汽车自动防撞系统方案

此外，汽车倒车时司机不能观察车后情况，也往往造成撞人或撞上障碍物。

分析撞车原因，大致有：驾驶不慎，能见度不高，车速过快，车距过小或汽车本身故障等。

针对上述问题, 我们设计一个基于超声波技术的汽车防撞系统能以声音和直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、起动车辆、行使等前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊（能见度低）的缺陷，提高了安全性。

本制作是基于AT89S52单片机控制的超声波技术的汽车防撞系统小车模型，通过单片机控制超声波换能器的发射与接收，利用计算收发时间差算出四周各障碍物具体距离加以显示及自动控制小车减速或停车功能，快速准确地实现自动测量显示与智能控制。

超声波对外界光线和电磁场不敏感，可以用于黑暗、有灰尘、烟雾、强电磁干扰等参杂环境中，使得系统抗干扰能力、测量精度能力增强。

我国是交通大国，交通驾驶安全事故频频发生，此防撞控制系统的研究将有利于交通驾驶智能控制的发展，可以使得交通事故大幅度下降。

该系统由单片机控制，体积小巧，安装灵活方便，具有一定的应用前景。

1 总体方案设计1.1传感器的选择智能测距主要有红外收发测距、超声波测距。

红外收发测距是利用红外线的发射与接收进行测量。

其特点是外围电路简便。

但是存在受外界干扰大，测量距离围小等不足。

超声波测距是利用超声波传感器进行发射接收。

超声波传感器的外围电路设计较复杂，但其干扰能力强，不受空间电磁波干扰，也不受一般机械振动的干扰，穿透性好，可在浓雾、风沙、阴雨、污染环境中工作，适合大型车辆的行驶测距。

经过对比，考虑到车辆行驶过程中测距应当有较强的抗干扰和较长测距能力，我们选用了超声波传感器作为此方案的主要技术扩展。

1.2系统原理框图系统原理框图如图1。

图1 系统原理框图2 单元模块设计2.1超声波收发电路1）本系统采用收/发分立的超声波传感器（send:TCT40-10F1、Receive：TCT40-10S1），其谐振频率为40KHz为宜。

度越时间法原理：周期性的发送间断的40KHz超声波信号，并计算出在一个周期接收到的超声波回波信号时间与发送时间的时间差值；利用这个差值结合超声波在空气中的传输速率就可得出距离值。

那么测量最大值就是以一个周期为时间差的距离值。

一般公式为:d=v×t/2 最大值为：dmax＝v×T/2（T为周期）假设室温下声波在空气中的传播速度是335.5m/s，测量得到的声波从声源到达目标然后返回声源的时间是t 秒，则距离D可以由下列公式计算：D=33550(cm/s)×t(s)因为声波经过的距离是声源与目标之间距离的两倍，声源与目标之间的距离d应该是D/2。

如图2所示为超声波收发电路示意图。

图2 超声波收发原理框图40KHz的方波信号由单片机的T1周期性产生，经过驱动电路推挽超声波发射头向外发出。

由于在外界中存在很多的干扰，接收回来的微弱信号的波形将类似正弦波，但含有很多的杂波。

我们必须报这个接收回来点波送进带通滤波器，还原出较好的波形，然后进行放大，再送进电压比较器得到较好的方波，进入单片机进行中断。

单片机中断后，计算出发射到接收的时间。

软件设计3.1 小车自动控制构思本作品采用前、后、左、右四路进行超声波测距判断，为了达到自动控制目的对各个方向作用构思如下：前方超声波测距：用于行驶速度过快而靠近前方车辆或驶近前方静止物体时导致车距过短而减速或者完全停止。

采用这个思路可以导出下式：d2”>d1>d1’>0 响应报警声，实时调整车速(3-1)d1’> d1>0 自动刹车(3-2)(3-1)式表示，当前方距离d1大于设定值d1’（安全值）时，下时刻的速度函数是距离d1的倒数于前时刻速度之积。

参数A的设置可以加大或减缓减加速的快慢。

（3-2）式表示，当前方距离d1小于设定值d1’时，小车处于危险状态，应该紧急刹车。

这里安全值d1’可以根据刹车的安全距离来设定。

后方超声波测距：当汽车倒车时速度相对较慢，可以用于防止车辆撞上后方静止物体。

当汽车行驶过程中，后方有车辆距离太近时也可产生报警信号提示驾驶员。

采用这个思路导出下式：d2”>d2>d2’>0 响应报警声(3-3)d2’> d2>0 自动停止小车行驶 (3-4)(3-3)式表示，当车辆倒车显示距离d2于设定值围时，小车保持原速度，但会产生报警信号。

(3-4)式表示，当车辆倒车显示距离d2小于设定最小值d2’时，小车自动停止，防止后部撞上物体。

左路、右路超声波测距：当车子左转弯或右转弯时，在左、右两路超声波测距监控下，可以确定车子左右端离障碍距离。

这样起到报警、显示、急时自动刹车等功能。

此功能与车后测距功能类同，可得表达式：d3”>d3>d3’>0 响应报警声(3-5)d3’> d3>0 自动停止小车行驶 (3-6)d4”>d4>d4’>0 响应报警声(3-7)d4’> d4>0 自动停止小车行驶(3-8)（3-5）、（3-7）式表示，当车辆左转弯或右转弯时车侧面离障碍距离d3或d4在设定值围时，小车保持原速度，但会产生报警信号。

(3-6)、(3-8) 式表示，当车辆倒车显示距离d3或d4小于设定最小值时，小车自动停止，防止侧面撞上物体。

根据以上自动控制思路可以明确几个方向上超声波测距的分工。

这样对于接下来的单片机软件程序设计就能较为明确。

3.2软件主程序设计1) 小车控制主程序设计小车控制主程序采用循环程序进行连续的实时控制。

控制的主要过程是将前后左右的超声波主分别进行测距并存储进数据单元中。

然后在集合控制程序中将储存的四个方向数据提取出来结合实时温度和无线模拟控制进行综合分析，实现实时控制的效果。

控制主程序流程图参见图12。

图12 小车控制主程序2)测距子程序设计图13 测距子程序此测距模块能实时采集前、后、左、右四个方向的距离数值，但必须解决一个难点是如何解决发送和接收之间的串扰和外界的杂波干扰问题。

本系统采用两种方法解决这一难点。

一个是从硬件入手，采用滤波器和电压比较器在数据采集放大器与单片机接收I\O口之间。

由于外界干扰信号比较微弱且频率较高，通过滤波器和电压比较器就能很好地解决好这个问题。

另一个方法是从软件入手。

软件部分主要采用先发射后接收和接收数字滤波来解决此问题的。

由于超声波发射器和接收器离得比较近，在反射的同时可能就会串扰到接收放大部分上，因此采用先发射后接收的方式能很好地解决串扰问题，但也会导致盲区的产生。

在接收回来的信号中，在单片机部还采用的数字滤波，即是对连续5测到的距离最值剔除，剩下的3次进行平均运算，这样就可以防止突发性干扰。

此模块还有一个问题值得考虑的就是如何让系统测得更远而又具有抗干扰性能。

因为距离越远，回波的幅值会减少，除了进行放大外，必须对电压比较器的参考电压进行调整。

在此系统中采用的方法是让DA的输出值随发射时间的加长而减低其输出值。

3) 集合控制子程序设计流程图集合控制子程序是将原先采集的前、后、左、右四个方向的数据汇总将储存的四个方向数据提取出来结合实时温度和无线模拟控制进行综合分析和控制。

从程序流程图14中可以看出。

当系统计算出每一个方向的距离之后，会先与设定的值进行判断，判断出是否超出了设定的安全围，是则会再判断无线模块（司机）是否已经作出了动作，若是则再判断再判断是否小于最小安全距离，进行强制停车；若在与设定距离值比较时测得距离大于设定距离，则转入下一个方向，并清除无线模块（司机）的动作。

图14 集合控制子程序流程图系统功能本设计以自制小车为模型，通过安装在小车的超声波系统来提高小车行使的安全性。

该系统通过对前后两组超声波的发射和接收，采用渡越时间法则准确地测出两车之间的相对距离和相对速度并通过综合多方面因素来判断小车是否需要进行报警以提醒司机注意。

采用无线模块对小车进行控制如前进、转弯、加速等来模拟司机的驾驶，防撞系统通过对小车外部变化的检测来减少误报、冗报等。

由于超声波对温度比较敏感，在电路中还进行了温度补偿，提高了系统的测量及控制精度。

其主要功能说明如下：1）手持无线电路能对小车进行控制，使小车做相应的动作，以模拟驾驶员的驾驶效果。

2）当两车（或车和物）之间的距离小于设定安全距离时，而司机没有作相应的操作（如刹车等）时小车将发出警报。

但当两车（或车和物）之间的距离小于最小安全距离时，系统则自动将小车停车。

3）两车（或车和物）之间的距离小于设定安全距离，但司机已经做出了相应的操作时，则系统会将安全距离减少，防撞系统关闭报警。

但当两车（或车和物）之间的距离小于最小安全距离时，系统则自动将小车停车4）当小车速度很慢或小车转弯、制动时会将前进或转弯方向的安全距离减小，以减少冗报。

5）是液晶屏上显示安全距离、现在两车相对距离。

系统能播报报警语音。

设计总结本设计采用的超声波传感技术是无线测距中灵敏度较高的一种测距方式，但制作起来也是相当吃力。

在设计制作过程中必然难关重重。

整机的设计焊接是最快的一个阶段，差不多用了一周的时间完成。

但是要经过后期的调试检测硬件以及软件设计整合是最难攻克的阶段。

由于得一边上课一边抽空制作，所以这个整合调试阶段用了将近两个月的时间。

在这段时间，我们努力奋斗，团结一心将一个个难关攻下。

这个时期，我们的知识、耐心、责任心等都得到了很大程度上的提高。

设计制作这个作品用到了模拟电子技术、数字电子技术、单片微型计算机技术以及电子测量技术等多项电子专业知识。

这是对于我们这两年大学学习知识的一项考验，也是我们去真正认识电子技术魅力的机会。

通过这次的设计制作，我们更加了解了理论知识与实践运用的总要性。

在以后的学习工作中，我们会把握更多机会，设计制作出更多的优秀作品。

参考文献：。