基于Labview汽車防撞安全駕駛系統(tǒng)設(shè)計與仿真

徐連成

（泰安技師學(xué)院電氣工程系 山東省泰安市 271000）

汽車防撞安全駕駛系統(tǒng)電路就是模擬汽車的主動剎車、并線輔助、速度限制以及酒精檢測等功能。汽車安全系統(tǒng)主要分為主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)，主動剎車系統(tǒng)屬于汽車主動安全系統(tǒng)的一部分，是一種利用通訊技術(shù)與電子監(jiān)測來感應(yīng)車輛周遭的動態(tài)狀況，以輔助汽車駕駛?cè)说陌踩渲?。我們常見的主動安全系統(tǒng)有ABS、ESP、AEB 等電子設(shè)備。

1 系統(tǒng)的總體框架

系統(tǒng)的總體框圖見圖1所示。系統(tǒng)通過各類傳感器模塊采集駕駛環(huán)境的距離、酒精濃度、行駛速度等安防信息，信號經(jīng)整型后通過myDAQ 數(shù)據(jù)采集卡傳送到Labview 監(jiān)控平臺，完成對駕駛環(huán)境的參數(shù)的顯示、分析、存儲、報警功能，并根據(jù)參數(shù)提示對駕駛環(huán)境的距離、酒精濃度、行駛速度實現(xiàn)自動控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計部分

2.1 NI myDAQ數(shù)據(jù)采集器

通過Labview NI myDAQ 設(shè)置8 個通道采集數(shù)據(jù)，DIO0 接開始/停止、DIO1 接設(shè)置、DIO2 接加、DIO3 接減共4 個按鈕、DIO4 接右紅外反射雷達、DIO5 接左紅外反射雷達檢測汽車左右側(cè)物體、DIO6 接超聲波雷達檢測汽車正前方物體汽車主動剎車、DIO7 接酒精檢測。傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)采集器處理通過USB 送到計算機中的Labview 進行分析計算。

2.2 傳感器模塊

左（右）變道安全測距傳感器模塊：由紅外發(fā)射接收一體管和運放組成；探測側(cè)后方是否有車輛。酒精濃度檢測模塊，汽車行駛速度模塊，超聲波發(fā)射接收模塊。利用酒精傳感器MQ-3 對駕駛者進行酒精檢測；汽車行駛速度模塊：霍爾傳感器完成轉(zhuǎn)動電機的測速。汽車將模擬主動剎車模塊：超聲波測距電路，超聲波的收發(fā)探頭對前方障礙物進行探測，當檢測到的障礙物在設(shè)置范圍內(nèi)，汽車將模擬主動剎車。

3 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計

3.1 系統(tǒng)用戶界面設(shè)計

汽車防撞安全駕駛系統(tǒng)總界面vi 前面板見圖2所示，由于Labview 是人機交互界面，具有監(jiān)測和控制功能，所以在總界面中可以對車輛的左障礙、右障礙、前方障礙、酒精報警等安全駕駛信息進行監(jiān)測，并對采集的數(shù)據(jù)進行分析和判斷處理，當出現(xiàn)左、右變道障礙、前方障礙、駕駛員酒精濃度超標而觸發(fā)報警信息時，界面中的相應(yīng)控制功能指示燈變化（改變顏色）、發(fā)出報警信息、驅(qū)動相應(yīng)控制：

（1）報警次數(shù)：每一種報警都可以單獨計算報警次數(shù)，每次報警加一次報警次數(shù)；

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2：安全駕駛系統(tǒng)前面板vi

圖3：系統(tǒng)報警被觸發(fā)的狀態(tài)

圖4：安全駕駛系統(tǒng)按鍵和左障礙控制vi 程序框圖

圖5：安全駕駛超聲波、酒精濃度、障礙控制vi 程序框圖

（2）報警清零：按下清零按鍵，所有報警次數(shù)被清“0”，再次發(fā)生報警時從“0”開始計數(shù)；

（3）需要在前面板添加四個按鍵：開始/停止,設(shè)置,加,減完成汽車防撞安全駕駛相應(yīng)功能設(shè)置；

（4）四種報警觸發(fā)：電壓均由高電平變?yōu)榈碗娖接|發(fā)報警；

3.2 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計

數(shù)據(jù)采集程序使用函數(shù)對安全駕駛參數(shù)進行采集、設(shè)置、閥值分析。采集數(shù)據(jù)的方法：根據(jù)采集任務(wù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)通道，設(shè)置數(shù)據(jù)采集的參數(shù)，調(diào)用讀取或?qū)懭牒瘮?shù)，實現(xiàn)信號的采集和控制。停止執(zhí)行任務(wù)。見圖4所示。

3.3 酒精濃度檢測處理程序

3.3.1 編程思路

檢測車內(nèi)酒精氣體濃度，超限報警，提示安防。

3.3.2 程序前面板設(shè)計

酒精氣體濃度用綠色布爾控件制作、綠色表示沒有監(jiān)測到酒精，藍底紅色喇叭表示監(jiān)測到有酒精時的報警圖片；酒精濃度報警次數(shù)選擇數(shù)值型控件，自動格式，每收到一個脈沖次數(shù)加1。

3.3.3 程序框圖設(shè)計

DAQ 助手通過DIO7 端口采集酒精感器模塊的電壓值、酒精濃度電壓呈現(xiàn)TTL 電平狀態(tài)，通過myDAQ 助手創(chuàng)建虛擬通道（myDAQ1/port0/line7），任務(wù)開始，讀取酒精傳感器的TTL 電平數(shù)據(jù)，停止任務(wù)。當酒精傳感器沒有檢測到酒精時，酒精布爾控件為綠色安全狀態(tài)，當檢測到酒精時，酒精布爾控件變?yōu)樗{底紅色，軟件界面顯示報警次數(shù)實時值。如圖4 和圖5所示。

3.4 超聲波雷達處理程序

3.4.1 編程思路

車輛安全系統(tǒng)通過前風擋上的超聲波雷達系統(tǒng)監(jiān)視交通狀況，當前車剎車、停止或者有其它障礙物的時候，它首先會自動在剎車系統(tǒng)上加力，以幫助駕駛員在做出動作前縮短剎車距離；或者通過調(diào)整方向盤來改變車輛行駛路徑，以避開障礙物。如果車輛距離障礙物過近，這套系統(tǒng)會自動緊急剎車而無需駕駛員的操作。

3.4.2 程序前面板設(shè)計

用綠色控件表示沒有檢測到前方障礙物，當檢測到報警時，用喇叭叫報警控件表示、報警次數(shù)加1。

3.4.3 程序框圖設(shè)計

Labview 通過通道DIO6 檢測超聲波傳感器模塊TTL 電平的狀態(tài)，myDAQ 助手通過虛擬通道（myDAQ1/port0/line6）讀取是否檢測到車輛前方的障礙物，如果檢測到障礙物超聲波報警次數(shù)加1；如果檢測無障礙物則不報警。借助DAQ 助手編程：右擊選測量I/O、進入DAQmx 數(shù)據(jù)采集對話框：選DAQ 助手、在新建對話框的采集信號欄下拉選數(shù)字輸入中的線輸入、選物理通道porto/line6 完成、確認，創(chuàng)建VI，右單擊選擇“生成NI-DAQmx 代碼”，添加整理實現(xiàn)采集、計算、控制等。

3.5 右障礙報警、左障礙報警控制處理程序

并線輔助系統(tǒng)通過雷達傳感器監(jiān)測車輛左右兩側(cè)和后方的盲點區(qū)域，當發(fā)現(xiàn)在盲點區(qū)域其他車輛，則在外后視鏡中亮起醒目的紅色三角形指示燈。如果駕駛員沒有注意到該警告并操作轉(zhuǎn)向指示燈，警告信號將開始閃爍，并發(fā)出額外的聲音警告。

3.5.1 編程思路

準備超車時，如果檢測到側(cè)后車靠近時，通過后視鏡位置閃爍、發(fā)亮提醒司機避險實現(xiàn)并線輔助。

3.5.2 程序前面板設(shè)計

打開前面板將提供的圖片及控件，將汽車頂視圖拖拽粘貼到前面板上，將提供的喇叭控件粘貼到前面板上，在屬性對話框，修改高95、寬93。

3.5.3 程序框圖設(shè)計

Labview 通過通道DIO4 和DIO5 檢測紅外傳感器模塊TTL 電平的狀態(tài)，電壓由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，myDAQ 助手通過虛擬通道（myDAQ1/port0/line4 和line5）讀取是否檢測到車輛左（右）側(cè)后方的障礙物（靠近的車輛），如果有則左（右）障礙報警次數(shù)加1，否則不報警。

3.6 按鍵控制處理程序

選擇物理通道DIO0-DIO3，Labview 通過虛擬通道寫入控制信號，控制按鍵狀態(tài)。按鍵是布爾控件、開關(guān)量。四個按鍵需要綜合到復(fù)合運算里面進行循環(huán)條件的控制。

4 結(jié)語

通常汽車的安全設(shè)計理念都是基于：在事故未發(fā)生時，主動安全系統(tǒng)減少事故發(fā)生的概率；如果檢測到了危險，通過多項預(yù)防性措施都會降低傷害風險；事故發(fā)生時，被動安全系統(tǒng)為駕駛員提供保護；事故后采取的進一步措施方便救援工作展開。