连；液晶显示器J1的4脚与单片机AT89S51的21脚相连；液晶显示器J1 的5脚与单片机AT89S51的22脚相连；液晶显示器J1的6脚与单片机AT89S51的23脚相 连；液晶显示器J1的7脚与单片机AT89S51的39脚相连；液晶显示器J1的8脚与单片机 AT89S51的38脚相连；液晶显示器J1的9脚与单片机AT89S51的37脚相连；液晶显示器J1 的10脚与单片机AT89S51的36脚相连；液晶显示器J1的11脚与单片机AT89S51的35脚 相连；液晶显示器J1的12脚与单片机AT89S51的34脚相连；液晶显示器J1的13脚与单 片机AT89S51的33脚相连；液晶显示器J1的14脚与单片机AT89S51的32脚相连；液晶显 示器J1的15脚与单片机AT89S51的26脚相连；液晶显示器J1的16脚与单片机AT89S51 的25脚相连；液晶显示器J1的17脚与单片机AT89S51的24脚相连。
2. 一种空中障碍物示警装置的控制方法，其特征在于：所述控制方法的具体步骤如 下： Step 1、初始化； Stepl. 1、配置基本单片机寄存器与中断模式； St印1. 2、设置超声波检测通讯模式为串行通讯； St印1. 3、设置波特率为9600bps ; Step2、超声波传感器检测数据； Step2. 1、单片机等待中断； Step2. 1. 1、未中断，继续等待； Step2. 1. 2、中断，单片机开始接受数据，数据处理，中断结束，返回Step2. 1，单片机等 待下一次中断； St印3、数据处理及报警； Step3. 1、单片机接受到超声波传感器（2)返回数据S ; St印3. 2、根据正弦定理,计算出高度//，然后用已知超声波离地面的高 度A和计算出的高度/?相加得到物体距离地面的高度，其中6为超声波传感器（2)与地平 线保持固定角度； Step3. 3、物体距离地面的高度与车辆高度值进行比较判断； Step3. 3. 1、物体距离地面的高度比设定的车辆高度值小，不能通过，报警提示司机不 能通过； Step3. 3. 2、物体距离地面的高度比设定车辆高度值大，可以通过，返回Step2 ; Step4、数据显示； St印4. 1、12864液晶初始化； Step4. 1. 1、设置通讯方式为并行通讯，延时5ms ; Step4. 1. 2、设置通讯方式为并行通讯，延时5ms ; Step4. 1. 3、设置显示开/关及光标，延时5ms ; St印4. 1. 4、设置以字符串方式输出，延时5ms ; Step4. 1. 5、显示清屏，延时5ms ; St印4. L 6、设置地址计数器，初始化结束； Step4. 2、单片机发送物体距离地面的高度数据给液晶显示器； Step4. 3、显示物体距离地面的高度数据；返回Step2 ; Step5、程序循环执行，不停采集超声波传感器（2)返回数据与显示物体距离地面的高 度数据，完成实时检测。
【文档编号】B60R16/023GK104290661SQ201410477713
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】刘小建, 詹跃东, 梁子龙, 唐鲲 申请人:昆明理工大学