畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）汽車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、江西藍(lán)天學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒論1.1 選題意義汽車作為現(xiàn)代人類的交通工具，改變了人們的生活方式，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類文化的進(jìn)步，給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，但同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)重的交通安全問(wèn)題。據(jù)紅十字會(huì)的數(shù)據(jù)：全世界每年死于道路交通事故的人數(shù)達(dá) 70 萬(wàn)人，另有10001500萬(wàn)人受傷，每年因道路交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失約為 5180 億美元。道路交通事故給家庭、集體和國(guó)家都會(huì)帶來(lái)巨大的損失，成為世界性的嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題。預(yù)計(jì)至 2020 年，交通事故將成為繼心血管病和精神壓力癥之后造成人類非正常死亡的第三大直接原因 。高速公路作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，在這所有的交通事故中占

2、有很大的分量。高速公路交通事故的死亡率也一直居高不下，高速公路是集人、車、路、環(huán)境和管理于一體的復(fù)雜系統(tǒng)，引起事故的原因很多，發(fā)生的交通事故的類型也各不相同，但追尾碰撞引起的事故占最多數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車追尾在交通事故中占到了 30-40，而追尾事故所造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡更是占到了總損傷的 60 。為了減少交通事故和人員傷亡，各國(guó)都在積極的研究對(duì)策，利用各種方法和措施來(lái) 減少交通事故的發(fā)生。近年來(lái)由于電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，使得相關(guān)技術(shù)日新月異，尤其是信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得研制高度信息化的交通安全系統(tǒng)有了基礎(chǔ)。在過(guò)去20-30年中，人們主要把精力集中于汽車的被動(dòng)安全性方面，例如，在汽車的前部或后

3、部安裝保險(xiǎn)杠、在汽車外殼四周安裝某種彈性材料、在車內(nèi)相關(guān)部位安裝各種形式的安全帶及安全氣囊等等，以減輕汽車碰撞帶來(lái)的危害。安裝防撞保險(xiǎn)杠固然能在某種程度上減輕碰撞給本車造成損壞，卻無(wú)法消除對(duì)被撞物體的傷害；此外，車上安裝的安全氣囊系統(tǒng)，在發(fā)生車禍時(shí)不一定能有效地保護(hù)車內(nèi)乘務(wù)員的安全。所有這些被動(dòng)安全措施都不能從根本上解決汽車在行駛中發(fā)生碰撞造成的問(wèn)題。如果從預(yù)防撞車事故的發(fā)生的角度著眼，在提高汽車主動(dòng)安全性方面下功夫，則可在汽車安全性領(lǐng)域有較大的突破。人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，如何利用先進(jìn)技術(shù)，輔助汽車駕駛者對(duì)影響公路交通安全的人、車、路等環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警，防止汽車碰撞事故的發(fā)生，顯得尤其重要。

4、發(fā)展汽車防撞技術(shù)，對(duì)提高汽車智能化水平有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，危險(xiǎn)境況時(shí)，如果能給駕駛員半秒鐘的預(yù)處理時(shí)間，則可分別減少追尾事故的30%，路面相關(guān)事故的50%; 1秒鐘的預(yù)警時(shí)間可防止90%的追尾碰撞。理論上，汽車防撞裝置可在任何天氣、任何車速狀態(tài)下探測(cè)出將要發(fā)生的危險(xiǎn)情況并及時(shí)提醒司機(jī)及早采取措施或自動(dòng)緊急制動(dòng)，避免嚴(yán)重事故發(fā)生。汽車防撞裝置是借助于遙測(cè)技術(shù)監(jiān)視汽車前方的車輛、障礙物，并根據(jù)當(dāng)時(shí)的車速自動(dòng)判斷是否達(dá)到危險(xiǎn)距離，及時(shí)向司機(jī)發(fā)出警告羅玉元汽車安全裝置中的防碰撞系統(tǒng)j.上海汽車,2004 (3)。針對(duì)我國(guó)高速公路交通安全的需要，以及國(guó)內(nèi)外汽車電子技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，綜合汽車工程學(xué)

5、、汽車電子技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)等多學(xué)科理論，從必要性、可行性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性等角度出發(fā)，提出開(kāi)發(fā)研制汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)。目的在于當(dāng)行車處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，發(fā)出報(bào)警，提醒駕駛員或自動(dòng)采用相應(yīng)措施，從而減少或避免高速公路碰撞事故的發(fā)生。1.2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀利用信息感知、動(dòng)態(tài)辨識(shí)、控制技術(shù)與方法提高的主動(dòng)安全性，是先進(jìn)汽車控制與安全系統(tǒng)（avcss）的主要研究?jī)?nèi)容。世界各大汽車公司、大學(xué)在政府的支持下，都在開(kāi)展這方面的研究與開(kāi)發(fā)工作。日本各大汽車制造 企業(yè)如豐田、日產(chǎn)、馬、本田、三菱等公司，為實(shí)現(xiàn)其運(yùn)輸省提出的發(fā)展先進(jìn)的安全汽車(asv)計(jì)劃致力于新型安全汽車技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，并取得了重要的進(jìn)展。豐田

6、汽車公司使用毫米波雷達(dá)和ccd攝像機(jī)對(duì)本車的距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)兩車距離小于規(guī)定值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出直觀報(bào)警信號(hào)提醒本車駕駛員。日產(chǎn)汽車公司使用緊急制動(dòng)勸告系統(tǒng)，利用先進(jìn)的車距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)跟車距離進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)需要減速或制動(dòng)時(shí)，用制動(dòng)燈亮來(lái)提醒駕駛員，并及時(shí)監(jiān)測(cè)駕駛員操縱駕駛踏板的踏踩狀態(tài)，必要時(shí)使汽車的自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)前起作用降低車速，在最危險(xiǎn)時(shí)刻自動(dòng)制動(dòng)。本田公司使用具有扇形激光束掃描的雷達(dá)傳感器，即使車輛在彎道行使也能檢測(cè)到本車與前方汽車或障礙物的距離降到規(guī)定值時(shí)，駕駛員仍未及時(shí)采取相應(yīng)措施，便發(fā)出警告信號(hào)。三菱和日立公司在毫米波雷達(dá)防撞方面也做了大量的研究，其雷達(dá)中心頻率主要選擇6061ghz

7、或7677ghz, 探測(cè)距離為 120米，尼桑公司為41lv-z配備了自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用毫米波雷達(dá)作為探測(cè)器，為巡航駕駛提供了判斷依據(jù)。 德國(guó)和法國(guó)等歐洲國(guó)家也對(duì)毫米波雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行了研究，特別是奔馳、寶馬等著名汽車生產(chǎn)廠商，其采用的雷達(dá)為調(diào)頻毫米波雷達(dá)（frequency modulation continuous wave）,頻段選擇7677ghz。如奔馳汽車公司和英國(guó)勞倫斯電子公司聯(lián)合研制的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)，探測(cè)距離為150米，當(dāng)測(cè)得的實(shí)際車間距離小于安全車間距離時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。該系統(tǒng)已經(jīng)得到應(yīng)用。 美國(guó)的汽車防碰撞技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)，福特汽車公司開(kāi)發(fā)的汽車防碰撞系統(tǒng)的工作

8、頻率為24.725 ghz, 探測(cè)距離約106米。據(jù)說(shuō)該系統(tǒng)理論上能根據(jù)轉(zhuǎn)彎的角度信息自動(dòng)適應(yīng)路面的轉(zhuǎn)彎情況，僅探測(cè)本車道內(nèi)車輛的信息，從而可避免旁車道上目標(biāo)物的影響。戴姆勒-克萊斯勒公司的防撞結(jié)構(gòu)主要是兩個(gè)測(cè)距儀和一個(gè)影像系統(tǒng)，她能夠測(cè)出安全距離，發(fā)現(xiàn)前方有障礙物，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)引發(fā)制動(dòng)裝置。戴姆勒-克萊斯勒公司的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，車速以每小時(shí)32.18公里/小時(shí)的速度行駛，在距離障礙物2.54cm的地方停下來(lái)。我國(guó)汽車防碰撞系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在較大差距，近幾年相繼有一些科研院所、大專院校和公司廠家進(jìn)行此方面的研究。近距離報(bào)警如倒車?yán)走_(dá)現(xiàn)已蓬勃地車輛上安裝使用，但國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)的

9、中遠(yuǎn)距離測(cè)量普遍達(dá)不到要求，表現(xiàn)在最遠(yuǎn)測(cè)距距離近，測(cè)距誤差大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不滿足高速公路的安全車距離要求，需進(jìn)一步研究。1.3本論文的特色本論文分前進(jìn)和倒車為汽車設(shè)計(jì)了兩套報(bào)警裝置。采用了不同的測(cè)距方式和報(bào)警裝置。第2章 汽車防撞報(bào)警分析2.1傳感器類型的選擇2.1.1傳感器的主要類型汽車防撞器最關(guān)鍵和最基本的技術(shù)是車輛測(cè)距技術(shù),現(xiàn)在運(yùn)用在汽車上的測(cè)距方法主要有超聲波測(cè)距，雷達(dá)測(cè)距，攝像系統(tǒng)測(cè)距，激光測(cè)距，和夜間應(yīng)用的紅外線測(cè)距等幾種方法蔣飛. 汽車主動(dòng)避撞雷達(dá)系統(tǒng)的研究d. 武漢理工大學(xué), 2006。 1) 超聲波測(cè)距 超聲波一般指頻率在20 khz以上的機(jī)械波，具有穿透性較強(qiáng)、衰減小、反射能力強(qiáng)等

10、特點(diǎn)，超聲波測(cè)距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理裝置三部分組成。工作時(shí),超聲波發(fā)射器不斷發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖,并給測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。超聲波接收器則在接收到障礙物反射回來(lái)的反射波后，也向測(cè)量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號(hào)處理裝置對(duì)接收的信號(hào)依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算出車與障礙物之間的距離。 超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單，成本低、制作方便，但其在高速行駛的汽車上的應(yīng)用有一定局限性，這是因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣仁芴鞖庥绊戄^大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對(duì)于遠(yuǎn)距離的障礙物，由于反射波過(guò)于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測(cè)距常用于短距離測(cè)距，最佳距離為 45 米，一般應(yīng)用在汽車倒車防撞

11、系統(tǒng)上。 2) 激光測(cè)距 激光測(cè)距裝置是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測(cè)量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn),在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測(cè)距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達(dá)和成像式激光雷達(dá)。 非成像式激光雷達(dá)根據(jù)激光束傳播時(shí)間確定距離。它的工作原理是：從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描，向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標(biāo)上，其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖，被導(dǎo)入到信號(hào)處理裝置內(nèi)的光電二極管，利用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)激光二極管啟動(dòng)脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時(shí)間差，即可求得目標(biāo)距離。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測(cè)器測(cè)定反射鏡的角度即可測(cè)出目標(biāo)

12、的方位。 成像式激光雷達(dá)又可分為掃描成像激光雷達(dá)和非掃描成像激光雷達(dá)。掃描成像激光雷達(dá)把激光雷達(dá)同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來(lái)，利用掃描器控制激光的射出方向，通過(guò)對(duì)整個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描測(cè)量，即可獲得視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)的三維信息。非掃描成像式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過(guò)強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出，照射待測(cè)區(qū)域。由于非掃描成像激光雷達(dá)測(cè)點(diǎn)數(shù)目大大減少，從而提高了系統(tǒng)三維成像速度。 在汽車測(cè)距系統(tǒng)中，非成像式激光雷達(dá)更具有實(shí)用價(jià)值。同成像式激光雷達(dá)相比，具有造價(jià)低、速度快、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但由于激光雷達(dá)測(cè)距儀器工作環(huán)境處于高速運(yùn)動(dòng)的車體中，振動(dòng)大，對(duì)其穩(wěn)定性、可靠性提出了較高的要求，其體積也

13、受到了一定的限制，同時(shí)還要考慮省電、低價(jià)、對(duì)人眼安全等因素。這些決定了其光源只能采用半導(dǎo)體激光器。目前，在汽車上，上述各種激光雷達(dá)測(cè)距儀均有應(yīng)用，但成像式激光雷達(dá)還在進(jìn)一步研究之中。 3) ccd 攝像系統(tǒng)測(cè)距ccd（charge coupled device）攝像機(jī)是一種用來(lái)模擬人眼的光電探測(cè)器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用。利用面陣 ccd，可獲得被測(cè)視野的二維圖像，但無(wú)法確定與被測(cè)物體之間的距離。只使用一個(gè)ccd 攝像機(jī)的系統(tǒng)稱為單目攝像系統(tǒng)，在汽車上常用于倒車后視系統(tǒng)，輔助駕駛員獲得后視死角信息，以避免倒車撞物。為

14、獲得目標(biāo)三維信息，模擬人的雙目視覺(jué)原理，利用間隔固定的兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)對(duì)同一景物成像，通過(guò)對(duì)這兩幅圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析處理，即可確定視野中每個(gè)物體的三維坐標(biāo)，這一系統(tǒng)稱為雙目攝像系統(tǒng)。 雙目攝像系統(tǒng)模仿人體視覺(jué)原理，測(cè)量精度高。但目前價(jià)格較高，同時(shí)由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件性能的提高，最終將得到廣泛應(yīng)用。 4) 紅外線測(cè)距紅外線的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)，是肉眼看不見(jiàn)的光，有顯著的熱效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透云霧的能力。同時(shí)，任何物體在任何時(shí)候都會(huì)發(fā)出紅外線。車載儀器通過(guò)發(fā)射并接收前方物體反射回的紅外線，依據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱及波長(zhǎng)的不同，同時(shí)分析時(shí)間差，可分析出前方物體的性質(zhì)及與汽車的距離。 由

15、于紅外線人類肉眼感知不到，具有極強(qiáng)的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測(cè)距儀的工作，故該種測(cè)距儀廣泛應(yīng)用在軍用汽車上具有極強(qiáng)的隱蔽性，夜間同樣不妨礙測(cè)距儀的工作，故該種測(cè)距儀廣泛應(yīng)用在軍用汽車上。 5) 雷達(dá)測(cè)距 雷達(dá)的名稱來(lái)自無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距(radio detection and anging)，顧名思義，它向目標(biāo)發(fā)射一定的無(wú)線電波，通過(guò)其反射回來(lái)的電波信號(hào)檢測(cè)目標(biāo)，并利用收發(fā)信號(hào)的時(shí)延測(cè)量目標(biāo)的距離。雷達(dá)誕生于上世紀(jì)三十年代的第二次世界大戰(zhàn)期間，當(dāng)時(shí)由于軍事上的迫切要求，雷達(dá)獲得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。之后，隨著科技的發(fā)展，雷達(dá)技術(shù)日臻完善，現(xiàn)代雷達(dá)不僅能完成對(duì)目標(biāo)的探測(cè)和測(cè)距，還能完成測(cè)角、測(cè)速、跟蹤

16、和成像等功能。雖然雷達(dá)技術(shù)主要用于軍事方面，但其在民用領(lǐng)域也發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。雷達(dá)在民用服務(wù)的主要應(yīng)用包括有氣象雷達(dá)，探地雷達(dá)和應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、港口、和公路的交通管制雷達(dá)從上世紀(jì)七十年代起，人們開(kāi)始將雷達(dá)技術(shù)用于汽車自動(dòng)防撞器中，稱之為汽車防撞預(yù)警雷達(dá)(automotive collision avoidance and warning radar),簡(jiǎn)稱汽車防撞雷達(dá)(automotive anti-collision radar)。由于雷達(dá)能在雨、雪、霧等惡劣天氣環(huán)境下工作,作用距離較遠(yuǎn)，比上述幾種技術(shù)具有優(yōu)越性。2.1.2 倒車過(guò)程中選用的傳感器在倒車過(guò)程中由于車速慢，與障礙物之間的距離短

17、，因此對(duì)傳感器的要求不是很高，因此我們選用原理簡(jiǎn)單，成本低、制作方便的超聲波傳感器。2.1.3 高速行駛過(guò)程中選用的傳感器在高速行駛過(guò)程中由于車速快，與前車的距離較遠(yuǎn)（遠(yuǎn)距離的障礙物，由于反射波過(guò)于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測(cè)距常用于短距離測(cè)距），天氣變化莫測(cè)（超聲波的傳輸速度受天氣影響較大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣），因此我們選用抗干擾強(qiáng)的雷達(dá)測(cè)距，但是由于高性能的毫米波測(cè)距雷達(dá)大多為國(guó)外產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，所以本系統(tǒng)暫時(shí)采用國(guó)產(chǎn)微波傳感器來(lái)測(cè)距測(cè)速。該傳感器-3db 輻射角度為 12.5 度，探測(cè)距離 1-300m。微波振蕩器輸出頻率為 10.525ghz，功率為 20 毫瓦。2.2

18、測(cè)距原理2.2.1高速行駛過(guò)程中的測(cè)距原理馬駿.高速公路行車安全距離的分析與研究.西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998,18(4)汽車的制動(dòng)過(guò)程可以分為以下四個(gè)階段：(1) 駕駛員反應(yīng)階段，包括駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物并做出判斷和把腳從加速踏板換到制 動(dòng)踏板上的時(shí)間。(2) 制動(dòng)器協(xié)調(diào)階段，包括消除各鉸鏈和軸承間間隙的時(shí)間以及制動(dòng)摩擦片完全貼 靠在制動(dòng)盤上的時(shí)間。 (3) 減速度增長(zhǎng)階段，指制動(dòng)減速度從零增加到最大值的時(shí)間。持續(xù)制動(dòng)時(shí)間為，車速為設(shè)駕駛員反應(yīng)時(shí)間為 ，制動(dòng)器協(xié)調(diào)時(shí)間為，制動(dòng)減速度增長(zhǎng)時(shí)間為。(4) 持續(xù)制動(dòng)階段，指汽車以某一個(gè)基本恒定的減速度減速到車速為零的時(shí)間。在道路上行駛的汽車，其駕駛員

19、、汽車和道路環(huán)境構(gòu)成了典型的人一車一路系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，駕駛員是關(guān)鍵因素，對(duì)行車安全起著主導(dǎo)作用。根據(jù)對(duì)人行為的刺激-機(jī)體-反應(yīng)經(jīng)典模式，駕駛汽車可分為三個(gè)階段，即感知階段、判斷決策階段和執(zhí)行階段。 (1)感知階段。感知階段主要通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)來(lái)獲得道路環(huán)境和自車的運(yùn)行工況信息，這一階段主要由感覺(jué)器官完成。在感知階段，駕駛員對(duì)己存在的道路交通信息的判別和正確理解，是隨后合理進(jìn)行動(dòng)作的保證和基礎(chǔ)。對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有完全和準(zhǔn)確的駕駛信息和運(yùn)行狀態(tài)的獲得，極有可能導(dǎo)致判斷失誤和動(dòng)作失誤，因此，駕駛狀態(tài)意識(shí)在駕駛行為中相當(dāng)重要。(2)判斷決策階段。判斷決策階段是駕駛員在感知信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合

20、自己的駕駛經(jīng)驗(yàn)和技能，經(jīng)過(guò)分析，做出判斷，確定有利于安全行駛的措施，這一段主要由人的大腦完成。識(shí)別道路交通環(huán)境中的各個(gè)關(guān)鍵要素是首位。在汽車行駛時(shí)，駕駛員需要知道其他車輛和障礙物在哪里,以及它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、自己車輛的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)特性。駕駛員可以從道路環(huán)境、車內(nèi)顯示儀表板或直接通過(guò)感覺(jué)器官來(lái)識(shí)別道路交通狀態(tài)中的要素及相應(yīng)特性。(3)執(zhí)行階段。執(zhí)行階段是指駕駛員依據(jù)判斷決策所做出的實(shí)際反應(yīng)和行動(dòng)，具體指手、腳對(duì)汽車實(shí)施的控制，如加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等，這一階段主要由運(yùn)動(dòng)器官完成。這樣，駕駛行為不僅是信息感知、判斷和執(zhí)行三個(gè)階段不間斷的多次組合，而且也是三者的連鎖反應(yīng)。這就要求駕駛員在非常短的時(shí)間內(nèi)，根據(jù)

21、綜合判斷的結(jié)果及對(duì)現(xiàn)有狀態(tài)的認(rèn)識(shí)和理解，來(lái)確定要素的瞬時(shí)或者隨后狀態(tài)，以便于正確的決策和協(xié)調(diào)動(dòng)作。駕駛員通常是按照自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷自車行駛的安全狀態(tài)，當(dāng)感覺(jué)危險(xiǎn)存在時(shí)，通常采用降低車速或者改變行駛方向的方法來(lái)避免危險(xiǎn)情況的發(fā)生，但這種對(duì)行車安全狀況的判斷往往并不夠準(zhǔn)確。如何保持合適的車間距離是汽車行駛過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。間距過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致道路通行能力降低；間距過(guò)小，車輛行駛時(shí)發(fā)生交通事故的可能性增大。汽車防碰撞系統(tǒng)作為汽車駕駛的輔助系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)建立相對(duì)比較合理的安全跟車距離模型，準(zhǔn)確判斷前方目標(biāo)物潛在的危險(xiǎn)性程度，既保證車輛行駛的安全性，又保持良好的道路通行能力，即盡可能保持理想的安全間距。設(shè) 4

22、1：自車速度，單位 m/s：前車速度，單位 m/s：相對(duì)速度，單位 m/s ：自車制動(dòng)減速度，單位 m/s ：前車制動(dòng)減速度，單位 m/s ：駕駛員反應(yīng)時(shí)間，單位 m/s：制動(dòng)器協(xié)調(diào)時(shí)間，單位 m/s ：制動(dòng)減速度增長(zhǎng)時(shí)間，單位m/s：自車走過(guò)的距離，單位 m：前車走過(guò)的距離，單位 m ：安全附加間距，單位 m ：危險(xiǎn)報(bào)警距離，單位 m ：提醒報(bào)警距離，單位 m：報(bào)警距離統(tǒng)一符號(hào)，單位 m根據(jù)車間距離過(guò)小易發(fā)生追尾事故的情況分類，可建立三種危險(xiǎn)狀況下的安全跟車距離模型，以下是各種情況的分析和報(bào)警距離計(jì)算。(1) 前車靜止或前方為障礙物時(shí)：，所以，1)危險(xiǎn)報(bào)警距離：前車處于靜止?fàn)顟B(tài)或前方為障礙物

23、時(shí)，兩車間的最危險(xiǎn)時(shí)刻是自車停止，且與障礙物相隔最近的時(shí)刻，為了保證此刻自車的絕對(duì)安全，兩車間應(yīng)存在一定的安全間距，此時(shí)圖2.1 自車和前車的相對(duì)位置示意圖 式(2.1)2)提醒報(bào)警距離：提醒報(bào)警距離是在危險(xiǎn)報(bào)警距離的基礎(chǔ)上，考慮了自車在駕駛員反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)行駛的距離，所以，其計(jì)算公式如下: 式(2.2)(2)前車勻速時(shí)：1)危險(xiǎn)報(bào)警距離：前車做勻速運(yùn)動(dòng)或加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩車間的最危險(xiǎn)時(shí)刻是后車的速度減小至與前車 同速時(shí)。如果在兩車速度相等的時(shí)刻還沒(méi)有發(fā)生碰撞事故，之后就不再可能發(fā)生碰撞事故了，因?yàn)樽钗ｋU(xiǎn)時(shí)刻以后，前車?yán)^續(xù)保持勻速運(yùn)動(dòng)，而后車仍在做減速運(yùn)動(dòng)，兩車間距將變得越來(lái)越大，因此只需保證兩車

24、速度相等時(shí)不發(fā)生碰撞，整個(gè)過(guò)程就能保證絕對(duì)安全。若自車在 階段內(nèi)速度就達(dá)到了前車的速度，自車制動(dòng)減速度就不用達(dá)到最大值自車速度就會(huì)比前車速度還低，設(shè)此時(shí)自車制動(dòng)減速度的增長(zhǎng)時(shí)間為。 式(2.3) 其中2)提醒報(bào)警距離：如果自車在階段內(nèi)速度就達(dá)到了前車的速度則 式(2.4)如果自車在制動(dòng)力最大后持續(xù)制動(dòng)一段時(shí)間，速度達(dá)到了前車的速度則 式(2.5) 當(dāng)前車加速時(shí)仍采用上述模型公式更能保證自車行駛的安全性(2)前車減速時(shí)： 1)危險(xiǎn)報(bào)警距離：令 式(2.6)3)提醒報(bào)警距離 式(2.7)對(duì)于前車勻速這種情況來(lái)講，用小轎車作試驗(yàn)，設(shè)在干燥路面上制動(dòng)減速度為26，它的制動(dòng)減速度增長(zhǎng)時(shí)間約為0.2s，則

25、自車在末速度會(huì)降低0.6m/s（2.16km/h）。在通常情況下，由于高速公路上行車車距較大，兩車勻速行駛時(shí)若相對(duì)速度在3 km/h內(nèi)則可認(rèn)為兩車不會(huì)發(fā)生追尾事故，故在前車勻速狀態(tài)下，可認(rèn)為當(dāng)自車剎車時(shí)在階段速度才能達(dá)到前車的速度。此時(shí)報(bào)警距離計(jì)算公式在本質(zhì)上與前車靜止或前方為障礙物時(shí)是一樣的，兩車的相對(duì)速度相當(dāng)于當(dāng)前車靜止或前方為障礙物時(shí)自車速度，因此兩個(gè)公式可以統(tǒng)一起來(lái)，模型最終簡(jiǎn)化為：前車為靜止或前方為障礙物和前車勻速時(shí)： 式(2.8) 式(2.9)前車減速時(shí) 式(2.10) 式(2.11)本模型要確定的參數(shù)主要有自車速度與相對(duì)速度，制動(dòng)器協(xié)調(diào)時(shí)間與制動(dòng)減速度增長(zhǎng)時(shí)間，駕駛員反應(yīng)時(shí)間，制

26、動(dòng)減速度及安全附加距離 yang ying, zhang qingsong, zhao guangyao. the research of expressway vehicles collision warning systems based on millimeter wave radar. proceedings of the 7th international symposium on test and measurement, 2007。(1)自車速度由轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得，相對(duì)速度由毫米波雷達(dá)測(cè)得，根據(jù)公式 可得前車的速度。(2) 、的確定駕駛員反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間的準(zhǔn)確性對(duì)系統(tǒng)模型非常重要，若反

27、應(yīng)動(dòng)作時(shí)間選取過(guò)長(zhǎng)，則提醒報(bào)警距離的計(jì)算值偏大，會(huì)造成過(guò)多的虛報(bào)警，使駕駛員對(duì)警示系統(tǒng)產(chǎn)生厭煩感；若反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間選取過(guò)短，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的安全保障能力下降，不能完全避免事故的發(fā)生。由于駕駛員個(gè)體年齡、性別、情緒和反應(yīng)能力等生理心理素質(zhì)因人而異、因時(shí)而異，再加上車速、目標(biāo)物的大小、狀態(tài)等多種外在因素的影響，駕駛員反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間是一個(gè)很不確定的值。大量的實(shí)驗(yàn)資料表明，駕駛員的反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間一般為 0.31.0s。據(jù)有關(guān)測(cè)試，在正常情況下，車速為40km/h，駕駛員反應(yīng)時(shí)間為 0.6s 左右；車速增加到80km/h，反應(yīng)時(shí)間增加到1.2s 左右。另外駕駛員在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間駕駛汽車，其反應(yīng)時(shí)間也會(huì)加長(zhǎng)，故

28、取 1.2s 較合適。按照歐洲經(jīng)濟(jì)共同體的規(guī)定，小轎車在車速為 80km/h 時(shí)，制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間與制動(dòng)減速度增長(zhǎng)時(shí)間之和應(yīng)小于0.36s。制動(dòng)減速度增長(zhǎng)時(shí)間通常為 0.2s，那么換算過(guò)來(lái)制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間應(yīng)為 0.1s。(3) 、的確定 和值的大小對(duì)安全跟車距離模型中提醒報(bào)警距離和危險(xiǎn)報(bào)警距離的計(jì)算有很大的影響。汽車制動(dòng)減速度隨輪胎類型、車輛的裝載情況和路面附著條件的不同而不同。實(shí)時(shí)檢測(cè)自車的附著系數(shù)會(huì)使計(jì)算更精確，但目前國(guó)內(nèi)外均處于理論探討的階段，還沒(méi)有研制出性能優(yōu)越的車載實(shí)時(shí)測(cè)量工具。在實(shí)際的行車過(guò)程中，前車為主動(dòng)制動(dòng)，后車為被動(dòng)制動(dòng)，后車制動(dòng)的減速度一般會(huì)大于前車制動(dòng)的減速度。在設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)時(shí)，

29、對(duì)汽車最大制動(dòng)性能的要求是相同的，制動(dòng)減速度主要取決于路面的附著系數(shù)，因此，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，同一路面上前后行駛的兩車的減速度均按最大制動(dòng)減速度選取，且兩車的減速度 和 取相同值，系統(tǒng)根據(jù)路面及輪胎不同情況，設(shè)置了八個(gè)按鍵，由駕駛員根據(jù)路面情況來(lái)選擇表2. 2 不同輪胎和路面情況的附著系數(shù)輪胎情況路面狀況 高壓輪胎普通輪胎柏油或水泥路面干燥0.500.700.700.80潮濕0.350.450.450.55結(jié)冰路面0.080.150.100.20(4)安全附加距離的確定為了保證絕對(duì)安全，自車制動(dòng)至完全停止后，兩車之間應(yīng)保持一定的間距 ，該值選取的越大，系統(tǒng)的虛警率越高；選取的越小，系統(tǒng)的安全保障能

30、力越小。國(guó)內(nèi)外的資料一般選取25m，考慮到安全問(wèn)題和系統(tǒng)延遲及前后車制動(dòng)減速度可能不一致等問(wèn)題，本模型取最大值5m 2.2.2 倒車過(guò)程中的測(cè)距原理振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波。頻率在162*104hz之間的機(jī)械波，能為人耳所聞，稱為聲波;低于16hz的機(jī)械波稱為次聲波；高于2*104hz的機(jī)械波稱為超聲波。圖2.3 聲域圖超聲波在液體、固體中衰減很少，穿透能力強(qiáng)，特別是對(duì)不透光的固體，超聲波穿透幾十米的厚度。當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，由于在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同，在介質(zhì)面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射、漫射和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。超聲波的這些特性使它在檢測(cè)技術(shù)中獲得了廣泛的應(yīng)用 張錫富.

31、傳感器m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2002。汽車防撞報(bào)警器利用的就是超聲波反射原理來(lái)進(jìn)行測(cè)距。超聲波測(cè)距采用的方法是時(shí)間差測(cè)距法，即測(cè)取超聲波從發(fā)射地至目的地傳輸所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，也稱渡越時(shí)間檢測(cè)法。當(dāng)超聲波發(fā)生器發(fā)射出超聲波，開(kāi)始計(jì)時(shí)，到超聲波經(jīng)空氣傳播至目標(biāo)，再反射至超聲波接收器，計(jì)時(shí)停止，測(cè)得的傳輸時(shí)間為t。由下式可以求出聲波發(fā)射地與目標(biāo)之間的距離l。l = ct2。c為超聲波在空氣中的傳播速度。渡越時(shí)間t的測(cè)量，采用單片機(jī)脈沖計(jì)數(shù)的方法，可以精確地測(cè)出。把時(shí)間t轉(zhuǎn)換成脈沖計(jì)數(shù)量n，則有，式中n為計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，為計(jì)數(shù)脈沖頻率。由于聲波速度受溫度影響較大，其傳播速度c與環(huán)境溫度t的關(guān)系可由下式描

32、述。在測(cè)量中需按上式對(duì)聲波速度進(jìn)行修正，以減少測(cè)量誤差。趙海鳴,卜英勇.一種高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研制j.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā).2006年3期第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1行駛過(guò)程中的防撞報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)3.1.1總體設(shè)計(jì)主控制模塊 信息采集處理模塊報(bào)警模塊電源管理模塊3.1.2 信息采集處理模塊的設(shè)計(jì)對(duì)于雷達(dá)信號(hào)處理，設(shè)計(jì)采用了芯片lm358、lm339、max197。如圖3.1所示，從測(cè)速測(cè)距傳感器輸出的信號(hào)是正弦波，正弦波的幅值代表物體間的相對(duì)距離，頻率代表相對(duì)速度。該模擬信號(hào)要能被微處理器識(shí)別必須先進(jìn)行放大及a/d轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)使用集成運(yùn)算放大器lm358對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)分為兩路：一路

33、送給a/d轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給微處理器進(jìn)行處理；另一路送給比較器lm339，將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，送給微處理器，采取計(jì)數(shù)的方式算出方波的周期，由周期與頻率的關(guān)系可得方波的頻率（即位正弦波的頻率），從而算出移動(dòng)物體的速度。圖3.1 雷達(dá)信號(hào)處理由實(shí)驗(yàn)可以得出輸出信號(hào)的幅值與相對(duì)距離成線性關(guān)系， 相對(duì)距離越近輸出信號(hào)幅值越大,相對(duì)距離越遠(yuǎn)輸出信號(hào)幅度越小，輸出信號(hào)幅值與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)。輸出信號(hào)的幅值與相對(duì)距離成線性關(guān)系， 相對(duì)距離越近輸出信號(hào)幅值越大,相對(duì)距離越遠(yuǎn)輸出信號(hào)幅度越小，輸出信號(hào)幅值與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)，因此測(cè)量不同相對(duì)距離下輸出信號(hào)的幅值，然后采用最小二乘法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)

34、據(jù)進(jìn)行曲線擬合即可得出微波雷達(dá) 輸出信號(hào)幅值與相對(duì)距離的關(guān)系式。 使用tektronix tds210 示波器在不同相對(duì)距離下傳感器輸出信號(hào)幅值進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.1。表3.2不同相對(duì)距離下傳感器輸出信號(hào)幅值圖 3.3 matlab輸出圖形設(shè)傳感器輸出信號(hào)幅值 y(單位：mv)與相對(duì)距離 x(單位：m)的關(guān)系式為：y=ax+b 式(3.1)將表 3.1 的數(shù)據(jù)代入式(3.1)可得a=-1.66 b=190.7即傳感器輸出信號(hào)幅值與相對(duì)距離的關(guān)系式為：y=-1.66x+190.7因此，根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的幅值 y(mv)即可計(jì)算運(yùn)動(dòng)物體的相對(duì)距為為 y=-1.66x+190.7 式(3.2

35、)兩車之間的車速，可根據(jù)本車車速及多普勒效應(yīng)公式推導(dǎo)出前車車速，具體公式： 式(3.2)其中本車車速，波固有頻率，波在靜止介質(zhì)之中的傳播速度，v2前車車速。lm358中， 以等lm358將信號(hào)放大20倍。lm339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：1)失調(diào)電壓小，典型值為2mv；2)電源電壓范圍寬，單電源為2-36v，雙電源電壓為1v-18v；3)對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；4)共模范圍很大，為0（ucc-1.5v）vo；5)差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可于電源電壓；6)輸出端電位可靈活方便地選用 yang ying, zhang qingsong, zhao guang

36、yao. the research of expressway vehicles collision warning systems based on millimeter wave radar. proceedings of the 7th international symposium on test and measurement, 2007。lm339工作原理：lm339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“-”端電

37、壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mv就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。max197芯片是12位逐次比較型多通道輸入、并行輸出高速a/d轉(zhuǎn)換器，其性能特點(diǎn)如下：1) 12b分辨率, 1/2 lsb線性。2) 可用軟件選擇的輸入量程, 10 v , 5 v , 010 v , 05v。3) 8模擬輸入通道。4) 6us轉(zhuǎn)換時(shí)間, 100kb/s 采樣率。5) 內(nèi)部或外部采樣控制。6) 內(nèi)部4.096v或外部基準(zhǔn)。7) 內(nèi)部或外部時(shí)鐘pd1, pd0 用于選擇時(shí)鐘和工作模式。00：正常工作, 外部時(shí)鐘模式01： 正常工作, 內(nèi)部時(shí)鐘模式10

38、：省電模式, 時(shí)鐘模式無(wú)影響 11：全省電模式, 時(shí)鐘模式無(wú)影響a2,a1,a0用于模擬量通道選擇。000： ch0 通道001： ch1 通道111： ch7 通道圖3.4 max197a/d轉(zhuǎn)換本系統(tǒng)選用內(nèi)部時(shí)鐘方式，clk引腳接一個(gè)100pf電容，頻率為1.56mhz，+5v供電，從通道0采樣，外部控制的轉(zhuǎn)換模式，控制字為60h。ref、refadj引腳分別通過(guò)4.7uf、0.01uf電容接地表示系統(tǒng)采用內(nèi)部參考電壓，信號(hào)從ch0輸入，轉(zhuǎn)換結(jié)束后的中斷信號(hào)送給微處理器的外部中斷2。(3)車速傳感器車速傳感器類型較多，測(cè)量原理、測(cè)量方法和輸出信號(hào)形式各有不同。因?yàn)橄到y(tǒng)所要求的測(cè)量精度較高，

39、且車載環(huán)境對(duì)傳感器耐油、水、熱、電磁干擾等的要求也較為苛刻，所以經(jīng)過(guò)比較分析，系統(tǒng)宜采用霍爾車速傳感器張錫富.傳感器m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2002：55-58?；魻栃?yīng)：當(dāng)電流通過(guò)放在磁場(chǎng)中的半導(dǎo)體基片且電流方向和磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在垂直于電流和磁通的半導(dǎo)體基片的橫截面上即產(chǎn)生一個(gè)電壓，這個(gè)電壓即稱為霍爾電壓。當(dāng)變速箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與之耦合的傳感器的軸旋轉(zhuǎn)，與傳感器一體的磁體也一起旋轉(zhuǎn)，使得霍爾元件感應(yīng)的磁場(chǎng)b發(fā)生變化，因而輸出矩形脈沖信號(hào)?；魻栜囁賯鞲衅魇且环N基于霍爾效應(yīng)的磁電傳感器，具有精度高、靈敏度高、線性度好、體積小、頻率相應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)接觸等優(yōu)點(diǎn)。傳感器主要由齒圈、霍爾元

40、件、永久磁鐵和電子線路等組成，如圖3.5。圖3.5 霍爾傳感器(4)附著系數(shù)的輸入由表2.1選取8個(gè)路面附著系數(shù)0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.05，0.10，0.15由駕駛員根據(jù)路面及天氣情況選擇輸入。選擇輸入開(kāi)關(guān)如圖3.6，三開(kāi)關(guān)組合使用，可對(duì)單片機(jī)輸入八種不同信號(hào)。圖3.6 附著系數(shù)輸入開(kāi)關(guān)3.1.3電源模塊設(shè)計(jì)由于車用蓄電池的電壓一般為12v，可以考慮通過(guò)電源轉(zhuǎn)換芯片將12v電壓轉(zhuǎn)換為合適的電壓給系統(tǒng)供電。汽車的電源標(biāo)稱值為 12v，由于車身電器的影響，會(huì)出現(xiàn)瞬間過(guò)壓、欠壓或尖峰電壓等現(xiàn)象。過(guò)壓和欠壓輕則導(dǎo)致系統(tǒng)的工作電壓超出允許的范圍，影響系統(tǒng)的正常工作，重則破壞系統(tǒng):尖

41、峰電壓雖然持續(xù)時(shí)間短，不會(huì)毀壞系統(tǒng)，但是會(huì)使處理器系統(tǒng)邏輯功能紊亂。為了消除來(lái)自汽車供電系統(tǒng)的干擾，本系統(tǒng)選用集成穩(wěn)壓芯片專門設(shè)計(jì)了穩(wěn)壓電源，將汽車供電系統(tǒng)提供的12v 電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)正常工作所需要的電壓，如圖3.7所示。圖3.7 電源管理電路圖3.7 電源管理電路3.1.4控制模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)控制處理器采用at89s52，如圖3.8所示，at89s52是一種低功耗、高性能 cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程 flash 存儲(chǔ)器。使用atmel公司高密度8k在系統(tǒng)可編程 flash 存儲(chǔ)器。使用atmel公司高密度全兼容。片上 flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單

42、芯片上，擁有靈巧的 8位 cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié) flash，256字節(jié)ram，32位 i/o 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s52 可降至 0hz 靜態(tài)邏作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)。p0 口：p0 口是一

43、個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 i/o 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) ttl 邏輯電平。對(duì) p0端口寫1時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低 8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)，p0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻毛謙敏.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)m.北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2005。p1 口：p1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p1 端口寫1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被

44、外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，p1.0和 p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口接收低 8位地址字節(jié)。p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì) p2 端口寫1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 movx dptr）時(shí)，p2 口送出高八位地址

45、。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用8 位地址（如 movx ri）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2 口輸出 p2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。圖3.8 at89s52接線圖p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p3端口寫1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流p3口亦作為 at89s52 特殊功能（第二功能）使用，在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號(hào)

46、。rst: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，rst 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，rst腳輸出 96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 auxr(地址 8eh)上的 disrto位可以使此功能無(wú)效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ale/prog：地址鎖存控制信號(hào)（ale）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ale 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，al脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為 8eh的 sfr的

47、第 0位置 1，ale操作將無(wú)效。這一位置1，ale 僅在執(zhí)行 movx 或 movc 指令時(shí)有效。否則，ale將被微弱拉高。這個(gè)ale使能標(biāo)志位（地址為 8eh的 sfr的第 0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。psen：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（psen）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。at89s52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，psen 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，psen將不被激活。ea/vpp:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000h 到 ffffh 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，ea必須接 gnd。在 flash編程期間，ea也接收 12 v電壓，

48、為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端3.1.5報(bào)警模塊設(shè)計(jì)報(bào)警模塊選用蜂鳴器報(bào)警，如圖3.9所示。當(dāng)程序決定報(bào)警時(shí)，單片機(jī)at89s52輸出0，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警;當(dāng)不需要報(bào)警時(shí)，單片機(jī)at89s52輸出1，三極管截止，蜂鳴器不報(bào)警 邱榕; 汽車測(cè)距預(yù)警及險(xiǎn)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)研究 j;微計(jì)算機(jī)信息; 2007年17期。圖3.9 報(bào)警蜂鳴器3.16 總電路圖圖3.10 總電路圖圖3.11 印刷版圖3.2 倒車過(guò)程中的防撞報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)3.2.1整體設(shè)計(jì) at89c51門控電路超聲波接受信號(hào)放大施密

49、特整形isd1420超聲波發(fā)射信號(hào)整形揚(yáng)聲器lm9212m振蕩圖3.10 整體方框圖3.2.2超聲波發(fā)射電路圖3.11 超聲波發(fā)射電路 上圖為超聲波整形發(fā)射電路，微分電路由電容c1、電阻r3和二極管d1組成，整形電路由u2a，u2b組成。超聲波發(fā)射電路由與非門u1a、高頻三極管q1-9018及超聲波發(fā)生器labal等組成。由單片機(jī)p12口產(chǎn)生40khz的超聲波振蕩信號(hào)，并將一門控信號(hào)(從單片機(jī)的pl一3 口送出，應(yīng)注意單片機(jī)的p1口初始化為低電平的)經(jīng)過(guò)兩級(jí)非門送入與非門的另一輸入端。由于平時(shí)非門的3腳由下拉電阻r3將其3腳的電位拉為低電平，經(jīng)過(guò)兩級(jí)非門后輸入與非門另外一端子的信號(hào)仍為低電平，

50、這時(shí)40khz的超聲波振蕩信號(hào)無(wú)法通過(guò)與非門使超聲波發(fā)生器labal起振，設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)。按下啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器to，將產(chǎn)生一門控(閘門)信號(hào)。此門控(閘門)脈沖信號(hào)窄了會(huì)降低測(cè)量精度。寬了會(huì)增加測(cè)量延遲時(shí)間，同樣也會(huì)減低測(cè)量精度。所以將此門限設(shè)置為4khz。由于單片機(jī)的p1口電流不能驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器工作，所以在與非門u1a加了一個(gè)三極管做放大電流之用。3.2.3超聲波接收電路圖3.12 超聲波接收電路運(yùn)放741的帶寬及抗干擾能力較強(qiáng)，在上圖用了2個(gè)運(yùn)放是要防止噪音。電阻r1、r2為運(yùn)放741的同相端提供直流偏置電位。其作用是保證運(yùn)放741的直流工作點(diǎn)。以免出現(xiàn)浮動(dòng)。該信號(hào)放大以

51、后經(jīng)過(guò)篩選整形。就可以給單片機(jī)提供計(jì)數(shù)器的停止信號(hào)。3.2.4篩選電路圖3.13 篩選電路3.2.5整形電路圖3.14整形電路從信號(hào)篩選電路出來(lái)的方波信號(hào)很不規(guī)則， 故在其后級(jí)電路加入一級(jí)信號(hào)整形電路，處理過(guò)后再送進(jìn)單片機(jī)中進(jìn)行處理運(yùn)算。3.2.6 語(yǔ)音錄音電路圖3.15 語(yǔ)音錄音電路 錄音電路采用isd1420芯片為核心。當(dāng)rec為低電平時(shí)，電路處于錄音狀態(tài)。本次設(shè)計(jì)采用分段法，需錄入的單字有數(shù)字“09”以及“百”、“十”、“米”，需要0.5秒一個(gè)，詞段有距離“前方障礙物”，需要2秒徐捷,徐華中.isd1420語(yǔ)音芯片在pic單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用j.儀器儀表用戶.2006年3期3.2.7放音電路

52、圖3.16放音電路 圖中a0,a1固定接地，因?yàn)榉乓舻臅r(shí)候rec為高電平，所以錄音起始地址為80h。利用查表法能播放特定的音節(jié)。3.2.8 總電路圖圖3.17 總電路圖 圖3.18 印刷板圖第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 倒車過(guò)程中的防撞報(bào)警軟件設(shè)計(jì)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、發(fā)射子程序、接受子程序等模塊組成。該系統(tǒng)的主程序處于鍵控循環(huán)工作方式，按下測(cè)量鍵，主程序開(kāi)始調(diào)用發(fā)射子程序、查詢接收子程序、定時(shí)子程序，結(jié)果驅(qū)動(dòng)isd1420工作 圖4.1 程序方框圖4.2 行駛過(guò)程中的防撞報(bào)警軟件設(shè)計(jì)開(kāi)始系統(tǒng)初始化路面狀況設(shè)置自車車速30m/h抑制報(bào)警計(jì)算車距，前車車速計(jì)算后車制動(dòng)距離 處理子程序是是否否圖

53、4.2 主程序流程制動(dòng)距離安全距離報(bào)警 處理子程序入口結(jié)束是否圖4.3 子程序流程第5章 結(jié)論與展望5.1 結(jié)論 1 . 通過(guò)對(duì)高速運(yùn)行中的防撞報(bào)警和對(duì)倒車過(guò)程中的防撞報(bào)警的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，比較全面的完成了對(duì)汽車防撞報(bào)警原定的任務(wù)與目標(biāo)。2. 通過(guò)這段時(shí)間在設(shè)計(jì)中遇到困難并解決困難，使我對(duì)大學(xué)學(xué)習(xí)的很多課程進(jìn)行了溫習(xí)，也對(duì)其中一些內(nèi)容有了更深入的了解，特別是對(duì)單片和protel有了更深刻的了解與掌握，使我以后的學(xué)習(xí)和科研都會(huì)為此受益匪淺。5.2 展望隨著汽車防撞報(bào)警技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的使用范圍越來(lái)越廣，汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和探索也將越來(lái)越受到人們的重視，我們的研究工作僅僅只是探索的開(kāi)始，限于時(shí)間緊張，許多更深入、更具體的工作有待于進(jìn)一步的探討。針對(duì)各種需求，系統(tǒng)還有以下一些地方有待完善和補(bǔ)充：1. 在高速行駛的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)中，由于速度快一秒中可能就行駛幾十米甚至更快，以一個(gè)每小時(shí)120公里，每秒就是1201000/3600=33.333333米。所以很難精確的報(bào)出距離，本設(shè)計(jì)只能通過(guò)計(jì)算測(cè)出報(bào)警距離，然后到達(dá)報(bào)警距離進(jìn)行報(bào)警，希望以后可以進(jìn)一步進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出一個(gè)可以精確報(bào)出前車距離的報(bào)警器。2. 在倒車報(bào)警系統(tǒng)中，本設(shè)計(jì)采用的是超聲波測(cè)距