设计-汽车防撞预警系统的研究.docx

摘要随着经济的发展，世界汽车持有量加速上升，汽车的便捷性、性能和安全性受到空前的关注。由于驾驶人员的视觉存在盲区，在驾驶汽车的过程中无法判断所有的情况，特别是在倒车中无法知晓车后的障碍物而造成汽车损伤或事故。本文所研究了一种汽车防撞系统，主要用于停车倒车过程中预防汽车发生碰撞。本预警系统采用左右后3个不同方向的超声波传感器对障碍物进行测距，使驾驶员知晓障碍物位置并在接近危险距离时对驾驶员发出警告。该系统采用AT89S52单片机对传感器信号进行处理，通过SMG12864D3液晶屏显示相关信息并使用蜂鸣器及LED闪烁完成警告。另外由于温度对超声波的传播速度有明显的影响，为了提高测距精度，还加入了基于温度传感器DS18B20的温度补偿设计。本文首先就汽车防撞系统研究的现状及发展做了介绍，说明了该研究的目的和意义。然后提出了该系统的总体设计方案，介绍了系统的原理以及功能结构。之后分别就系统的硬件系统和软件系统做了详细介绍。硬件系统分为电源部分、显示部分、报警部分以及传感器电路部分等；对于软件系统，文章详细介绍了各个程序模块的功能并列出了流程图。最后使用仿真软件对系统软硬件做了仿真，给出仿真结果并做出总结。结果表明该系统设计合理，具有成本低、软硬件结构简单易于实现等优点。关键词：超声波，测距，单片机，汽车防撞AbstractWiththedevelopmentofeconomy,theWorldAutomobileHoldingsaccelerated,convenienceandsafetyperfonanceofthecarhasbeenunprecedentedattention.Becausethedriver'svisualblindspotsexist,cannotjudgeallcasesintheprocessofdrivingthecar,especiallyinreversing,injuryoraccidentcouldbecausedbytheunknownobstaclesbehindthevehiclecar.Thispaperstudiesavehiclecollisionpreventionsystemwhichisprocessprimarilyusedforparkingandreversing.Thisearlywarningsystemuses3Ultrasonicsensorsinthecarleftandrightandbehindtomeasurethedistancewiththeobstacles,tomakedriversawareofobstaclesandwarnsthedriverswhentheyapproachdangerousdistance.ThesystemusingAT89S52microcontrollerprocesssensorsignal,usingSMG12864D3LCDdisplayrelatedmessagesandusingthebuzzerandtheLEDtocompletethealarm.Becausetheinfluenceoftemperatureonultrasonicwavepropagationvelocityisobvious,inordertoimprovethemeasurementaccuracy,alsoincreasethetemperaturecompensationdesignbasedontemperaturesensorDS18B20.Thispaperfirstintroducestheresearchstatusanddevelopmentofautomotivecollisionavoidancesystem,explainedthestudy'spurposeandmeaning.Thenputsthesystem,soveralldesignscheme,introducessystem,sprincipleandstructureandfunction.Thenintroducesthehardwaresystemandsoftwaresystem.Thehardwaresystemconsistsofpowersupply,display,alarmandsensorcircuitetc.,forthesoftwaresystems,eachprogrammodulefunctionsaredescribedindetailandliststheflowchart.Usingsimulationsoftwareforsystemtodothesimulation,simulationresultsaregivenanddiscussed.Resultsshowthatthesystemdesignisreasonable,hastheadvantagesoflowcost,hardwareandsoftwarestructureissimpleandeasytoimplement.Keywords:ultrasonic,ranging,Microcontroller,automotivecollisionavoidance目录1 绪论11.1 汽车防撞系统的研究背景和意义11.2 汽车防撞系统研究的现状和发展11.3 本文主要研究内容31.4 本章总结32 汽车防撞预警系统的超声测距原理与设计方案42.1 超声波测距原理42.2 系统原理框图52.3 系统功能结构62.4 本章总结63 .防撞预警系统硬件设计73.1 硬件系统总体设计73.2 单片机核心模块以及时钟复位模块设计83.2.1 单片机选型83.2.2 AT89S52单片机与复位和时钟电路的连接83.3 超声波传感器模块设计93.3.1 TCT40-16R/T超声波传感器93.3.2 超声波发射电路113.3.3 超声波接收电路113.4 温度传感器模块设计133.4.1 DS18B20芯片介绍133.5 温度传感器电路133.6 1.CD显示和报警模块设计143.6.1 SMGI2864D3液晶屏介绍143.6.2 1.CD显示和报警电路153.7 电源模块设计163.8 本章总结174 防撞预警系统软件设计184.1 系统主程序的设计及流程图184.2 1.CD显示子程序说明及流程图194.3 DS18B20读取温度子程序说明及流程图214.4 其他子程序说明224.5 本章总结255 调试与仿真265.1 调试仿真软件简介265.2 仿真替代部分电路说明265.3 仿真结果285.4 本章总结306 结论327 谢338 考文献349 录A系统全部路图3510 B主程序361绪论.汽车防撞系统的研究背景和意义随着科技的快速发展、社会的进步，汽车行业快速发展，汽车已经成为当今世界上最重要的交通工具之一。汽车在造福于人类的同时也给社会制造了无数的难题，比如交通事故、环境污染、能源危机以及交通堵塞等。世界汽车保有量持续增加，公路交通情况愈发难堪，车流密集度、行驶高速度以及驾驶员非专业度都大大增加。而由于公路交通管理的发展速度相较于汽车数量的增加速度显得十分缓慢，导致交通事故与日俱增，对国家和个人造成了不可挽回的损失。交通事故发生的主要原因包括违法占道变道、超速行驶、酒后驾驶和疲劳驾驶等。而碰撞成为交通事故的主要表现形式，其中人与车、车与车的碰撞占了大多数。专家对汽车交通事故的分析结果表明，在造成发生交通事故的原因中,驾驶员无法及时反应而处置不当占了其中的80%o而其中又有65%的事故是由于汽车追尾碰撞造成的，其余则属于侧面碰撞、擦挂所致。因此,德国奔驰公司的专家们在对各类交通事故进行系统研究分析后得出：若驾驶员能在事故发生前提早1秒钟意识到会有交通事故发生,并采取了相应的正确措施,则绝大多数事故都可能避免。汽车防撞预警系统是利用超声波、雷达等方式，在汽车行驶过程中，对汽车前后及左右方向对可能造成危险的障碍物进行检测，在汽车与障碍物有发生危险碰撞的情况下，利用声、光等方式发出警报，提示驾驶员有障碍物接近，令其能够及时采取相应措施。汽车防撞预警系统一般由信息采集、信息判断、信息处理以及危险预警等部分组成。大力发展汽车防撞预警技术，开发如主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对提高交通安全将起到十分重要的作用。显然这一类的技术的研究开发具有巨大的现实意义和广阔的应用前景。1.2 汽车防撞系统研究的现状和发展从二十世纪八十年代起，国内外著名大学、研究机构以及汽车生产厂家就积极地研究汽车防撞预警系统，各个运输公司和保险公司也非常关心如何减少交通事故的发生。早在2009年，美国国家公路交通安全管理局便开始着手研究预防碰撞警示及车道偏移警示的规范。2011年欧盟通过一项决议，所有在欧盟地区贩售的新款汽车自2013年11月1日起必须安装预先紧急煞车系统，2015年11月1日起则欧盟境内的所有车辆必须要安装。经过多年的研究，国内外获得一定程度的成就。根据不同的信息采集技术，将现有的汽车防撞预警系统分为超声波防撞预警系统、雷达防撞系统、激光防撞系统、机器视觉防撞系统、红外线防撞预警系统以及交互式智能化防撞预警系统等。另外各个防撞系统所实现的功能也有不同，一般分为：车距监测与预警，即实时监测汽车与前后方车辆之间的距离，根据接近程度提供警报；汽车越线预警，即在汽车没有开转向灯的情况下,当汽车将要穿过各种车道约零点几秒前产生警报；前方碰撞预警，系统对即将可能发生碰撞的目标进行跟踪定位并估计碰撞时间（2）,在可能发生碰撞的几秒前发出警告;还有其他多种辅助功能。现在汽车中普遍使用的电子眼（倒车辅助设备）就是使用了超声波技术。超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。非接触式检测技术因为传感器以及单片机的飞速发展己经被应用于多个领域。目前，典型的非接触式测量方法有超声波测量、雷达测量、激光测量、CCD测量等。和其他几种测量方式相比，超声波测量可以直接测量较近距离的目标，并且具有纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，覆盖面积大，具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素的优点。目前，超声波技术已经普遍应用于也为测量、移动机器人定位和避障等领域。超声波测距作为非接触式检测技术的典型方法之一，以其价格低廉、信号处理可靠、不受电磁、天气影响等优势，必将拥有广阔的市场前景。随着电子技术的超速发展，也带动着汽车防撞预警技术的发展，成熟的电子技术令防撞预警更加的稳定快速。上个世纪以来，以美国、德国和日本为代表的发达国家一直致力于汽车防撞系统的研究。德国、法国等欧洲国家对毫米波雷达防撞技术进行了研究,奔驰和英国劳伦斯电子合作开发了一款汽车防撞系统，探测距离为150米，测得距离小于安全距离时发出声光警报。90年代以来，日本丰田汽车公司研制主动预防安全系统；三菱和日立公司着手毫米波雷达防撞技术做了大量的研究。美国福特公司开发的系统使用频率为24GHz的雷达，理论上可以自适应转弯情况，探测车道内车辆信息，避免碰撞，但由于虚警和价格原因等原因，尚未实际应用。而到了21世纪，世界上各大汽车公司都纷纷推出使用汽车防撞系统，如奥迪汽车在2010年推出的奥迪A8上采用“AudiPreSensePhis”全方位预警式