单片机的智能汽车防撞毕业设计论文.doc

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长春工程学院毕业设计（论文）

目录

1引言 1

1.1选题研究背景、目的及意义 1

2总体方案论证 4

2.1测距系统方案比较与选择 4

2.2测速系统方案的确定 5

2.3汽车防撞报警器的总体方案设计 6

2.4汽车防撞安全模型的建立 7

3超声波测距系统简介 9

3.1超声波的应用和发展现状 9

3.2超声波测距的工作方式 9

3.3超声波测距原理 10

4系统的硬件设计 12

4.1单片机控制系统设计工具平台简介 12

4.2系统各部分的硬件设计 14

5系统软件设计 22

5.1系统软件原理及程序流程图 22

5.2各部分电路程序设计 23

6总结 29

参考文献 31

谢辞 32

附录一 33

附录二 47

46

1引言

1.1选题研究背景、目的及意义

1.1.1课题研究背景

据初步统计，汽车交通事故造成的人员死亡在这100年内大约有2千多万人。

这个数字比第一次世界大战死亡人数1700万超出300多万人，是第二次世界大战死亡人数3760万的一半多。

在美国，从1872年埃巴斯生产蒸汽汽车以来至1994年共有304万人死于汽车交通事故，这个数据约为美国1872年以来战争中死亡人数（117.5万人）的3倍，同期汽车交通事故中受伤3亿人，是过去200年间在战争中受伤人数（145万人）的200多倍。

1990年全球有统计纪录的汽车交通事故损失为1370亿美元，1993年达5000亿美元，相比之下1995年日本的阪神大地震经济损失为1000亿美元。

可见对人类来说，汽车交通事故的总体伤害与经济损失规模已大于任何一种自然或其它社会灾害所造成的损失规模。

全球道路安全形势十分严峻。

2004年，在法国举行的由世界卫生组织组办的世界卫生日首次以道路交通安全为主题。

目前，全世界每年死于车祸的人数达120万人，伤残5000万人，直接经济损失5000多亿美元。

据预测，到2020年，道路交通死亡人数将达234万人，道路交通伤害在人类死亡和致病原因中排名第三，远在艾滋病、结核病、上呼吸道感染等疾病之前。

值得指出的是，在所有道路交通伤害事故中，中等和低收入国家占90%，而且这一趋势还在继续上升。

法国人惊呼，车祸这种“城市文明病”每年可以摧毁一座尼斯城。

1986年圣诞节前夕，巴黎市发出了“救救巴黎”新方案，即巴黎副市长勃罗什提出的解决巴黎交通计划。

日本则把城市车祸称为“交通地狱”。

与世界各国相比，我国的道路交通事故就更为严重。

2000～2003年，汽车保有量按年均近500万量的数目增长，道路交通死亡人数年均超过10万，年均受伤人数50多万，年均经济损失约30亿人民币，下面是2001年以来全国交通事故数据统计：

2001年，全国公安交通管理部门共受理道路交通事故案件75.5万起，事故共造成10.6万人死亡，平均每天因交通事故死亡的人数已达300人，直接经济损失30.9亿元。

2002年，中国共发生道路交通事故77.3万起，造成10.9万人死亡、56.2万人受伤，直接经济损失33.2亿元。

2003年，全国共受理一般以上道路交通事故66.75万起，这些事故造成10.4万人死亡，直接经济损失33.7亿元。

03年死伤人数出现了10年以来的首次下降，其中“非典”期间事故下降明显。

2004年，中国道路交通事故死亡人数达9.4万人，居世界第一。

因驾驶员因素导致的交通事故占总数的89.8%，造成的死亡人数、受伤人数分别占到了总数的87.4%和90.6%。

2005年，全国共发生道路交通事故450254起，比2004年减少67635起，下降13.1%；造成9.9万人死亡，同比减少8339人，下降7.8%；造成469911人受伤，同比减少10953人，下降2.3%；直接财产损失18.8亿元，同比减少5.1亿元，下降21.2%。

2006年，全国共发生道路交通事故378781起，比上年下降15.9%。

自2000年以来，道路交通事故死亡人数首次回落到9万人以下，共造成89455人死亡，比上年下降9.4%。

2007年，全国共发生道路交通事故327209起，造成81649人死亡、380442人受伤，直接财产损失12亿元。

由此可见，随着交通工具的现代化和绝对数量的急剧增长，汽车交通事故已成为严峻的全球性社会问题。

虽然近两年有所下降，但是总体数目还是触目惊心。

世界上各发达的汽车工业国都在大力发展车辆安全技术，以减少车辆交通事故或避免车辆交通事故的发生。

所以研究智能汽车防撞报警系统刻不容缓。

1.1.2选题的目的及意义

在过去20～30年中，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面，汽车被动安全性能的提高，虽然明显地减少了乘员的受伤程度和财产损失程度，但并不能从根本上避免交通事故的发生和真正解决道路交通安全问题。

完善道路交通安全设施，健全道路交通法规，加强道路交通安全管理，以及提高交通参与者的安全意识等措施虽然也能够改善交通安全状况，但防患于未然的主动安全措施则无疑是最好的安全措施，方能真正的治理交通安全问题。

而当今随着城市车辆，尤其是私家车的增多，现代生活节奏加快，交通事故发生的频率也随之增加，为提高汽车运行的安全性，本文介绍一种单片机控制的汽车防撞报警系统。

该装置具有将单片机进行实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，可检测汽车运行中后方障碍物与汽车的距离及汽车车速，通过数显装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出警告声。

从而达到主动防范交通事故的发生，从本质上降低交通事故。

本文研究的汽车防撞控制系统能实现以上目标，它通过超声波对车辆行驶过程中的各种对车辆有危险的障碍物进行探测，通过控制单元对可能发生的危险碰撞做出相应的判断并实施报警，以帮助驾驶员处理行驶过程中所遇到的危险碰撞问题。

当探测到存在潜在碰撞危险时向驾驶员发出警报信号以提醒驾驶员采用转向、制动、减速等措施。

确保了防撞控制的可靠性。

2总体方案论证

2.1测距系统方案比较与选择

准确地测量车与障碍物间距离是智能汽车防撞报警系统开发的第一步，提高车间距离测量的精度是整个防撞系统可靠性的关键。

随着电子技术的发展，越来越多的距离测量装置安装到了汽车上，先后出现了机器视觉、激光雷达、红外线及超声波等测距方式，这些传感器均可对周边的环境进行非接触探测，以获取周边其他车辆或障碍物的距离、速度等信息。

但是由于各个测距传感器的最大测量距离、方向性、响应时间、成本、尺寸、环境适应性等各不相同，因此必须仔细研究以选择合适的测量方式。

1）机器视觉

测距用视频成像系统是以CCD（ChargeCoupledDevice电荷耦合器件）摄像机观测物体移动为基础的。

物体在被观测区域横向或上下方向移动就决定了物体的位置。

通常物体上需要有给图象处理软件提供物体行踪的可视条（如白色十字）。

实际距离的测量取决于预先输入的详细的所跟踪物体的几何信息。

它主要的优点是探测范围广、检测信息量大、能够遥测等，但是计算量大、系统的实时性较差，易受环境、气候影响、无法获得深度信息。

这种方式主要用于路径识别与跟踪、障碍物识别、驾驶员状态监测、驾驶员视角增强等。

由于成本高，对外界环境敏感，故在许多场合都不可能采用此项技术。

2）激光雷达

激光雷达有脉冲式和连续波式两种。

脉冲式激光雷达采用短的、大功率红外光脉冲，根据光脉冲所需的传播时间确定被测距离。

连续波激光雷达是把光调幅在约100MHz的正弦波上，根据发射光与反射光之间的相位差来推算被测距离（也称作相位法测距）。

脉冲激光雷达信号处理比较容易，其应用也最为普遍。

由于光束一般很集中，激光雷达主要用于大范围直线距离的测量。

激光雷达量程大、方向强且响应时间快，但成本高，易受外界环境（如能见度低、传感器表面有泥土等）影响。

同时，激光能量必须限制在人眼安全水平范围之内。

3）红外线

红外线对环境适应性好，体积小，重量轻，功耗低。

但它不能很准确地确定物体的距离，分辨率低，响应时间过长，因此主要用于障碍物探测，红外成像，红外夜视等。

响应时间过长使驾驶员得到的提前报警常常不足以躲避碰撞，这就限制了其在车辆碰撞报警系统的应用。

红外线式传感器是基于测量传感器附近物体所发射的热能来实现测距的。

红外线测距跟其它测距原理相同，都是根据发射波和反射波的总时间来确定障碍物的距离的，相比之下，技术上易于实现，测距系统的成本也比较低廉。

但是对障碍物位置的准确判断还存在隐患，在恶劣天气和长距离探测方面仍然不能满足公路防撞的要求，所以从性能上来看，红外测距是很不可取的。

本文开发的是适应能力强，能受到大众普遍接受的智能汽车防撞报警系统，考虑到高速公路上雾天和雨天发生的交通事故比较多，所选用的距离传感器必须在雨天、雾天和晴天都能够全天候的工作。

激光雷达、机器视觉探测方式虽然都能满足要求，但是从成本角度考虑的话都不适合，普遍推广难度有点大。

超声波是指频率在20kHz以上的机械振动波，它是针对障碍物测距的特殊要求而发展起来的一种测距方法。

超声波距离传感器一般采用独立的发射器和接收器，发射器由高频信号（40～80kHz）来激励。

测量发射一个超声波脉冲至接收到反射信号所用的时间间隔，便可简单地估计出被测物体的距离。

数据处理简单、快速，价格低。

与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。

对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。

因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。

特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高；而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。

所以用超声波测距完全符合我们的要求。

2.2测速系统方案的确定

自车速度通过自车上的转速传感器测得。

在整个系统中精确地测量汽车的转速是提高系统精度的关键。

由于汽车自身所带的转速表测量精度很差，故应对其转速传感器进行必要的选择和设计。

根据不同类型转速传感器输出信号大小的不同，可以采用不同方法将结果给单片机。

转速的测量方法有模拟式和数字式两种。

模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟电压量;而数字式可以采用光码器、光电式、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的是脉冲信号。

由于此系统的车速传感器的工作条件十分恶劣，发动机的热源、汽油、水、电火花放射以及其它的电磁波形成的电气环境较差，光电式、光码器、圆光栅易受到干扰，稳定性变差。

而霍尔转速传感器得到的是数字信号，抗干扰能力强，故本系统采用霍尔效应的转速传感器。

霍尔集成元件作为传感器具有精度高、灵敏度高、线性度好、体积小、频率响应宽、动态范围大、无触点等优点，故其测量变速器的转速是合适的。

将传感器的输入轴与汽车车速表驱动轴连接，该轴通过软轴与汽车变速器第二轴后端的车速里程表驱动涡轮轴相连，磁钢均匀地分布在传感器输入轴的周围。

根据霍尔效应，在控制电流恒定条件下，当传感器输入轴上的每个磁钢经过霍尔感应元件时，由于改变了磁通密度，便输出一个脉冲信号，将变速器输出轴的转速转换成频率与转速成正比的脉冲序列。

该脉冲经过适当的调理后，可直接送入单片机进行测试。

单片机对数据处理后，可得到变速器输出轴的转速。

2.3汽车防撞报警器的总体方案设计

汽车防撞报警系统是智能车辆的重要组成部分，是车载附加安全装置之一。

本系统以AT89C2051作为系统的主要控制单元，完成对系统数据的采集，并将采集到的数据进行计算和处理。

该报警器由控制系统、超声波发射电路、接收电路、测速电路、报警电路、LED显示电路组成，电路原理框图见图2-1