汽车防撞主控系统设计论文

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2022年4月27日

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汽车防撞主控系统设计

摘要：针对我国高速公路交通安全的需要，以及国内外汽车电子技术的应用现状和发展趋势，综合汽车工程学、汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论，从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发，提出开发研制汽车防撞报警系统。目的在于当行车处于危险状态时，发出报警，提醒驾驶员或自动采用相应措施，从而减少或避免高速公路碰撞事故的发生。

本设计的系统包括传感器感知子系统、中央处理子系统和信息输出子系统组成。通过分析高速公路上行驶的前后两车的三种相对行车状态，提出合理的安全跟车距离计算数学模型；通过对车间距离、相对速度和自车车速的测量方案比较及误差分析，确定采用多普勒调频连续波雷达传感器来测量两车间的实际车速；进而通过中央处理子系统对各传感器信息进行采集和处理，然后做出信息输出和控制安全判读。考虑到系统的实时性、精确性和可靠性，采用性价比比较高的八位微处理器AT89S52作为系统的控制中心，由此而组成中央处理子系统的核心。

关键词：安全跟车距离模型 防撞报警系统 PC机模拟通信 声光报警

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目 录

1、摘要…………………………………………………………………………………………2 2 系统分析与数学模型建立…………………………………………………………………4

2.1系统结构……………………………………………………………………………………4 2.1.1系统技术指标分析……………………………………………………………………5 2.2系统安全跟车距离模型………………………………………………………………………8

2.2.1系统安全跟车距离模型的建立…………………………………………………………8 2.2.2 模型中各参数的确定……………………………………………………………… 14

3 系统测量与误差分析……………………………………………………………………… 16

3.1自车速度的测量……………………………………………………………………………16 3.2相对距离和相对速度的测量………………………………………………………………16

4 系统硬件电路设计…………………………………………………………………………18

4.1系统工作环境分析与可靠性设计………………………………………………………… 18 4.2测量距离通道的设计…………………………………………………………………… 19 4.3测速通道的设计………………………………………………………………………… 19 4.4 转向、油门、制动信号的采集………………………………………………………… 20 4.5 声光报警模块的设计…………………………………………………………………… 21 4.6 液晶显示模块的设计…………………………………………………………………… 22 4.7 电源设计…………………………………………………………………………………23

5 系统软件设计………………………………………………………………………………23

5.1系统软件功能需求分析……………………………………………………………………24 5.2系统软件功能程序流程图如下所示…………………………………………………………24

6 模拟实验……………………………………………………………………………………28 7 总结…………………………………………………………………………………………29

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前言： 针对我国高速公路交通安全的需要，以及国内外汽车电子技术的应用现状和

发展趋势，综合汽车工程学、汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论，从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发，提出开发研制汽车防撞报警系统。目的在于当行车处于危险状态时，发出报警，提醒驾驶员或自动采用相应措施，从而减少或避免高速公路碰撞事故的生。

本设计的系统包括传感器感知子系统、中央处理子系统和信息输出子系统组成。通过分析高速公路上行驶的前后两车的三种相对行车状态，提出合理的安全跟车距离计算数学模型；通过对车间距离、相对速度和自车车速的测量方案比较及误差分析，确定采用多普勒调频连续波雷达传感器来测量两车间的实际车速；进而通过中央处理子系统对各传感器信息进行采集和处理，然后做出信息输出和控制安全判读。考虑到系统的实时性、精确性和可靠性，采用性价比比较高的八位微处理器AT89S52作为系统的控制中心，由此而组成中央处理子系统的核心

2 系统分析与数学模型建立

2.1系统结构

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霍尔车速传感器 频率量输入 光电隔离 LCD显示 主控处理控制模块 声光报警 模块 通信接口 变速器输出轴 单元 电源 毫米波雷达 测距传感器 PC机模拟

图2-1 汽车防撞系统示意图

图 2-1 为 汽车防撞报警系统的结构示意图，整个系统由传感器感知、中央处理以及信息输出三个子系统构成。传感器感知子系统由车辆上的各种传感器组成，用于收集车辆的内外环境信息;中央处理子系统由信息采集单元与主控制单元组成，用于评估车辆行驶的安全状态;信息输出子系统由声光报警模块与显示模块组成，为驾驶员提供汽车行驶的安全状态信息

汽车防撞报警系统的工作原理:利用安装在汽车前保险杠上的雷达传感器实时测量自车与前方目标物间的距离和相对速度等信息，并通过采集传送至信息采集单元;利用安装在变速箱输出轴的霍尔车速传感器获得与转轴同速的脉冲信号，输出至信息采集单元进行车速计算:制动、油门位置及路面附着系数以开关量的形式输入至信息采集单元;信息采集单元对各种传感器信息进行处理，并把处理结果传送至主控制单元;主控制单元判断当前的行车安全状态，采取相应的报警方式，警示驾驶员当前的行车状况及需要采取的措施。

系统采用两次报警的方式，如果实际测量间距大于提醒报警距离时，系统绿灯亮、无报警音，即为安全行车状况:如果实际测量间距小于提醒报警距离而大于危险报警距离时，系统黄灯闪烁，产生长间隔报警音，即为提醒报警状态，提醒驾驶员需要松开油门踏板:

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如果实际测量间距小于危险报警距离时，系统红灯闪烁，产生短间隔报警音，即为危险报警状态，要求驾驶员必须紧急制动或自动制动。

2.1.1统技术指标分析

系统能够适用于各种交通环境，首先要求雷达传感器能够在各种交通环境下及时准确地为系统提供数据信息。根据雷达现有技术及系统安装的方便性，对系统提出了如下一些技术指标：

(1) 系统由传感器感知子系统、中央处理子系统及信息输出子系统构成。其中，中央处理子系统由信息采集单元与主控制单元组成:信息输出子系统由声光报警模块与液晶显示模块组成;

(2) 雷达传感器工作电压为直流10V -16V;控制单元工作电压为直流5V;

(3) 雷达传感器对各种天气状况(如大雾、晴天、阴天、雨天和雪天等典型天气)适应性好，传感器表面脏时仍能正常工作:

(4) 雷达输出参数包括车间距离和相对速度;

(5) 雷达传感器检测距离最小为7m:在能见度大于50m的情况下，检测距离大于120m;在检测距离为120m位置处，横向测量宽度为3.75m;

(6) 雷达传感器测量误差:距离测量误差绝对值不大于lm，相对速度测量误差绝对值不大于1Km/h;

(7) 系统报警及时，报警声音强度与警示灯光亮度设置合理，报警抑制信号处理正确、及时，液晶显示器显示信息准确:

(8) 系统工作温度范围为-30℃-+85℃,温度稳定性好;

(9) 系统抗电磁干扰能力强，可靠性高，最大耐震度为3g(重力加速度);

对于某些安全范围或特殊情况下，要对系统采取抑制报警的措施，以防错误报警导致不良甚至新的安全威胁。对此要尽可能考虑到各种情况。分析如下:

(1) 驾驶员采取制动时。驾驶员采取制动措施，说明驾驶员已经意识到了行车的危险状况，在这个时候应该抑制报警

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(2) 低速行驶。车辆在城市道路低速行驶和经常性起步停车时，发生恶性交通事故的可能性很小，因此当自车速度低于一定值(目前确定为40Km/h)时，对报警进行抑制;

(3) 弯道行驶。车辆转弯时，雷达把道路两旁的路障或隔离物当作目标，虚假地判定自车处于非安全行驶状态，从而发生虚报警，此时亦应对报警进行抑制。

(4) 车辆超前时。当在某个时刻，有另外一辆车通过超车道而在短时间内行进入到本车的安全距离下，考虑到两者的相对速度达到一定（目前确定为10Km/h）时，对报警进行抑制。

2.2系统安全跟车距离模型

如何保持合适的车间距离是汽车行驶过程中的关键问题。间距过大，则会导致道路通行能力降低，不利于社会经济的快速发展；间距过小，则车辆行驶时发生交通事故的可能性增大驾驶员通常是按照自己的经验来判断自车行驶的安全状态，当感觉危险存在时，通常采用降低车速或者改变行驶方向的方法来避免危险情况的发生，但这种对行车安全状况的判断往往并不够准确。汽车防碰撞系统作为汽车驾驶的辅助系统，应当建立相对比较合理的安全跟车距离模型，准确判断前方目标物潜在的危险性程度，既保证车辆行驶的安全性，又保持良好的道路通行能力，即尽可能保持理想的安全间距。

车辆安全行车间距的确定与车辆的制动距离有着十分密切的联系，经对车辆制动过程的分析，得出汽车制动距离的计算公式如下：

2tsv0dv0(txthum)

22amax

d：制动距离，单位为m;

v0：汽车制动时刻的初速度，单位为m/s;

thum：驾驶员反应动作时间，即驾驶员发现情况并做出决定，以及将右脚从加速踏板

移到制动踏板所需的时间，单位为s

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tx ：制动协调时间，即消除制动踏板间隙，消除各种铰链、轴承间隙以及 制动摩擦片完全贴在制动鼓或制动盘上所需的时间，单位为S。 2.2.1系统安全跟车距离模型的建立

根据行车过程的实际状况，把前目标车分为三种运行状态，即静止状态、减速状态以及匀速或加速状态，分别介绍如下:

前车处于静止状态时，两车间的最危险时刻是自车停止，且与障碍物相隔最 近的时刻，如图2-2所示。为了保证此刻自车的绝对安全，设定自车停止时，两 车间还存在一定的安全间距d0(单位:m)，则危险报警距离db(单位:m)为:

2tsv1dbv1(tx)d0 （2.2.2）

22a1

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注:其它参数与式(2.2.1)中相同符号参数的定义一致，下同。

提醒报警距离dw，是在危险报警距离的基础上，考虑了自车在驾驶员反应动 作时间内行驶的距离，所以，其计算公式如下:

2tsv1dwv1(txthum)d0 （2.2.3）

22a1即：dwdbv1*thum （2.2.4）

2) 前车匀速或加速运动

当前车做匀速或加速运动时，两车间的最危险时刻是后车的速度减小至与前车同速时，如图2-3所示。如果在两车速度相等的时刻还没有发生碰撞事故，之后就不再可能发生碰撞事故了，因为最危险时刻以后，前车继续保持匀速或加速

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2tsv12v2vrel)v2d0 dbvrel(tx22a1a1 （2.2.5）

式中：v2：前车的速度，单位为m/s

rel：两车间的相对速度，单位为m/s 提醒报警距离dw，的计算公式如下：

vdwvrel(thum即： dw22vrelt2v1v2tx)v2d0 （2.2.6）

22a1a1dbvrel*thum （2.2.7）

上面的公式是建立在前车匀速运动的基础上，如果前车做加速运动，而模型仍采用上

面所列出的公式，不仅更能保证自车行驶的安全性，而且有利于模型数学计算的简化。

3) 前车减速运动或前车减速停止

把前后两车可能的行驶状态分为三种情况进行讨论： （1）前车先停止，自车后停止

图2-5表明，两车间的最危险时刻为自车停止的时刻。 （2）自车和前车同时停止

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图2-6表明，两车间的最危险时刻为自车或前车停止的时刻。 图中: ts1：自车停止时刻; ts2：前车停止时刻。 （3）自车先停，前车后停

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如图2 -7 所示，两车间的最危险时刻本应为自车减速到与前车速度相同的时刻，但是，在能保证绝对安全的条件下，为了简化计算，把最危险时刻确定为前车停止的时刻。在这三种情况下，前车均制动至停止，自车也从某一速度采取制动至停止。所以，这三种情况在计算方法上均可简化为同一种，如图2-8所示。

该状况下的危险报警距离的计算如下： 22vvts 12dbv1txvreld0 （2.2.8） 2a12a22

式中: a2：前车的最大减速度，数值与自车最大减速度相同，单位为m/s 提醒报警距离dw的计算公式如下：

2dwv1(thumtx)vrel2tsv12v2d0 （2.2.9） 22a12a213

2.2.2 模型中各参数的确定

自车速度v1由转速传感器测得，相对速度vrel由毫米波雷达测得，根据公式:

v2v1vrel （2.2.11）

可计算出前车的速度v2,模型中的其他参数a1、a2、thum、ts、tx、d0的具体设置如下： （1）a1、a2值的确定

a1、a2值的大小对安全跟车距离模型中提醒报警距离和危险报警距离的计算有很大的影

响。汽车制动减速度随轮胎类型、车辆的装载情况和路面附着条件的不同而不同。实时检测自车的附着系数会使计算更精确，但目前国内外均处于理论探讨的阶段，还没有研制出性能优越的车载实时测量工具。在实际的行车过程中，前车为主动制动，后车为被动制动，后车制动的减速度一般会大于前车制动的减速度。在设计汽车制动时，对汽车最大制动性能的要求是相同的，制动减速度主要取决于路面的附着系数，因此，为了简化计算，同一路面上前后行驶的两车的减速度均按最大制动减速度选取，且两车的减速度a1、a2取相同值a。系统根据路面干燥、潮湿和冰雪三种不同情况，设置了三个选择开关，由驾驶员根据路面情况来选择，a的取值如表2-1

表 2- 1 不同路面情况下的a取值表

（2）thum、ts、tx值的确定

thum是驾驶员发现情况，意识到要制动，一并把脚从油门踏板移到制动踏板上所需的

时间，即驾驶员的反应动作时间。驾驶员反应动作时间的准确性对系统模型非常重要，若反应动作时间选取过长，则提醒报警距离的计算值偏大，会造成过多的虚报警，使驾驶员对显示系统产生厌烦感;若反应动作时间选取过短，则会导致系统的安全保障能力下降，不能完全避免事故的发生。由于驾驶员个体年龄、性别、情绪和反应能力等生理心理素质

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因人而异、因时而异，再加上车速、目标物的大小、状态等多种外在因素的影响，驾驶员反应动作时间是一个很不确定的值。大量的实验资料表明，驾驶员的反应动作时间一般为0.6—1.0s，本系统取thum=1.0S；

tx是制动协调时间，与车辆采用的制动结构及制动方式有关，据资料显示液压制动的

小车的协调时间是0.1S，所以取tx=0.1S。ts为制动减速度的增长时间，一般选取数值0.2S （3）绝对安全距离d0的确定

为了保证绝对安全，自车从采取制动至完全停止后，两车之间应保持一定的安全间距d0，该值选取的越大，系统的虚警率越高;选取的越小，系统的安全保障能力越小。对不同驾驶员的驾驶风格进行分析表明，谨慎型驾驶员希望d0值较大，果敢型驾驶员则希望d0值较小。国内外的资料一般选取为2—5米，为了保证系统的安全性，本系统取最大值5米 (有待进一步的实验验证)。

综上 所 述 ，把相关参数代入公式（2.2.2）、（2.2.5）和（2.2.8）得到的危险报警距离计算公式如下：

2v10.2v15 （2.2.12） (1 )前车静止时：db2a2vrel0.2vrel5 （2.2.13） (2)前车匀速或者加速运动时：db2avrel(2v1vrel)0.1(v1vrel)5 （2.2.14）(3)前车减速运动时：db

2a提醒报警距离计算公式如下: (1)前车静止或减速运动时：

dwdbv1 （2.2.15）

(2)前车匀速或者加速运动时：

dwdbvrel （2.2.16）

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3 系统测量与误差分析

车辆行驶过程中安全状况的判断，最主要的依据是两车间的实际间距、相对速度和自车速度信息。当自车以某一速度接近前方目标车时，如果两车间的间距过小，则很容易造成追尾碰撞事故。因此，汽车防撞报警系统首先要解决的技术难题就是实时测量两车间的距离、相对速度和自车的车速。 3 .1自车速度的测量

霍尔集成元件作为传感器具有精度高、灵敏度高、线性度好、体积小、频率响应宽、动态范围大、无触点等优点，故其测量变速器的转速是合适的。将传感器的输入轴与汽车车速表驱动轴连接，该轴通过软轴与汽车变速器第二轴后端的车速里程表驱动涡轮轴相连，磁钢均匀地分布在传感器输入轴的周围.根据霍尔效应，在控制电流恒定条件下，当传感器输入轴上的每个磁钢经过霍尔感应元件时，由于改变了磁通密度，便输出一个脉冲信号，将变速器输出轴的转速转换成频率与转速成正比的脉冲序列。该脉冲经过适当的调理后，可直接送入单片机进行测试。CPU对数据处理后，可得到变速器输出轴的转速。数据处理有两种方案，即测频率f和测周期T两种。本文采用测周期T的方法。

本论文采用测量周期的方法测量自车行驶速度.为此专门定做了一个10脉冲霍尔效应的传感器，其占空比为50%.将转速传感器输出的脉冲电压信号送给单片机处理，便可以计算出当前自车的速度，即

V1D: 车轮胎的滚动半径 i：主减速器的传动比

60D （3.1） KTPiTp转速传感器每发出2个相邻脉冲的时间间隔

K：传感器转过一周所发出的脉冲数 3.2相对距离和相对速度的测量

本文采用毫米波雷达来作为测量传感器。毫米波雷达是指工作频率在30-300GHz，波长为10-lmm的电磁波，低于30GHz是微波，其功能就是精确地测量目标的距离和相对速度。毫米波雷达有调频连续波(FMCW)和脉冲雷达两种。对于脉冲雷达系统，当距离很近时，由于发射脉冲和接受脉冲之间的时间差非常短，要求雷达系统采用高速信号处理技术，从而使近距离脉冲雷达系统就变得非常复杂，成本也大幅上升，因而汽车毫米波雷达系统一般采用结构简单、成本较低、适合作近距离探测的调频连续波雷达方式.雷达系统通过天线向外发射一系列连续调频毫米波，并接受目标的反射信号.发射波的频率随时间按调制电压的规律变化。一般调制信号为三角波信号，发射信号与接受信号的频率变化如图3-2A所示。反射波与发射波的形状相同，只是在时间上有一个延时△t。

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cT目标距离R为：Rf (3.2)

4Ff：发射信号与反射信号在某一时刻的频率差为混频输出的中频信号频率

根据多谱勒原理，目标的相对速度v为:

fbffd fbffd (3.3)

式中: f：目标相对静止时的中频频率;

fd：多谱勒频移，其符号与目标物相对运动方向有关

相对速度v的符号与目标相对运动的方向有关，当目标接近时v为正值，当目标远离时v为负值。三角波上升沿和下降沿的中频信号频率由FFT（快速傅立叶变换）变换得到。

c∴ V(fbfb)(fbfb) (3.4)

4f04式中 ：f0： 反射波中心频率 ； λ：发射波波长

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图3-2 FMCW测距原理图

图3-3 FMCW测速原理图

4系统硬件电路设计

4.1系统工作环境分析与可靠性设计

随着汽车智能化、自动化程度的日益提高，汽车上使用的电子部件越来越多，电磁兼容技术显得尤为重要，这不仅仅局限于交通环保，更重要的是涉及行车的安全。电磁兼容性EMC (Electro Magnetic Compatibility)是指电子产品在其存在的电磁环境中，既不干扰周围用电设备的正常工作，又具有一定抵抗环境电磁干扰的能力，保持正常工作的一种性能，是衡量电子产品好坏的一个重要性能指标。

汽车内部干扰源大体有四个方面：

(1) 微型汽车中最强的干扰电磁波由发动机的点火系统产生。主要来源于点火线圈、分电器、火花塞和点火高压线等几个部件;

(2) 交流发电机充电系统、起动机、风扇电机、雨刮器电机、ABS油泵电机、和门窗玻璃电机等产生的干扰源;

(3) 触点干扰源。微型汽车中有很多具有触点动作的电气元件，如油压报警器、闪烁器、喇叭继电器等。触点动作时，不可避免地产生电流变化或电火花，特别是触点氧化时，将产生无线电干扰；

(4) 静电干扰源。汽车行驶时，轮胎和地面，人员服装和座位，车身及发动机零部件间的摩擦都会产生静电。静电放电和电荷释放产生的电气干扰会对人及电气元件造成危害。

在汽车上 ，干扰电磁波主要通过两种方式传播:一为“辐射干扰”，即以空气作为磁介质传播，主要干扰无线电接收装置的正常工作，有时也干扰电控系统的工作;二为“传导干扰’，即通过导线产生直接二扰。“传导干扰”比“辐射干扰”具有更大的危害性，

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有时甚至会产生连贯干扰，导致系统失控，使控制程序运行错乱。在系 统 的 设计过程中，提高系统的电磁兼容性和可靠性的基本原则为:抑制干扰源、切断干扰传播途径和提高敏感元件的抗干扰性能。本文从硬件和软件两方面着手，具体针对系统电源与CPU程序运行监控、系统元件的选择、PCB印刷电路板抗干扰设计以及系统屏蔽等采取了许多措施。 4.2测量距离通道的设计

为了实现与毫米波测距机之间的通讯，使毫米波测距机测得的数据顺利地传送给单片机，必须设计通讯接口电路。由于毫米波测距机一般采用的是RS-232标准接口，即使不是标准的串口，仍然可以采用相应的硬件将其转化为标准串口，因此必须进行串口通信设计。本系统采用RS232C电平传输，利用MAX232芯片实现TTL电平到RS232C电平的转换。

RS232标准接口通常具有25条传输线，本系统作为一般的双向通信接口，采用DB9接口方式，只选用了其中的串行输入线RXD(第三引脚)、串行输出线TXD(第二引脚)和信号地线GND(第五引脚)。两节点间的接线如示意图4-1所示

在单片机一侧加接MAX232C电平转换芯片，将单片机串行口的TXD和RXD的TTL电平经过MAX232C转换成为RS232标准电平-9伏～+9伏，这样就形成了毫米波与单片机间RS232标准异步通讯。毫米波雷达的串口可以转化为RS232接口，而且PC机带有标准的RS232串口，可方便地进行模拟实验。

4.3测速通道的设计

因为采用霍尔多脉冲传感器作为检测元件将速度转化为成比例的电脉冲信号。测量是采用非接触式的，对被测量件的影响很小，输出电压信号幅值与转速无关。在软件的设计中设置门控制位GATEO为1，使得定时器/计数器TO的启动受到INTO控制，单片机通过INTO口对脉冲宽度进行测量，并通过(3-1)式的计算，便可将传感器的转速计算出来。由于霍尔传感器是由OC门输出，所以必须对输出的信号进行相应的处理，其速度信号调理电路如图4-2所示

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图4-2 速度调理电路图

开关量输入通道的设计

由于市场上摩擦系数的测量仪器误差太大，不能准确地测量出车轮与路面的摩擦系数，因此，采用三个选择开关来选取千燥、潮湿和冰雪路面的摩擦系数，选取的值均为经验值。开关K1表示干燥路面、K2表示潮湿路面、K3表示冰雪路面。当开关闭合时，表示相应的路面被选中

圈4-3 路面情况选择开关接口电路图

4.4 转向、油门、制动信号的采集

在整个系统的模型设计中，为了降低系统的虚警率，在驾驶员采取转向、松油门和制动时均要实施报警抑制。转向信号从车辆的转向指示灯控制回路中提取，让它与转向灯回

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路并联;油门信号从油门踏板处取得;制动信号从制动灯回路中提取。油门开关和制动开关都是由踏板操纵的常断式开关，当油门踏板被松开和制动踏板被踩下时，制动和油门两个开关接通，并将这些开关信号传送给CPU, CPU根据提取的电信号对三种状态进行判断，

图4-4 转向、油门和制动传感器与主控芯片接口电路图

4.5 声光报警模块的设计

汽车丰富多彩的功能使仪表盘包含的信息越来越多，怎样让驾驶员了解汽车行驶状态而不分散他的注意力显得非常重要。驾驶员通常从仪表盘的各种仪表了解汽车的行驶状态，然而这种方法有其缺陷:一方面，驾驶员必须周期性地扫描仪表盘，分散了驾驶员监视周边情况的注意力;另一方面，一些警告的光信号含混不清，所包含的信息具有假象性。参考目前一些车型仪表盘的设计，遵循车辆人机工程学原理，本系统采用声音和灯光相结合的报警方式，在视觉和听觉上同时对驾驶员产生刺激，增强驾驶员对行驶状态的正确判断。声光报警模块由绿、黄、红三种发光二极管以及间隔音不同(急促与缓和)的二种蜂鸣器组成。由于微控制器STC单片机的输入输出引脚有限，系统采用外围元件8255芯片对输出口进行扩展，8255采用总线的方式与微控制器STC单片机相连接。系统设计车辆在安全行驶状态时，由PCO口控制，绿灯发亮;车辆在提醒报警状态时，由PC1和PC2口控制，黄灯发亮，此外，长间隔音的蜂鸣器报警;车辆在危险报警状态时，由PC3和PC4口控制红灯发亮，此外，短间隔音的蜂鸣器报替，硬件连接如图4-5所示。

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图4-5 声光报警接口电路图

4.6 液晶显示模块的设计

显示模块是驾驶员获取驾驶信息较直观的窗口，为保证驾驶员在驾驶时能通过扫视而快速、准确地了解车辆的行驶状态，其显示的信息必须正确、清晰。另外，本系统的工作环境比较特殊，时刻都会受到车内外环境的影响，如温度、湿度的变化，灰尘、油污的影响，频繁的振动和不断变化的光照条件等。这些将直接影响显示器工作的稳定性和寿命。显示部件作为系统的模块，模块的功耗、体积和重量将直接影响系统的功耗、体积和重量。本系统采用了集成了驱动模块的液晶显示屏12804

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图4-6 液晶显示接口电路示意图

4.7 电源设计

由于设计的报警系统是由单片机控制的，其正常工作为电压+5V，而且此系统为车载系统，因此必须设计一个电源模块，将汽车的+12V的电压转换为+5V

图4-7 DC/DC电路

5 系统软件设计

5.1系统软件功能需求分析

软件编程是系统功能实现不可或缺的组成部分。目前，普遍使用的编程语言有Turbo C.

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ASM汇编语言等。由于汇编语言具有指令快、效率高、耗资少等特点，考虑到系统的实时性要求，本系统软件均采用ASM汇编语言编写。秉承结构化程序设计思想，系统程序具有良好的模块性、可修改性和可移植性。所有程序均结合硬件电路板卡进行了调试，系统预设的各项功能均能实现。程序的控制功能应通过以下步骤来实现:

1) 液晶显示屏的初始化，完成显示屏的清屏、功能设置；

2) 定时/ 计数器0的初始化，对转速脉冲信号采样，并进行相关计算，把转速信号转变为速度信号；

3) 串口的初始化，接收测距机的距离和相对速度的信息； 4) 根据地址从输入端口读入数据； 5) 综合给定数据，进行判断和运算；

6) 根据运算结果输出控制指令到输出端口。 5.2系统软件功能程序流程图如下所示

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开始 定时器和串口初始Y 人工制动 N Y 转弯 N 10次转速的信号采集，数字滤波并转化为汽车的速度 N 速度>40 Y 读取10次车间距离d和相对速度值vrel数字滤波得到车间距离d和相对速度计算前车速度，根据前车的运动状态判断适合何种模读取路面附着系计算危险报警距离计算提醒报警距离处理子程序 25

处理子程序入口 N 实测距离d图5-2 处理子程序流程图

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N 调用显示d和vrel子程序 返回 报警抑制 返回 注：①在车辆制动、转弯时，实现报警抑制。

②对自车速度、两车距离以及相对速度均采用算术平均逮波

开始 延时12个时钟周期 功能设置 查询忙标N 清显示 Y 查询忙标N 设置输入模式 Y 查询忙标N 打开显示 Y 返回

图5-3 液晶显示初始化子程序流程图

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6 模拟实验

由于实验所需的毫米波雷达测距机价格实在太贵啦，所以只进行了模拟实验。即利用PC机模拟毫米波雷达工作，向单片机控制系统传递距离、相对速度和自车速度信息；用拨动开关代替制动、油门和转角传感器的工作。实验的目的是为了检验系统的总体框架是否可行，系统的控制程序是否能够按照模型正常运行，以及检测在模拟状态下，系统运行的可靠性。

1) P C 机 与单片机通讯设计

PC机均配置有RS-232接口， PC.机可以直接与单片机进行数字通讯。通信程序用汇编语言编写。

(1 )通 信 协 议 设置

为了使P C机和单片机之间能够正确地通信，必须在双方建立两者都能遵守的通信协议。协议如下：

波特率设置：2400bit/s;

信息格式：8个数据位，1个起始位，1个停止位，无奇偶校验位; 数据传输方式：PC机和单片机均采用查询方式发送和接收数据。

开始

开始

定时器和串口初始化 打开端口 启动T1，禁止串口中断 初始化

接收距离 发送距离 回送距离 接收距离

接收速度

发送速度

回送速度 接收速度

接收相对距离

发送相对距 回送相对距离 接收相对距28

图6-1 PC机通信流程

返回 图6-2 单片机通信程序流程

实验结果及分析：

在模拟实验中，系统工作可靠，各项逻辑报警功能均能够很好的实现。当PC机发送过来的距离值小于相应的报警距离值时，系统均能够正常的报警。由于在算法上为了缩短系统的运行时间，没有采用浮点数的乘法程序和除法程序，所以计算过程中存在舍入误差，单片机计算出来的值与实际算出的值存在±1米的误差。

7总结

本文针对国内外高速公路追尾碰撞事故频繁发生的客观现实，综合考虑了车辆间的实际行车状况、系统信号的测量方案、系统测量误差、系统功能的进一步完善、系统可靠性及抗干扰能力等方面，在参考各类研究和设计的基础上，对该系统做了设计和改进，总结如下:

(1)根据两车间的各种实际运行状况，采用了两车间的提醒时刻和最危险时刻这一概念，建立了比较实用、简单的安全跟车距离模型。

(2) 根据系统技术指标和安全跟车距离模型的需要，对车间实际距离及自车车速的测量方案进行了分析，确定采用多普勒毫米波雷达和10脉冲的霍尔转速传感器来分别测量两车间的实际间距、两车间的相对速度和自车的实际车速。从理论上分析了各种信号测量方案所造成的误差，作为提高实际设计过程中系统测量精度及系统实时性的指导依据。

(3) 分析了目前汽车电子控制单元的实际应用情况，确定选用8位微处理器完全能实现系统的功能，达到系统所要求的精度和实时性能。

(4) 本系统把信息采集、信息处理与安全状态报警提示分开成信息采集单元和主控制单元两部分。信息采集单元负责对两车间的实际距离、自车速度、两车间的相对车速、道路附着系数等信息的采集与传输;主控制单元负责对各种信息的处理，根据相应的安全跟车距离模型计算危险报警距离和提醒报警距离，确定车辆行驶的安全状况，并以相应的报警方式提醒驾驶员采取必要的措施。

(5)由于汇编语言具有指令快、效率高、耗资少等特点，本系统软件全部采用MCS-51单片机汇编语言进行编写。秉承结构化程序设计思想，系统程序具有良好的实时性、模块性、可修改性和可移植性。

(6) 通过模拟实验表明，系统运行可靠，逻辑报警功能基本达到设计要求

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参考文献

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