一种汽车前后车距监测预警系统的制作方法

本发明涉及光学、电子测控技术领域，特别是涉及一种汽车前后车距监测预警系统。

背景技术：

随着社会经济的发展,越来越多的人拥有了私家车,但城镇道路的发展速度滞后于汽车的增长速度，城镇交通愈加拥挤；部分驾驶员驾驶技术不熟练,追尾、擦碰等汽车事故发生率逐年增加，尤其是上下班高峰期的城市拥堵路段，低速擦碰的情况更为普遍。其主要原因是车辆多、信号灯变化频繁、驾驶员视野不良,导致驾驶员难以预先判断前后方车辆的运动变化情况，无法通过肉眼准确判断车辆之间的距离；同时，由于不同类型汽车的外观和性能各不相同，进一步增加了车辆间距离估计的难度。

如果在事故发生之前,驾驶员能够得到及时提醒,并采取相应的措施,绝大多数的交通事故就可以避免。因此，作为主动式车辆安全系统之一的车辆防碰撞系统已受到国内外汽车研究人员的高度重视。汽车防碰撞系统是一种可以向驾驶员预先发出视听告警信号的探测装置。它安装在汽车上,能探测接近汽车的行人、车辆、或周围障碍物,并向驾驶员和乘员提前发出即将发生碰撞危险的信号,促使驾驶员采取应急措施来应付特殊险情,避免损失。

现有低速防撞系统主要用于倒车和泊车,只能测出后方大体积障碍物到车体的距离，未考虑汽车在拥挤道路上低速行驶的情况。同时，目前的低速防撞系统成本较高,大多用于中高档车,未能在低档车上得到普及。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种成本低廉，能实时、可靠监测驾驶车辆移动时与前后方汽车间距的大小并及时预警的系统。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种汽车前后车距监测预警系统，其特征在于:包括成像模块、传感器模块、信号处理模块和报警模块；

所述成像模块包括凸透镜和接收屏；所述凸透镜与接收屏之间的距离固定为像距v；所述凸透镜与前车或后车的车牌照之间的距离为可变的物距，安全物距为u；凸透镜的焦距为f；

根据所述车牌照上的白字和黑字的大小，设定白字检测高度为wb、黑字检测高度为wh；对应的白字成像高度为对应的黑字成像高度为

所述传感器模块包括两个黑白线检测传感器；所述接收屏平行于焦平面；所述接收屏上存在一条与凸透镜主光轴相互垂直的水平参考线；所述接收屏上存在平行于水平参考线的监测线i和监测线ii；所述监测线i与参考线之间的距离为xb/2，所述监测线ii与参考线之间的距离为xh/2；其中一个黑白线检测传感器监测白线的界限为监测线i，另外一个黑白线检测传感器监测黑线的界限为监测线ii；

所述信号处理模块包括一个单片机；当黑白线检测传感器监测到黑白线后，向信号处理模块传递信号；所述信号处理模块控制报警模块发出报警信号。

与传统汽车防撞系统相比，本发明利用凸透镜成像原理，将光学透镜成像和电子监测处理技术相结合，在保证通用性、低成本的前提下，达到了实时、可靠监测驾驶车辆与其前后汽车的间距并预警的要求。

进一步，所述安全的物距为u大于凸透镜的2倍焦距。

进一步，所述像距v大于凸透镜的焦距，小于凸透镜的2倍焦距。

进一步，在车头处安装两个用于监测前车车距的监测预警系统；这两个系统中，凸透镜的中心的离地高度h分别为93cm和54cm，其实际检测高度范围分别为93±10cm和54±10cm。

进一步，在车尾处安装一个用于监测后车车距的监测预警系统；这个系统中，凸透镜的中心的离地高度h为47cm，其实际检测高度范围为47±10cm。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：根据光学透镜成像原理，将车牌字符成像的大小作为衡量前后车辆车距远近的依据，并通过感光传感器将成像大小的信息转化为电信号，确定了输入单片机中的特征参量，并建立不同输入信号与不同车距过小情况之间的对应关系。本发明能实时监测驾驶车辆与其前后车辆的车距变化，当车距过小时，能及时、准确地发出警告信号，促使驾驶员做出更为合理的判断，最大限度的避免事故发生。

附图说明

图1是本发明的一种汽车前后车距监测预警系统的流程图。

图2是本发明的一种汽车前后车距监测预警系统的光学监测模块原理图。

图3是本发明的一种汽车前后车距监测预警系统的光学接收屏正面示意图。

图4是本发明的一种汽车前后车距监测预警系统的电子硬件工作流程图。

图5是本发明的一种汽车前后车距监测预警系统的电子预警模块原理图(输入信号代表传感器)。

图6是本发明的一种汽车前后车距监测预警系统的装置安装于车辆前后位置示意图。

图7是本发明的一种汽车前后车距监测预警系统的黑白线检测传感器tk-20接线图。

图中：a为接收屏、b为凸透镜、c为车牌照上的字体，d为接收屏上的字体(实像)、ck为参考线、i为监测线i、ii为监测线ii、a为车牌白字的监测高度、b为车牌黑字的监测高度、f1-f6为设备中6个传感器的输入信号、d1-d4为不同车距过近情况时的指示灯。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

一种汽车前后车距监测预警系统，其特征在于:包括成像模块、传感器模块、信号处理模块和报警模块；

所述成像模块包括凸透镜和接收屏；所述凸透镜与接收屏之间的距离固定为像距v；所述凸透镜与前车或后车的车牌照之间的距离为可变的物距，安全的物距为u；可以确定的是，车辆在行驶过程中，特别是在低速行驶时与前后车辆的最小安全距离约为2米，即u＝2m；

借助光学中凸透镜成像原理，可以由最小安全距离及车牌字符大小，来确定字符成像的极限大小，由此确定黑白线检测传感器监测的范围。由透镜公式求得允许前后车距最小时的像距v，由此也确定了接收屏距离凸透镜的位置，再根据之前统计得到的车牌字符大小作为物高，结合公式求得在接收屏上成像高度的最大值，以此作为黑白线检测传感器的监测范围。

具体地，我国民用轿车及suv等车型的车牌为蓝底白字，车牌本身高140mm宽440mm、白字高90mm宽45mm，且前后一致；载货、载客汽车等车型的车牌为黄底黑色，汽车前部车牌本身高140mm宽440mm、黑字高90mm宽45mm，汽车后部车牌本身高220mm宽440mm、黑字高110mm宽65mm。于是在图3中，测量不同颜色字体的范围是不一样的(b>a)，如图5中，安装于汽车前后的6个黑白线检测传感器对于不同字体的反应是不同的，分别对应于与单片机连接的6个输入信号f1-f6，通过d1-d4四个led分别表示与车前的小型车车距过近、与车前的大型车车距过近、与车后的小型车车距过近和与车后的大型车车距过近四类情况，并且可以通过不同频率的输出信号控制喇叭发出不同警告从而与led对应。借此能分辨不同车型和前后方向。

图6中，汽车前部和汽车后部装置的安装方式不同主要由本实施例最佳观测位置决定，可见表1常见车型前后车牌下端距地面高度

表1常见车型前后车牌下端距地面高度(单位cm)

对于驾驶车辆前部装置应测其他车辆后部车牌，而驾驶车辆后部装置应测其他车辆前部车牌，从表中可以粗略统计得到汽车后部车牌高度约为45cm和80cm，而汽车前部车牌高度约为40cm，再结合不同类型车辆前后车牌本身的高度，在考虑一定误差的前提下，为了让装置镜头的中心直接对应被观测物体的中心，最终确定了如图6的最佳观测位置安装方案。即实施例中，在车头处安装两个用于监测前车车距的监测预警系统；这两个系统中，凸透镜的中心的离地高度h分别为93cm和54cm，基于凸透镜的成像原理和单片机的信号处理功能，这两个系统的实际检测范围分别为93±10cm和54±10cm。在车尾处安装一个用于监测后车车距的监测预警系统；这个系统中，凸透镜的中心的离地高度h为47cm，基于凸透镜的成像原理和单片机的信号处理功能，该系统的实际检测范围为47±10cm。

综上所述，实施例中，凸透镜的焦距为f＝2.8mm；像距v＝2.804mm。根据所述车牌照上的白字和黑字的大小，确定白字检测高度为wb＝90mm。由于前后黄色车牌的字体大小不一，因此，黑字检测高度为wh＝90mm(系统安装于车头时)或110mm(系统安装于车尾时)；对应的白字成像高度为对应的黑字成像高度为

由常见车型车牌的统计中可以得出现有车牌多为黄底黑字和蓝底白字或黑底白字，依此选择可以精确辨别黑白颜色并受可见光干扰小、处理信号简单的黑白线检测传感器tk-20作为电子检测部件；因此，所述传感器模块包括两个黑白线检测传感器；所述接收屏平行于焦平面；所述接收屏上存在一条水平的参考线，这条参考线与凸透镜的主光轴相互垂直(可以是接收屏的中线)；所述接收屏上存在平行于参考线的监测线i和监测线ii；所述监测线i与参考线之间的距离为xb/2，所述监测线ii与参考线之间的距离为xh/2；其中一个黑白线检测传感器监测白线的界限为监测线i，另外一个黑白线检测传感器监测黑线的界限为监测线ii；

所述信号处理模块包括一个单片机；当黑白线检测传感器监测到黑白线后，向信号处理模块传递信号；所述信号处理模块控制报警模块发出报警信号。即当车距到达最小安全距离时，黑白线检测传感器监测到车牌字符的黑线/白线，发出相应的高/低电平，以此来给单片机的i/o口输入信号，并由单片机的编程功能来减小误差，保证在大多数情况下可以做到当车距小于2m时控制led、蜂鸣器或语音模块发出警告信号。借助声光信号来提示驾驶员车距过小，达到预警目的。并且由不同的发光二极管配合不同的声音信号可以分别反应驾驶车辆前或后以及和不同类型车牌汽车间距过小的各类情况，帮助驾驶员及时、清楚地做出判断。