自動(dòng)控制技術(shù)在汽車碰撞系統(tǒng)的研究

王英輝

（三亞學(xué)院，海南 三亞572000）

1 背景

汽車數(shù)量日趨增多，國民道路安全意識(shí)越來越高，許多車輛不具備防撞系統(tǒng)裝置，汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)是防止汽車在道路上行駛時(shí)發(fā)生碰撞的一種預(yù)防的安全措施，能有效減少道路交通事故的發(fā)生。防止車輛在行駛中遇到危險(xiǎn)的障礙物，或者在車主不注意的情況下，當(dāng)車輛快碰到障礙物時(shí)，自動(dòng)地提醒駕駛員使汽車進(jìn)行制動(dòng)，能有效地防止汽車發(fā)生碰撞，減少不必要的財(cái)產(chǎn)損失，將交通事故降到最低[1]。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

防撞裝置主要是圍繞了“安全”的目標(biāo)來考慮，防撞裝置的信息獲取處理和執(zhí)行，主要分了三個(gè)模塊；（1）測距信息獲取模塊：這個(gè)功能最主要的工作意義是獲取車輛與周邊車輛的距離或與邊臨的障礙物距離信息；（2）獲取的信息控制模塊：由主控器完成信息的比較，并傳達(dá)指令給下邊的執(zhí)行元件；（3）指令執(zhí)行模塊：工作內(nèi)容主要是執(zhí)行信息處理模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)指令，從而能自動(dòng)及時(shí)的通過聲光報(bào)警來提示駕駛員安全行駛，或使其車輛自動(dòng)剎車等[2]。起到了很好的安全作用，可以防止發(fā)生不必要的車輛碰撞，所以出于安全方面的考慮來設(shè)計(jì)的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)，將可以大大的減少了由于倒車碰撞、追尾碰撞、正面碰撞等不必要的碰撞損失。

2.1 硬件整體電路

在整個(gè)防撞報(bào)警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)模塊，包括了單片機(jī)主控電路，探測距離獲取電路，系統(tǒng)信息處理，系統(tǒng)報(bào)警、顯示距離等電路。每個(gè)部件模塊在系統(tǒng)中都擔(dān)當(dāng)著不同的功能，在系統(tǒng)中信息的采集與處理執(zhí)行，全由系統(tǒng)的測距傳感器、單片機(jī)、聲光報(bào)警及距離顯示警報(bào)等來完成，都擔(dān)任著不同的角色。傳感器主要任務(wù)是獲取車輛與周圍物體的信息，而獲取的內(nèi)容傳給單片機(jī)進(jìn)行處理。防撞系統(tǒng)的整個(gè)硬件電路中，51 單片機(jī)作為處理系統(tǒng)模塊，主要是處理數(shù)據(jù)。且該單片機(jī)具有40 個(gè)引腳端口，采用低電壓工作，在運(yùn)行中可以實(shí)現(xiàn)修改和編程，顯示器的工作是接收由單片機(jī)的指令，并執(zhí)行實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。蜂鳴器和發(fā)光二極管也是接收主控器的指令，由系統(tǒng)控制聲音和光報(bào)警信息是否發(fā)送。整體電路原理圖如圖1 所示。

系統(tǒng)的主要電路部分包括超聲波的發(fā)射端和接收端電路，以及選取的蜂鳴報(bào)警器，顯示屏和單片機(jī)等電路組成。超聲波電路模塊可以實(shí)現(xiàn)對測量距離的獲取，起到了探測距離的作用，并將其信息輸送給單片機(jī)進(jìn)行處理。而決定測距危險(xiǎn)報(bào)警的主要是由單片機(jī)來處理數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息與設(shè)定的危險(xiǎn)報(bào)警距離進(jìn)行對比分析，最后決定是否發(fā)出報(bào)警指令，從而控制防撞系統(tǒng)是否報(bào)警。

圖1 防撞系統(tǒng)整體原理圖

2.2 軟件整體設(shè)計(jì)分析

軟件方面，首先進(jìn)行初始化LED 顯示器，使其顯示開機(jī)界面為初始值“0.00”的狀態(tài)，表示系統(tǒng)還未進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)獲取40kHz 的脈沖數(shù)據(jù)時(shí)，該裝置開始啟動(dòng)接收程序。并讓子程序和中斷服務(wù)程序配合運(yùn)作，這樣一來就可以完成了主控器的工作。主要是協(xié)助防撞系統(tǒng)檢測處理超聲波傳感器的信息，且C51 單片機(jī)通過獲取的信息，來判斷是不是有回波，并是否采取外部中斷子程序。而系統(tǒng)的發(fā)射端與接收端的脈沖信號傳遞至處理器調(diào)用及計(jì)算程序，并且顯示測量的結(jié)果，同時(shí)當(dāng)測量的距離信息小于設(shè)定的安全距離時(shí)，由系統(tǒng)做出相對的控制指令。

主控制器來實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件的功能，且運(yùn)用子程序來協(xié)助工作。把獲取得到的數(shù)通過程序內(nèi)部運(yùn)算，并且把算出來的結(jié)果信息上傳至顯示模塊。根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)和系統(tǒng)發(fā)出的指令來完成，再根據(jù)指令決定是不是要采取中斷措施，中斷程序中需要用到TH0*256+TLO，此公式的得到的數(shù)據(jù)要經(jīng)過系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換后才可以輸出。

3 報(bào)警顯示模塊

3.1 報(bào)警顯示模塊硬件電路設(shè)計(jì)

顯示模塊在防撞預(yù)警裝置里是有不可缺少地部分。這一模塊采用的顯示器是共陽極的，并運(yùn)用74LS06 驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)顯示，可以直接的讓行車人員直觀地看到，該汽車跟周圍物體的間隔距離，且用LED 顯示器來顯示具體距離。而該獲取的距離是由車用測距傳感器傳來的數(shù)據(jù)，是運(yùn)用超聲波來制作。這樣就可以讓行車人員在還沒有發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)隱患地時(shí)候，發(fā)出聲光顯示報(bào)警，好提醒駕駛員做出相應(yīng)的安全操作，這樣預(yù)警裝置便可以完成多種的工作方式。

報(bào)警模塊主要是利用喇叭發(fā)出報(bào)警聲跟燈的閃爍來警示駕駛員注意開車。這樣就可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)車輛在進(jìn)入距離危險(xiǎn)時(shí)能夠?qū)︸{駛者提出警示。但由于電路的原因，還要用一個(gè)運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)信號放大來完成報(bào)警。而實(shí)現(xiàn)報(bào)警的條件是在系統(tǒng)的設(shè)定的安全距離值中，當(dāng)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)時(shí)，探測的距離小于或等于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器便會(huì)報(bào)警。提示駕駛員安全行駛，防止發(fā)生碰撞，而聲光報(bào)警電路圖如圖2 所示。

圖2 聲光報(bào)警電路圖

3.2 報(bào)警顯示模塊軟件設(shè)計(jì)

防撞裝置的微控軟件跟硬件一同實(shí)現(xiàn)，來完成實(shí)物地展示。由此在硬件和軟件的設(shè)計(jì)中，在信號控制上兩者能夠協(xié)調(diào)工作，使得軟件的運(yùn)行能夠配合系統(tǒng)硬件的運(yùn)行過程。且在工作的過程中，對于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)保存在RAM中。而系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)時(shí)，直接從RAM中獲取并進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理。而當(dāng)系統(tǒng)通過系統(tǒng)軟件處理信息時(shí)，就會(huì)將所得出的結(jié)果傳送給三位LED 顯示器來顯示。如圖3 報(bào)警子程序控制流程圖。

圖3 報(bào)警子程序控制流程圖

在處理距離報(bào)警模塊時(shí)，可以清楚的了解車用傳感器采集信息到報(bào)警過程的數(shù)據(jù)處理流程，而首要的距離信息獲取是通過車用傳感器來完成工作，而信息的處理過程主要是單片機(jī)系統(tǒng)控制完成，設(shè)定的區(qū)間范圍距離信息會(huì)傳給處理系統(tǒng)。由主系統(tǒng)控制，可以根據(jù)經(jīng)過處理比較的信息數(shù)據(jù)，自主的判斷，做出是否啟動(dòng)距離報(bào)警狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)在車上做出相應(yīng)的響應(yīng)，發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警，這樣可以起到警示駕駛員注意行駛車輛，防止車輛發(fā)生不必要的碰撞，造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失。依次完成一個(gè)工作循環(huán)。

4 系統(tǒng)自動(dòng)控制的目的

4.1 一個(gè)駕駛員的心態(tài)、駕齡、開車時(shí)長及開車習(xí)慣等因素都有可能引起交通事故的發(fā)生，每年因?yàn)轳{駛員操作不當(dāng)出現(xiàn)很多交通事故，防撞系統(tǒng)具備很強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境能力，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要服務(wù)于駕駛員，起到提醒駕駛員的作用，給駕駛員預(yù)留出事件反映的時(shí)間，從而及時(shí)采取相應(yīng)的措施，實(shí)現(xiàn)輔助車輛安全行駛[3]。

4.2 防止汽車在處于危險(xiǎn)隱患環(huán)境下，而駕駛員并不知道，及時(shí)的提醒，使駕駛員時(shí)刻關(guān)注周圍環(huán)境的變化，減少疲勞狀態(tài)，提早做出反映及相應(yīng)的動(dòng)作。從而保護(hù)車輛及人員安全，起到了預(yù)防的作用。

4.3 提示行車員注意汽車跟旁邊物體的間隔是否安全，好讓行車員注意開車。當(dāng)汽車離周圍物體的間隔低于設(shè)定值，汽車處在危險(xiǎn)范內(nèi)，系統(tǒng)自動(dòng)的就會(huì)發(fā)出警示的聲音。且把探測到的距離傳給LED 顯示器，這樣就可以讓行車員很直觀地看到汽車跟危險(xiǎn)物的間隔，從而采取剎車或者變道等相關(guān)動(dòng)作。當(dāng)汽車與障礙物數(shù)據(jù)的比較，汽車處在一個(gè)安全的距離中，報(bào)警元件不會(huì)發(fā)出警示的聲音。汽車可以正常行駛。

4.4 當(dāng)車處在危險(xiǎn)距離時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的發(fā)出警報(bào)并有燈光閃爍提示，起到雙重啟示作用。

4.5 設(shè)計(jì)的防撞系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試通過，自動(dòng)控制技術(shù)得到了很好的運(yùn)用，各個(gè)功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行效果良好，當(dāng)車輛上安裝防撞裝置，在道路上行駛的車輛對人們生命的安全隱患將會(huì)有效降低，實(shí)現(xiàn)人與車，車與車和車與物之間的“安全”的目標(biāo)。