基于超聲波測距的汽車電磁防撞裝置

1、基于超聲波測距的汽車電磁防撞裝置基于超聲波測距的汽車電磁防撞裝置隨論文聯(lián)盟著汽車擁有量的不斷增加，平安駕駛越來越成為大家關注的焦點，特別是在天氣情況較差或司機處于相對疲勞狀態(tài)時，汽車防撞系統(tǒng)(llisinAvidaneSyste,AS)的設計和需求就顯得更為重要和迫切1。目前的汽車防撞系統(tǒng)主要基于激光測距、紅外測距以及采用無線收發(fā)模塊等2-4，較新的方案還包括基于UB技術的無線防撞系統(tǒng)5。已有的這些方案主要是根據(jù)系統(tǒng)測定的結果，通過語音提示司機人為減速來到達平安駕駛的目的；但是高速行駛中的汽車有著很大的慣性，剎車間隔 較長，完全依靠司機的臨時減速，特別是司機疲勞或者沒有集中注意力時，往往很難到

2、達好的平安駕駛效果。我們設計了一種可以自動輔助減速的防撞裝置，使得汽車可以自主提早減速，到達平安駕駛的目的。該設計以ST8952單片機為主控單元，利用超聲波測距，在汽車與其他汽車的間隔 小于事先設定的平安間隔 時，啟動語音報警裝置，提醒司機減速，并同時啟動電磁鐵減速單元。該裝置本錢低廉，設計簡單，汽車假設可以裝備該裝置，那么可以在行駛過程中到達汽車自主輔助減速的目的。1系統(tǒng)工作原理1.1方案框圖汽車電磁防撞裝置的詳細框圖如圖1所示，該裝置由超聲波測距單元、單片機控制單元、語音報警單元以及電磁鐵減速單元和復位電路等部分組成。需要說明的是，該裝置需要在車前和車后都安裝，以起到較為全面的平安防撞作用

3、。圖1汽車電磁防撞裝置框圖汽車在行進過程中，車前和車后防撞裝置中的超聲波測距單元都處于工作狀態(tài)，當檢測到自身與其他汽車的間隔 小于平安間隔 時，系統(tǒng)將發(fā)送信息給主控單片機單元，單片機將發(fā)送相應指令給語音報警單元提示司機采取相應措施，同時汽車中的電磁鐵減速單元也會收到單片機的啟動指令，兩輛汽車的電磁鐵減速單元就會迅速啟動，電磁鐵減速單元可以都設置為同名N極，由于同性磁極的互相排斥作用，使得汽車可以到達自主減速的目的，有效防止了汽車相撞的發(fā)生。假設未到達設定間隔 ，那么電磁鐵單元不會開啟，汽車處于正常行駛狀態(tài)，當然此時的超聲波測距單元仍然處于監(jiān)測狀態(tài)。1.2系統(tǒng)工作形式汽車防撞主要為正面防撞和追尾

4、防撞兩類方式，每一類方式中除了在同一車道上的相撞之外，還有可能存在與其他車道上的車輛的左側相撞或右側相撞，詳細的示意圖如圖2所示。a正面防撞示意圖b追尾防撞示意圖圖2圖2(a)所示為A車和B車在相向行駛時的示意圖，兩車車頭安裝的防撞裝置中的超聲波測距單元不斷監(jiān)測間隔 ，當檢測到兩車車頭之間的間隔 到達事先設定的平安間隔 時，啟動各自車頭防撞裝置中的減速單元，如圖2所示，都作為N極出現(xiàn)，那么兩車間產(chǎn)生排斥力，到達自主減速的目的，起到防止正面相撞的效果。圖2(b)中A車和B車同向行駛，存在追尾的風險，同理，當B車的車速相對較快，B車車頭和A車車尾防撞裝置中測距單元檢測到兩車之間的間隔 小于事先設定

5、的平安間隔 時，各自向主控單片機發(fā)出信息，主控單片機分別下達啟動電磁減速單元的指令，使得B車車頭和A車車尾防撞裝置中的電磁減速單元開始工作，將B車車頭和A車車尾裝置中的磁極均設為N極，因此產(chǎn)生了排斥力，使得兩車有效防止了追尾相撞的事故。在超聲波測距單元電路中，發(fā)射和接收超聲波的超聲傳感器，在間隔 監(jiān)測中起著關鍵的作用，傳感器在發(fā)射超聲波時，能量呈扇形分布，但是并不是均勻分布的，一般以傳感器的中軸線方向為最強，而向兩邊逐漸減弱，當發(fā)射能量減小到一半左右時，此時的方向與中軸線的夾角稱為波束角，波束角是超聲波傳感器探測范圍的主要參數(shù)，一般在30左右。因此除了圖2(a)和(b)的兩種情況外，傳感器還可

6、以探測到相鄰車道中的汽車，起到左側防撞和右側防撞的效果。通過超聲波測距單元電路，利用回波時間計算出相鄰汽車之間的間隔 ，進而結合主控單片機，與事先設定的平安間隔 比較后，假設得出間隔 過近的結果，單片機啟動語音電路和電磁減速單元電路，一方面提醒司機減速，另一方面利用同極磁體的排斥力進展自主減速，最大限度起到正面防撞以及追尾防撞的效果。2系統(tǒng)硬件電路2.1主控單片機電路系統(tǒng)中采用了低電壓、高性能的ST8952單片機，它是ST8951的增強型號，其中包含了可反復擦寫的8kB的程序存儲器和12B的RA，器件采用高密度、非易失性存儲技術消費，可以完全兼容標準的S-51系統(tǒng)。ST8952單片機的工作電壓

7、為5V，最高的工作頻率為24Hz，有40個引腳，其中包含32個雙向的I/端口，2個全雙工通信口，2個讀寫口線以及3個16位的可編程定時計數(shù)器。該單片機中可反復擦寫的Flash存儲器可以有效降低開發(fā)的本錢，使得ST8952單片機得到了廣泛的使用。2.2語音報警單元電路該部分采用ISD1420P語音芯片及外圍電路實現(xiàn)語音報警提示功能，ISD1420P芯片內(nèi)部包含片上時鐘、麥克風前置放大器等，它采用模擬存儲技術，可以提供20秒的錄放時間，且斷電不喪失，語音質(zhì)量高。外圍電路主要由駐論文聯(lián)盟極體話筒和揚聲器加少量電容電阻組成，實現(xiàn)語音信號的輸入輸出，并且用1個二極管作為錄音指示燈，通過8根地址線和2根錄

8、放控制線與單片機相連。在錄音形式中，單片機將27腳置低，并送出相應的地址，從而實現(xiàn)分段錄音。錄音時發(fā)光二極管D1被點亮，D1熄滅表示錄音完畢。在需要報警時，只需要由單片機P0口送出所需報警內(nèi)容的存儲地址，給24腳一個下降沿信號，即開始放音，通過更改地址即可播放不同的預錄語音信號，如可以事先錄下注意本車道正面防撞注意本車道追尾防撞注意左側車道追尾防撞等多種可能的語音報警內(nèi)容，供單片機在實際行駛過程中根據(jù)詳細情況調(diào)用，語音芯片接口原理圖如圖3所示。圖3語音芯片ISD1420P接口原理圖2.3超聲波測距單元電路該單元電路以超聲波的發(fā)射、接收單元為核心，發(fā)射探頭發(fā)射超聲波后，遇到障礙物返回，接收探頭接

9、收到相應的信號，經(jīng)過放大、整形等處理后發(fā)送給單片機，單片機根據(jù)超聲波的往返時間間隔以及傳播速度計算得障礙物的間隔 6。在本系統(tǒng)中采用了DYP-E007V2超聲波測距模塊，圖4為其實物圖。管腳15分別定義為：V，Trig，Eh，ut，GND。該模塊包括了超聲波發(fā)射單元、超聲波接收單元和控制電路，以及溫度補償。該模塊可以提供0.025的測距范圍，當該模塊收到一個觸發(fā)信號后，發(fā)射單元將開始發(fā)射超聲波信號，假設探測范圍內(nèi)有障礙物，那么接收單元會收到返回的信號，利用發(fā)送信號和返回信號的時間差那么可以計算得到障礙物的間隔 。圖4DYP-E007模塊實物圖使用該模塊時，需要占用單片機的兩個I/口，一個I/口

10、作為觸發(fā)端，另一個I/口作為回波P信號捕捉引腳。在開始寫入程序時，先在Trig引腳給一個大約為10s的高電平觸發(fā)信號，同時該模塊的內(nèi)部將發(fā)出8個40kHz的周期脈沖并檢測相應回波信號，同時讀出環(huán)境溫度，計算出真實的間隔 值，并將其變換成一個P的信號從Eh引腳輸出。因此只需要讀出P信號的高電平持續(xù)時間，由于該模塊帶有溫度補償，因此不管溫度為多少，間隔 計算時只需要用340/s即可，假設沒有收到回波信號，那么模塊的回響信號腳將輸出約65s的電平，以防止發(fā)射信號的影響。2.4電磁鐵模塊如圖5所示為電磁鐵的驅(qū)動原理圖，電磁鐵利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵，當電源斷開時，電磁鐵的磁性隨之消失。電磁鐵主要由線

11、圈、鐵芯和銜鐵組成。本裝置采用U型電磁鐵作為小車防撞的主要設備，它包含一個U型鐵芯，兩個線圈和銜鐵，線圈面纏繞塑料帶表示線圈的繞向，電磁鐵做成U型可以使磁感線在工件內(nèi)形成通路，能大大增強排斥力。本設計采用的是車頭和車尾裝配統(tǒng)一的U電磁鐵。車頭和車尾N極和S極都在同一側。可以使兩個車同向和相向行駛時，都產(chǎn)生斥力。圖5電磁鐵驅(qū)動原理圖當超聲波測距單元檢測到障礙物時，單片機P0口的相應管腳輸出低電平，光耦芯片(ptislatr1)內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，另一邊三極管由以前的截止狀態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，電源電壓加到電磁鐵P7上，電磁鐵開始正常工作。3完畢語筆者設計了一種以ST8952單片機為控制核心的汽車電磁防撞裝置，在汽車的車前和車后普遍安裝該裝置時，汽車在行駛過程中，該車與其他相鄰汽車的超聲波測距電路均在監(jiān)測工作狀態(tài)中，假設發(fā)現(xiàn)低于平安間隔 ，那么兩車一方面啟動各自系統(tǒng)中