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1、汽车防撞系统河南理工大学毕业设计摘要自20世纪60年代以来,汽车技术已经步入了电子技术时代。品种繁多的传感器、电子控制单元、微处理器、存储器、I/O接口、执行机构、显示器和设计软件等已广泛应用于汽车设计制造领域,实现了极为复杂的多元控制功能,从而极大地推进了汽车技术性能的提升。在汽车使用安全方面,应用最为广泛的是汽车防抱死制动系统(ABS)。它是汽车上的一种主动安全装置,用于汽车制动时防止车轮抱死拖滑,以及提高汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离,充分发挥汽车的制动效能。以电子防抱死制动控制技术为代表的一大批新兴技术的应用,使汽车无论在使用和驾驶的安全性上,还是在日常的技术维

2、护上,都得到了很大的改进。随着人们物质生活水平的不断提高,追求更加安全、更加舒适的驾乘已经成为一种趋势。因此,进一步发展汽车电子技术,尤其是应用一些新兴的传感器技术,以达到汽车性能的最优化,最大程度地发挥汽车驾、乘、载的功能。在整个道路交通事故中，汽车追尾事故约占70%以上，有些大的群死群伤恶性交通事故，开始都是由于追尾剐蹭引起的。所以，人们越来越认识到防止追尾事故的重要性。道路交通事故是现代社会的一大公害，与之相关的先进安全技术研究日益受到重视。基于智能交通系统的汽车防撞系统是先进安全技术的一项重要内容，国内外相继开展了相关的研究。本文探讨和研究了一种智能化的汽车防撞系统，在正常行驶时，该系

3、统不报警，当自车与前车之间的距离小于所设定的安全距离并有可能发生碰撞时，该系统将发出报警信息并自动采取措施，以避免碰撞事故的发生。本文参考了相关参考数据，按照汽车在制动过程中的运动状态建立了比较实用、简单的安全距离模型。文中探讨了超声波测距测速的电路设计和软件设计。高速公路汽车防撞系统的研究符合国内外汽车智能化的发展趋势，该系统的应用可以保证高速运行车辆的安全性，提高公路运输效率，具有广泛的应用前景和经济前景。关键字：汽车技术 ；汽车防撞系统 ；声光报警 ；超声波测距 ；智能化AbstractSince the1960s,car technology has entered into elec

4、tronic technology age. A wide variety of sensors, the electronic control unit, micro processor, memory and I/O interface, actuators, display and design software have been widely used in car design manufacturing field. It Realized the extremely complex multivariate control function, thus greatly prom

5、oted the performance of the car technology promotion. In the security of car using, at present, the most widely used system is Anti-lock Braking System (ABS). It is a active safety device of a car, used in automobile braking prevent wheel lock drag slippery, and it improves the car braking process o

6、f the direction stability, steering control ability and shortens the braking distance, gives full play to the automobile braking performance.Because of the application of ABS, a representative of a large number of new technology,it greatly improves not only the safety of using and driving a car but

7、also the daily maintenance. As the improve of peoples material living level, the pursuit of more secure, more comfortable ride has become a trend. Therefore, further development of automobile electronic technology, especially the application of some new sensor technology, in order to achieve the per

8、formance of optimization, maximize a cars functions,.In the whole traffic accidents, rear-end accidents are above70%, some big death and injury of a group people in traffic accidents, is due to pileup at the beginning. So, people has given more and more attention to the importance of preventing the

9、pileup.Traffic accidents is a big problem in recent society,therefore, research and development of a kind of high performance car tracing cauda bull warning system become urgent.This paper explores and studies of an intelligent vehicle collision avoidance systems, in normal driving, the system does

10、not alarm when the distance from the vehicle in front is less than the safe distance between the set and the collision may occur when the The system will automatically send alarm information and take measures to avoid a collision. This reference to the relevant reference data, in accordance with the

11、 vehicle motion during braking to establish a more practical, simple safety distance model. The article discusses the velocity of ultrasonic distance measurement circuit design and software design. Freeway car collision avoidance system in line with the development trend of domestic and foreign auto

12、mobile intelligent, application of the system can guarantee the security of high-speed operation of the vehicle, improving the efficiency of road transport, has broad application prospects and economic outlook.Key Words: Automobile Technology; Automobile Collision Avoidance Systems; Sound and Light

13、alarms; Ultrasonic Ranging; Intelligence第一章 绪论1.1设计目的和意义随着现代社会公路建设的迅猛发展和汽车制造水平的不断提高，汽车的行驶速度在不断提高。在高速行驶状态下，恶劣的天气条件和来自驾驶员的不确定因素随时都可能引发恶性交通事故。几乎每一分钟都有交通事故的发生，每一分钟都有人员的伤亡，每一分钟都有财产的损失。交通事故已经成为了现代社会生活的重要话题，时刻威胁着我们的生命财产安全。预防交通事故是我们每一个人的责任和义务。据统计，以高速公路为例，追尾事故占交通事故总数的六成以上。本系统的目的就是利用现代电子技术来实现汽车驾驶的安全化，同时又尽量不影响

14、公路的通行效率。1.2设计内容本系统的设计旨在提高汽车在运行过程中遇到危险情况时的自动处理能力，它集汽车测速，车距测量，紧急情况报警与自动处理等功能于一体，具有高度智能化、灵敏度高、反应速度快，控制距离远的特点，特别适合当今社会的需要。本文在理论方面对引起超声测距误差的原因进行了深入分析，同时对超声测距实际方案也做了研究，在此基础上，开发出以STC89C52单片机为核心，采用4OKHZ压电超声传感器的超声测距仪。具有电路简单，集成度高，体积小，功耗低、测量精度及灵敏度高、测量距离广、价格低廉、开发周期短、调试方便等优点，适合非接触测距的广泛应用。具体功能表现为，当汽车进入非安全距离时，系统会自

15、动做出相应的减速处理并提示驾驶员要小心，而当车再次进入紧急危险区时，系统则会自动报警并紧急刹车以免发生事故。通过设置合适的参数值，此系统可以在保证安全的情况下，尽可能的保持道路较高的通行效率，服务于人们的日常生活。第二章 系统设计2.1行车安全距离的概念在高速公路上行车的理想交通条件是在同一车道上，同向行驶的车辆，均是单一的小客车，以相同的速度、连续不断的行驶，各车辆之间保持着一定的车头间距，构成了一种稳定的交通流。如果跟随车辆的车头间距过小，则容易发生汽车追尾碰撞事故;如果车头间距过大，又会影响道路的通行能力。所谓行车安全距离就是指在同一车道上，同向行驶前后两车间的距离(后车车头与前车车尾之

16、间的距离)，保持既不发生汽车追尾事故，又不降低通行能力的适当距离。2.2系统设计的总思想我们设计的这套系统正是利用电子电路的快速、高灵敏性直接控制汽车以尽量排除人为的反应速度及应急处理慢等一些不确定因素给行车驾驶带来的安全隐患。本系统利用现在广泛应用的具有测量范围广、距离大等特点的超声波收发装置来实现距离的测量，这特别有助于处理交通比较繁忙的情况。运动模型如图2-1所示：图2-1运动模型1）超声波的产生本设计由555定时器组成多谐振荡器，产生40KHZ频率的方波，由3脚输出，单片机控制脉冲的发生，当P2.3输出低电平时，Q1截止则超声波发射；当P2.3输出高电平时，Q2导通超声波不发射。2）超

17、声波测距测速第一次超声波发射： 第二次超声波发射：设第一次发射与第二次发射的时间间隔为ta=1s，则（S1-S2）/ta=V相对 (2-1)3）控制与报警（1）当S1-S20时，引入安全系数这个参数，令安全系数为W=S2/V相对，通过汽车行驶时安全距离与安全速度的查询，得到如下参考数据如表2-1所示：表2-1参考数据高速路普通路安全距离/S安全速度/V150 m120 km/h20 m30km/h高速路上安全系数为：W1=S/V=150m/120km/h=4.5普通路上安全系数为：W2=S/V=20m/30km/h1.7则当W4.5时，无危险，绿灯亮当1.5W4.5时，危险提示，黄灯亮当W1.

18、5时，紧急刹车，红灯亮4）软件功能C语言编写程序，实现超声波控制、车距的计算以及车速的控制等功能，例如当计算的安全系数在相应的范围内，通过程序分析由单片机输出相应的数字信号，再由DAC0808数模转换芯片将数字信号转换成模拟信号，经过放大达到相应的压值来控制车是减速还是刹车。2.3 设计方框图模拟系统控制核心由两块单片机组成，其中一块用于不断采样从超声波模块所获取的周边交通状况的信息并迅速计算距离以得出自己所处的状态，同时显示距离和速度及发出提示报警信息；另一块单片机则通过串口通信获取上一个系统的所计算出的状态来控制发动机的速度从而达到控制车速、有效地防止汽车追尾的目的。系统一图2-2 信息采

19、样系统系统二图2-3车速控制系统第三章 STC89C52单片机硬件电路设计3.1 单片机最小系统3.1.1 最小系统原理图单片机基本工作电路（最小系统）包括四个部分：电源，时钟脉冲，复位电路，存储器设置电路。根据上面介绍的芯片引脚功能，可以画出单片机最小系统电路原理图，如图3-1所示：先接电源，STC89C52系列单片机采用单一+5V（VCC）电源供电。再接时钟脉冲，由于STC89C52内部已具备振荡电路，只要18，19引脚连接简单的石英振荡晶体即可，此设计选用的工作频率为12M，相当于一个机器周期为1us。此处也可以使用外部时钟脉冲产生电路，此时18脚悬空，19脚接时钟脉冲产生电路。复位电路

20、有两种方法，一是上电复位，而是手动复位，此处采用手动复位，如图，按键S1，电容C19，电阻R2组成复位电路，其中C19为0.1uf,R2为100K，时间常数大于2us,足以使系统复位。存储器设置电路，此处将31脚接到了高电平，说明CPU访问内部存储器，只有当访问地址大于单片机内部有效存储空间时则访问外部扩展的存储器。由图中可以看到，除了单片机最小系统的四个组成部分以外，发光二极管D1作为电源VCC的指示灯，R1起限流作用，C18电源滤波作用。在P0口外部接了R3-R10的上拉电阻，因为在P0内部无上拉电阻，执行输出功能时必须接上拉电阻（10K即可），而系统又外接了程序存储器，P0口作为地址总线

21、（A0-A7）及数据总线（D0-D7）的复用引脚，此时可以不用接上拉电阻，总的来说，接了上拉电阻对输入输出功能没有影响。图3-1单片机最小系统3.1.2晶振电路STC89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为回馈组件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但是电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用

22、30pF10pF，而如果使用陶瓷谐振器建议选用40pF10pF。使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。本系统采用内部方式，晶振选用12MHz，电容取30PF。制作PCB或实物时，要考虑晶振与单片机引脚的距离，由于高频容易受到干扰，所以该距离越近，频率越稳定。图3-2晶振电路3.1.3 复位电路STC89C52的复位引脚（rest）是第9脚，当此引脚连接高电平超过2个机器周期（1个机器周期包含12个时钟脉冲，）即可产生复位的动作。本系统采用

23、12MHZ，2个机器周期为2S。因此，在第9脚上连接一个可让该引脚上产生一个2S以上的高电平脉冲，即可产生复位动作。如图3-1所示；电源接上电瞬间，电容器C上没有电荷，相当于短路，所以第9脚直接连在VCC，即单片机执行复位动作。随着时间的增加，电容器上的电压逐渐增加，而第9脚上的电压逐渐下降，当第9脚上的电压降至低电平时，单片机恢复正常状态。在此使用100K欧电阻、10F电容，其时间常数远大于2S，足以使系统复位。在电容两端并联一按钮开关，进行强制复位（手动复位），按钮按下时，第9脚直接接高电平，人的反应时间远大于2S，足以使系统强制复位。图3-3手动复位电路3.2 超声波测速测距电路设计3.

24、2.1 几种测距的介绍汽车避撞技术首先解决的问题是汽车之间的安全距离。汽车与汽车之间超过了这个安全距离，就应该能自动报警，并采取制动措施。目前测定汽车之间安全距离的方法有以下几种，下面分别就其各自测距的原理和优缺点进行了介绍。1、超声波测距超声波一般指频率在20KH及以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点，超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计

25、算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低、制作方便，但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性，这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样;另一方面是对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距常用于在短距离测距，最佳距离为45米，一般应用在汽车倒车防撞系统上。2、激光测距激光测距装置是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。非成像式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是:从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉

26、冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后，用扫描镜左右扫描，向空间发射，照射在前方车辆或其他目标上，其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤，被导入到信号处理装置内的光电二极管，利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差，即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。成像式激光雷达又可分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。扫描成像激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来，利用扫描器控制激光的射出方向，通过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同

27、方向射出，照射待测区域。由于非扫描成像激光雷达测点数目大大减少，从而提高了系统三维成像速度。在汽车测距系统中，非成像式激光雷达更具有实用价值。同成像式激光雷达相比，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光雷达测距仪器工作环境处于高速运动的车体中，振动大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。目前，在汽车上，上述各种激光雷达测距仪均有应用，但成像式激光雷达还在进一步研究之中。3、CCO摄像系统测距摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确等优良特性，在汽车行业也得到了广

28、泛的应用。利用面阵CCD，可获得被测视野的二维图像，但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD摄像机的系统称为单目摄像系统，在汽车上常用于倒车后视系统，辅助驾驶员获得后视死角信息，以避免倒车撞物。为获得目标三维信息，模拟人的双目视觉原理，利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成像，通过对这两幅图像进行计算机分析处理，即可确定视野中每个物体的三维坐标，这一系统称为双目摄像系统。双目摄像系统模仿人体视觉原理，测量精度高。但目前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成像速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高，最终将得到广泛应用。4、红外线测距红外线的波长比可见光线长，是肉眼看不见的光，有显著的热

29、效应和较强的穿透云雾的能力。同时，任何物体在任何时候都会发出红外线。车载仪器通过发射并接收前方物体反射回的红外线，依据信号的强弱及波长的不同，同时分析时间差，可分析出前方物体的性质及与汽车的距离。由于红外线人类肉眼感知不到，具有极强的隐蔽性，夜间同样不妨碍测距仪的工作，故该种测距仪广泛应用在军用汽车上。5、雷达测距雷达的名称来自“无线电探测和测距”(Radio Detection And Ranging)，顾名思义，它向目标发射一定的无线电波，通过其反射回来的电波信号检测目标，并利用收发信号的时延测量目标的距离。雷达诞生于上世纪三十年代的第二次世界大战期间，当时由于军事上的迫切要求，雷达获得了

30、广泛的应用和发展。之后，随着科技的发展，雷达技术日臻完善，现代雷达不仅能完成对目标的探测和测距，还能完成测角、测速、跟踪和成像等功能。虽然雷达技术主要用于军事方面，但其在民用领域也发挥着越来越大的作用。雷达在民用服务的主要应用包括有气象雷达，探地雷达和应用于机场、港口、和公路的交通管制雷达。从上世纪七十年代起，人们开始将雷达技术用于汽车自动防撞器中，称之为“汽车防撞预警雷达”简称“汽车防撞雷达”。由于雷达能在雨、雪、雾等恶劣天气环境下工作，作用距离较远，比上述几种技术具有优越性，汽车防撞雷达逐渐成为汽车自动防撞器的主流技术。3.2.2 超声波发射电路1、超声波发射电路的工作原理，如图3-4所示

31、：图3-4 超声波发射电路40kHZ超声波发射电路，由LM555时基电路及外围元件构成40kHZ多谐振荡器电路，调节滑动变阻器的阻值，可以改变振荡频率。由LM555第3脚输出端驱动超声波换能器T40-16，使之发射出超声波信号。电路简单易制。发射超声波信号大于8m。2、555多谐振荡电路工作原理由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端Dc放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形

32、如图所示。 图3-5 555构成多谐振荡器 图3-6 多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是： =（R1+R2）Cln(VCC-VT+)/ (VCC-VT-) =（R1+R2）Cln2 (3-1) = R2Cln(0- VT+)/(0- VT-) = R2 Cln2 (3-2)T=( R1+2R2) Cln2 (3-3)f=1/T=1/( R1+2R2) Cln2 (3-4)其中，为VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间，为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。工作过程可分为以下四个阶段:(1)暂稳态I(0tl)电容C充电,充电回路为VDDR1R2C地,充电时间常数为1=(R1