汽車防碰撞系統(tǒng)設計與制作

朱立宗+姚志明+許凌志

摘 要：利用紅外雷達，及超聲波，毫米波等雷達測距及攝像頭探測汽車前方路況并實時反饋給ECU，由ECU判斷前方障礙物的距離，同時車內攝像頭判斷駕駛員是否注意路況，結合兩者情況并進行監(jiān)控，實現(xiàn)防碰撞的功能。

關鍵詞：汽車；防碰撞；系統(tǒng)；設計制作

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.177

0 引言

隨著汽車行駛速度的提高，道路交通的復雜化，以及雨雪霧等復雜天氣的影響，對于行車安全出現(xiàn)了越來越多的隱患。本設計采用紅外雷達，超聲波，納米波等雷達及攝像頭探測前方路況，同時車內攝像頭檢測駕駛員駕駛狀態(tài)的防碰撞系統(tǒng)，既可以減少交通事故，又可以減少誤剎率。

系統(tǒng)的組成與工作原理：

1 系統(tǒng)的組成

汽車防碰撞系統(tǒng)的組成部分：超聲波毫米波等測距雷達收發(fā)模塊以及紅外側面及后方雷達預警模塊：完成雷達信號的發(fā)送和接收；數(shù)據采集調制模塊：實時的采集回波信號 ，并且進行相應的數(shù)模轉換，以供信息處理系統(tǒng)的使用；信息處理模塊：ECU接收來自數(shù)據采集調制系統(tǒng)的信息，并且進行數(shù)據分析，從而判斷行駛安全性；聲光報警顯示模塊：主要是兩種測距雷達，即毫米波測距雷達、超聲波測距雷達，雷達產生所需的波頻信號 ，通過聲音和燈光報警 ，根據不同的安全情況 ，進行報警 ，并且對相應信息進行顯示 ；輔助制動模塊：控制電子制動器、離合器等，在緊急情況下輔助駕駛員制動汽車，同時安全帶預緊裝置工作，保護駕駛員；傳感器模塊 ：通過汽車轉向系統(tǒng)傳感器 、油門踏板位置傳感器 、制動踏板位置傳感器、溫度、速度等傳感器綜合感知汽車行駛狀態(tài)，同時采用室內駕駛員監(jiān)控攝像頭判斷駕駛員的頭部轉向及眼睛打開程度來判斷駕駛員是否進入疲勞駕駛，從而減少誤警率和虛警率；路況選擇控制模塊 ：主要包括系統(tǒng)開關和路況模式選擇開關，控制系統(tǒng)開閉和不同路況模式的選擇，以及輸入鍵盤進行路況控制。

2 系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)由超聲波測距雷達，納米波測距雷達測量前方障礙物的實時距離，攝像頭判斷前方道路行人的情況，紅外測距雷達測量障礙物的距離，車內攝像頭采集駕駛員頭部轉向及眼睛打開程度，以及通過油門踏板位置傳感器，制動踏板位置傳感器，判斷駕駛員的駕駛狀態(tài)，所有雷達及探頭采集到的信息反饋給ECU，通過預先設定的標準值存于ECU中，判斷所反饋的信息是否超過標準值，超過后系統(tǒng)將做出相應的聲光報警或采取緊急制動措施，系統(tǒng)根據速度的快慢，決定制動力矩的大小，從而達到更好的制動效果

3 系統(tǒng)的控制

（1） 硬件控制系統(tǒng)的組成，主要由控制核心MCU宏晶公司生產的STC89C52。該芯片具有價格低廉，性價比高的優(yōu)點，足以應對該系統(tǒng)的需求。

MCU根據測距模塊輸入的信號進行處理，與系統(tǒng)的標定值進行比較對比，計算測距模塊輸入的信號是否超過標定值，根據超出的百分比進行相應的控制信號輸出，當測距模塊輸入的數(shù)值超過標定值，系統(tǒng)開始出現(xiàn)警示燈亮，當該數(shù)值超過標定值的百分之五進行蜂鳴器的報警，當輸入數(shù)值超過百分之十，人體的剎車反應無法趕上碰撞之前把車剎停的一個數(shù)值時，系統(tǒng)進行自主剎車，同時系統(tǒng)將根據速度的快慢進行不同力矩的剎車，只要駕駛員有踩剎車的動作，系統(tǒng)將會停止剎車，由駕駛員來完成。

（2）軟件系統(tǒng)的設計，汽車啟動，程序初始化，判斷車速是否到達監(jiān)控模15km/h，判斷汽車與前方障礙物的距離，是否小于安全距離D1，小于安全距離D1汽車制動，當踩下剎車，程序松開自動剎車。車速到達15km/h進入監(jiān)控模式二、當汽車進入安全距離時，汽車警示燈閃爍，當汽車進入制動安全距離，系統(tǒng)產生制動力。軟件程序圖如圖3所示。

4 數(shù)據采集模塊

系統(tǒng)采用HY-SRF05超聲波模塊用于側方位測量，由于實驗條件有限使用的是模型車，所以不采用毫米波雷達。模塊工作原理：采用IO觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號；模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間.測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2；本模塊可提供全套測距程序：C51，PIC18F877，超聲波LCD1602顯示，超聲波LCD12864顯示，數(shù)碼管顯示，串口顯示等，測距參考程序。攝像頭采用行車紅外攝像頭。

5 系統(tǒng)執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊由蜂鳴器，LED等，步進電機組成，步進電機驅動制缸完成制動任務。步進電機采用QS-M42 伺服電機監(jiān)控電機搭載的編碼器的反饋調整電流值，因此即使在急劇的負載變化或急加速時也不會失步，可持續(xù)運轉，可在低速區(qū)域內輸出高轉矩，因此可用于頻繁實施急加速急停的高速寸動動作及旋轉臺控制。步進電機與指令同步動作，因此不存在對脈沖指令的響應延遲。根據電機的負載狀態(tài)控制電流，大幅減少了步進電機所特有的發(fā)熱及振動。進行控制時，不必擔心發(fā)熱或振動，定位停止時無振蕩。

6 結束語

在設計的過程中，充分考慮了系統(tǒng)的可行性，及設備的工作性能等方面。采用超聲波，攝像頭等雷達來達到測距的目的，達到了實時監(jiān)測路況，近距離報警，安全距離內剎車的功能，能夠對汽車起到安全保護作用。該系統(tǒng)操作簡單，工作穩(wěn)定，具有一定的實用性。

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本文系廣西科技大學2016年自治區(qū)級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目《汽車防碰撞系統(tǒng)設計與制作》成果。

作者簡介：朱立宗（1980-），廣西貴港人，講師，主要從事載運工具運用工程、CAE、職業(yè)教育研究。