汽车智能测距防撞系统设计.docx

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汽车智能测距防撞系统设计

汽车智能测距防撞系统设计

摘要

汽车智能防撞系统具有有效地提高汽车驾乘人员的安全性、显著地减轻驾驶者的工作负担，使驾车既安全又不易疲劳等诸多优点而受到越来越广泛的重视。

本次设计设计了一种以单片机AT89C51和CX20106为核心低成本、微型化，并有数字显示和报警功能的汽车智能测距防撞系统。

首先，本文概述了超声波和超声波传感器的基本原理和特点。

其次，本文分析了系统组成电路的基本工作原理。

最后，本文对系统控制软件进行了设计，给出了控制程序。

在附录中，本文还将给出一些设计的程序和电路图，供参考之用。

关键词：

汽车，安全性，测距技术，防撞，超声波

TheDesignOfAutomotiveIntelligent Ranging collisionavoidancesystem

Abstract

Authot：

zhaolei

Tutor：

dongxuefeng

Automotiveradartoimprovethesafetyofvehicleoccupants,andsignificantlyreducetheworkloadofthedriver'sdrivingsafeandeasyfatiguethemanyadvantagesofbeingmoreandmoreattention.InthispaperIdesignakindofAutomotiveIntelligent Ranging collisionavoidancesystemwhichisusemicrocontrollerAT89C51andCX20106ascore.Thisdesignnotonlylow costandminiaturization,butalsocandisplaynumbersandhavethefunctionofalarm.

Atfirst,Iwillintroducethebasicprincipleandcharacteristicsofultrasonicandultrasonicsensors.

Thesecond,Iwilldescribetheprincipleofcorecomponentsinthissystem.

Atlast,Iwilltalkabouttheprogramdesign.

Atthesupplement,Iwillwritesomethinglikeprogramandcircuitdiagram.Itbehelpfulforfuturedesign.

Keywords：

Cars,safety,distancemeasuringtechnology,anti-collisionradar

1绪论

曾几何时，汽车对很多家庭来说是不敢想象的。

但随着社会生产力的发展和经济水平的大幅度提高，让百姓的收入日益鼓胀，解决了温饱问题的家庭开始走向小康，表现得最明显的是交通工具的升级换代上：

一些家庭开始购买汽车作为自己的代步工具。

近几年我国汽车保有量逐年增加，2009年的保有量为6300万辆，2010年达到7400多万辆。

按保守估计，未来国内汽车保有量能够达到4.9亿辆左右，即大约350辆/千人。

对于汽车数量的大副度攀升，尽管国家在公路设施上不断地改进，但道路上的车辆仍然还是越来越多，尤其在上下班时段完全避免不了公路上汽车拥挤的现状。

再加上在汽车设计上车速的不断提高，虽然公路上各路段都有限速，但撞车事件仍然在广大人民的生活中屡屡发生，给人们带来了巨大的人身伤亡和社会财产的损失。

针对汽车拥挤的现状，设计一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞报警系统对当今现状是势在必行的。

汽车防撞系统是一种向司机的报警装置，此防撞报警系统能将在汽车行驶和倒车过程中自动检测障碍物，然后通过超声波测距原理测出汽车与障碍物之间的距离，并将距离显示出来，当汽车与障碍物之间的距离达到极限时。

系统发出声光报警，达到提醒司机防止撞车的目的。

1.1汽车防撞研究的背景及意义

随着社会经济发展的不断进步，汽车的数量逐年增加，汽车拥挤的现状不可避免，而在汽车拥挤的情况下，恶性事故屡屡发生，时刻威胁着人们的安全。

我国交通事故的年死亡人数远高于他国，分别是美国的2.3倍、德国的18.4倍、日本的13.4倍。

当现代家庭充分的享受汽车带来方便的同时，也为此付出了沉重的代价。

据统计，我国自2010年至2010年，已有150多万人死于道路交通事故，其中大部分的道路交通事故为汽车追尾碰撞事故。

面对当今这种现状，设计出一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞报警系统势在必行[1]。

防撞预警自动测量的技术应运而生，尤其非接触式测量技术发展卓越。

在大多情况下，测量与障碍物之间的距离是不能够接触到障碍物的，在这种时候就会用到非接触式测量设备。

在物理学中人们发现了电子学技术产生的超声波后，从此超声波技术在测量领域得到了广泛的运用，尤其是在超声波测距方面，结合了其他技术，用超声波测距变得十分常用。

超声波在介质中传播的距离较远，分辨力较高，且能量消耗小，利用超声波测距比较方便而且速度快计算简单，容易做到实时控制，并且测量精度好，都能够达到工业测量的需要。

因此超声测距广泛应用于当今生活中，特别是应用于超声波测距方面。

超声波测距利用的是声波反射原理，声波在空气中传播避免了与介质接触。

与其它测距方式相比，超声波测距不受颜色、光线和电、磁场的影响，使他受到干扰的可能大幅度减少。

它还具有可靠性能高、结构简单、价格便宜、安装方便等优点。

也能够测量处于黑暗、烟雾、有灰尘、电磁干扰等恶劣环境中的障碍物。

但由于超声波传播时温度对声速影响比较大，使超声测距的精确度到了影响，在这里可以采用温度补偿进行校正，能够消除温度对其的影响。

1.2汽车防撞系统的应用

60年代人们开始考虑把主要用于军事领域的雷达技术应用到商用车辆交通工具上，以提高汽车驾乘人员的安全性。

经过多年的研究，这一构想成为现实，雷达传感器被认为是很值得采用的汽车安全控制装置。

与其它技术如红外、激光、视频等在汽车传感器上的应用相比，雷达技术的全天候和穿透黑暗的能力，特别适用于汽车领域。

经济实用的汽车雷达除了能有效地提高汽车驾乘人员的安全性，还能显著地减轻驾驶者的工作负担，使驾驶既安全又不易疲劳。

1.3汽车防撞系统的基本功能

（1）近距离辅助测障

一种最简单的汽车防撞应用，主要用于汽车倒车时探测车后的障碍物，使驾驶者有清晰的路程。

（2）碰撞告警

探测汽车前向或侧向的障碍物，检测到构成碰撞危险的目标后，通过声光报警装置向驾驶者发出警告，使其尽快采取避碰措施，以保证行车安全。

（3）行车间距自功控制

根据交通状况和路面条件，输入距离信息，自动调整车速，与前面的汽车保持安全距离，从而使交通更畅通，节省能源。

（4）防撞自动制动

汽车防撞系统的扩展应用，在紧急情况下自动刹车。

1.4汽车智能测距防撞的发展前景

电子技术在汽车上的应用已成为汽车向智能化控制方向发展的重要手段。

因而，提高汽车行驶安全性的电子产品的消费市场也将随之扩大，这对于汽车智能测距防撞的发展是极具经济前景的。

1.4.1技术支持

近些年来，科学技术的进步，使电子元器件性能大幅度提高，而价格却不断下降，尤其是硅芯片的大规模集成、超级计算机的出现以及毫米波技术、雷达技术的新进展，为今后开发低成本的汽车雷达提供了技术保障。

1.4.2发展方向

汽车防撞系统的发展方向因各国研制的侧重点不同而有所差异。

目前，美国主要侧重于碰撞报警/防撞系统，而欧洲各国则注重于自适应智能行驶系统的雷达传感器的研究。

对于前者，提高雷达地形图处理能力，消除虚警是技术关键。

对于后者这种行车间距自动控制系统，其角度分辨率还不高，要继续改进天线的性能，提高角分辨率，研究准光学波束控制方法，下一代系统在测定距离和接近速度的同时还具有方位角度测量能力，可以在不对前视角约为12度的范围内进行波束转换的情况下，提供多目标的瞬时方位角度数据；此外，增加其功能度，向具有探测静目标能力的更复杂的系统方向发展，增加报警功能，最后向着免除撞车系统发展。

总之，汽车测距防撞系统是朝着智能化、价格低廉的方向发展。

在商用车辆上采用的集成电路系统中，汽车测距防撞系统与目标导向交通控制系统、通信系统及汽车的其它机械和电子系统相配合，在有碰撞危险时自动发出警告和自动刹车，在前方无障碍时自动加速。

除了解决汽车安全行驶的问题，还能在同样路宽的情况下，允许较多的车辆运行，增加交通密度。

随着性能的不断完善和功能的扩展，汽车测距防撞系统在未来智能化汽车上的应用会更加广泛[12]。

2超声波测距技术

2.1概述　

在车辆测距防撞系统中，需要及时采集环境信息，以实现避障、定位、导航等任务，这些任务必须依靠能实时感知环境信息的传感器来完成。

视觉、红外、激光、超声波等传感器都在车辆测距防撞系统中得到实际应用。

由于探测传感器为集多种学科一身的产品，有些方面还在探索之中，随着探测传感器的进一步完善，车辆测距防撞系统的功能将越来越强，将在更多的领域为人们做出更大贡献。

在车辆测距防撞系统的研究中，环境信息的采集是研究的关键问题之一。

距离测量为车辆测距防撞系统提供了周围环境的二维和三维信息，是车辆测距防撞系统中不可缺少的组成部分。

车辆测距防撞系统可以根据这些距离信息进行实时避障、导航和执行特定任务。

通常，对获取这类环境的传感器有两方面的要求：

一方面，需要有足够大的视场来覆盖整个工作区；另一方面，需要有较高的采集速率以保证在运动的环境中提供实时的信息[2]。

2.2测距传感器的分类　

2.2.1红外和光电传感器

这类测距传感器是依靠红外线或其他不可见光的直线传播特性。

通过光敏元件来发射和接收信号，从而判断障碍物的存在与否。

由于光线的传播速度极快，通常难以通过简单的装置估算其传播距离，因此在简单、低成本的应用中，这类传感器也主要用于状态的判断（障碍物的有无、物料是否到位、液面是否过高等）而无法实现对距离的实时测量。

2.2.2超声波测距传感器

超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性——反射、折射、干涉、衍射、散射。

超声波测距即是利用其反射特性。

关于超声波测距，成本低廉，性能可靠，使得本技术更易于推广应用。

超声波传感器是将两个压电元件（或一个压电元件和一片金属片）粘合在一起，称为双压电晶片（由一个压电元件构成的称单压电晶片）。

超声波射在压电晶片上，使压电晶片振动会产生电压信号。

反之，在压电晶片加上电压会产生超声波。

由压电元件构成的超声波传感器的等效电路如图2.1所示。

图（a）为超声波传感器可等效为一个电感、电容和电阻串联的（共振）电路。

图（b）为其电抗特性，其左侧和右侧呈现电容性，中间部分呈现电感性。

利用这一特性构成了超声波传感器特有的电路。

超声波传感器有两个共振频率，低频的共振频率fT叫串联共振频率，在电阻（R），电感（L）和电容（C1）的串联电路中振荡。

这时的传感器阻抗最低；而在高频处的共振频率fa为逆共振频率，在L、C1和C0的并联电路中产生共振。

（a）等效电路（b）电抗特性

图2.1超声波传感器等效电路和电抗特性

发射超声波在串联共振频率上具有最高灵敏度。

超声波传感器有两个共振频率，发射超声波传感器的灵敏度在串联共振频率fT上最高。

接收超声波传感器在逆共振频率fa上具有最高灵敏度。

接收检测超声波传感器AT89C2051的标称为40kHz，与前者相反，在逆共振频率上接收灵敏度最高。

超声波传感器可以分为如下几种类型：

（1）通用型：

超声波传感器频带宽