汽车速度与安全距离测量系统设计

输入的采集信号按要求进行处理后输出
另外，可基于 TESEL 原理把车速显示
给 12864 液晶显示模块和蜂鸣器。程序设 于挡风玻璃上，避免因驾驶员低头看仪表
计框图如图 3 所示
而忽视的道路安全问题。
四、小结
本 系统主要是为现代汽车设计，能
实时显示车速、车距、里程和发动机转速
等信息。在车辆超速行驶和车距小于安全
过 Vm 时，单片机会发出一个高电平给蜂 好，抗干扰性强 ；普通的测速仅仅是一块
鸣器，驱动蜂鸣器发出声音。再利用道路 转速表，无超速报警功能 ；增加了超速报
状况 U 和当前速度 V 便可以计算出车辆安 警功能和测距功能，能够实时智能比较车
全距离 S0，当 S 小于 S0 时，蜂鸣器也会发 距是否处于安全距离 ；把驾驶员所需的驾
针 对 这 种 状 况，开 发 具 有 智 能 决 策 模块的汽车速度报警控制系统对驾驶员 安全显得极为重要，能有效的减少驾驶员 的负担和判断错误。本文寻求一种低成本 的解决方案，采用以 STC89C52RC 为核心 的数字式智能化汽车组合仪表，由超声波 测距、霍尔传感器、液晶显示、键盘输入以 及执行机构组成。该仪表在测距部分以超 声波模块为核心测量车距，霍尔传感器测 出发动机及车轮转速，外部输入道路限速
制系统的发展 [J]. 车辆与动力技 术 .2003. [2] 吴有林等 . 智能化汽车速度控制 报警系统的设计 [J]. 重庆大学学报 （自然科学版）.2005. [3] 柴毅等 . 汽车驾驶智能型防碰撞 系统研究 [J]. 重庆大学学报（自然 科学版）.2001. [4] 周 加 超 . 便 携 式 制 动 性 能 检 测 仪 的 研 制 [D]. 南 京 ：南 京 理 工 大 学 .2006. [5] 于京生 , 容旭巍 . 汽车速度测量 系统的智能化设计 [J]. 微计算机信 息 .2008.
出该脉冲的宽度Sn =为Sn−1 +
t，若 c M × 0.7 × 3.14
10000
的超声波传播
速度，则车距 S 为 ：
（1）
霍尔传感器测速部分原理如图 2 所
【文章摘要】 本文针对机械式仪表在低速时指
针震动剧烈，高速时测速误差较大的 现状，设计了一个高精度的汽车速度 与安全距离测量系统。本系统是数字 式智能化汽车组合仪表，当车辆超速
超声波测距部分以 DYP-ME007 模块 为核心，单片机给 DYP-ME007 模块输入 一个延时为 10μs 的高电平作为触发信 号，模块一旦接收到触发信号后立即发出 8 个 40kHz 的周期信号并检测回波，模块
图 2 霍尔传感器测转速示意图 IO 口，通过外部中断 1 产生中断并进行 计数，记下 1s 内中断的次数，即车轮转速 M。同样利用霍尔传感器测出发动机转速。 假设在这里轮胎直径为 0.7m，汽车速度 V （km/h）为 ：（2）
汽车 n 秒时刻的里程为 ：（3） 在本系统的模型机中，外接 4*4 的矩 阵键盘，从键盘可以直接输入道路限速值
图 3 程序框图
电子制作 038
实验研究 Experimental Research
Vm、范围是（30km/h~120km/h），道路状况 解决了传统仪表低速时指针剧烈摆动，高
U（干燥、湿润、有水）。当车辆实际速度超 速时偏差较大的问题，并且系统实时性
图 1 硬件框图
油 门 控 制 机 构 使 油 门 减 小，同 时 进 行 刹 车，实现测速系统智能化。
二、系统设计 汽车速度与安全距离测量系统由五
部分组成，整个测量系统以 STC89C52RC 芯片为核心，外围模块包括超声波测距模 块、霍尔传感器测速模块、显示模块、执行 机构和输入模块。硬件框图如图 1 所示。
源自文库
图 4 实验系统外观
图 5 基于 TESEL 原理显示车速
三、系统检测与分析 超声波测距实验数据如表 1 所示。 霍尔传感器测速实验数据如表 2 所示。 超声波测速误差主要来源于系统所
处环境的空气温度，湿度的变化。霍尔传 感器的测量误差主要来源于两个方面 ：单 片机数字处理时没有采取四舍五入运算， 直 接 舍 去 不 需 要 显 示 的 位，故 会 造 成 误 差 ；单片机在对车轴转速进行测量时只能 计算整数部分，会造成车辆速度测量结果 出现 0.21m/（s 0.79km/h）的误差。
本系统没有采用机械传动结构或电 气方式，系统中的信号全都是数字信号，
039 电子制作
表 1 超声波测距实验数据 表 2 霍尔传感器测速实验数据
首先输入道路限速值和道路湿润状 况给单片机，把霍尔传感器测车轴转速和 超声波测距的电信号分别输入单片机，再 由单片机判断汽车速度是否超过道路限 速值及车距是否小于安全距离。若车速大 于道路限速值或车距小于安全距离，单片 机将驱动执行机构，在试验阶段，蜂鸣器 是 执 行 机 构，本 系 统 运 用 到 实 体 汽 车 中 时，执行机构为语音提醒及油门控制和刹 车系统。液晶显示模块显示车速、发动机 转速、车距和里程信息。本系统有掉电保 护系统，在车停止后单S =片ct 2机内的里程数据 不 会 改 变，车 辆 再 次 行 驶 时 里 程 在 上 次 停车时的里程上继续计数。若需使里程归 零，只需按一下复位键。
距离时系统智能报警提醒驾驶员注意道
路状况。在运用于实体汽车时可把蜂鸣器 改为语音报警，并在执行机构处加上自动 减小油门和自动刹车措施。实现智能化驾 驶。本系统造价低，抗干扰性强。除适用于 汽车速度外，亦可稍加改装运用于工业控 制领域、测速领域。
【参考文献】 [1] 张 景 波 等 . 汽 车 自 适 应 巡 航 控
出声音，将车距 S 和车速 V 分别显示。
驶信息全部显示在一块液晶上。实验机外
执行机构，真正运用于实体汽车时， 观如图 4 所示。
将驱动蜂鸣器发声的信号同时发送给控
整个装置采用电源 5V，超声波频率为
制油门机构和刹车机构，在车距小于安全 40Hz，最大测距范围为 0-5m ；测速范围为
距离时，油门控制机构使油门减小，同时 0-140km/h，该测距精度为 0.001m，测速精
和车距小于安全距离时系统报警，亦
超声波测距
可由系统控制的执行机构智能刹车。
单
霍尔测速
片
显示
【关键词】 汽车速度 ; 安全距离 ; 测量
输入
机
执行机构
一、引言 交通事故的发生一般是由于车辆的
超载和超速行驶，而后者随机性很大，纠 章困难。而且，由于国内公路条件比较复 杂，不同等级的公路所允许的最高车速不 同，现有的限速装置难以适应这种情况。 据调查，我国某城市一年内发生的 250 起 重大事故中，由于“制动距离太长”、“超速 行驶”、“紧急制动汽车跑偏”等原因造成 的汽车追尾事故就近 100 起，约占 40％。 另一方面，传统的汽车仪表大都采用机械 或电气方式直接驱动表盘指针完成显示， 准确率和可靠性不高。采用器械传动机构 的车速表由软轴驱动指针偏转来显示车 速，低 速 时 机 械 式 速 度 表 的 指 针 摆 动 剧 烈，测量及显示精度不高 ；高速时其显示 误差随速度的增大而增大，而且软轴高速 旋转时受材料交变极限应力限制易疲劳 断裂，使仪表失效。
值、道路状况来确定车辆安全距离，执行 机构在车辆超过限速或车距小于安全距 离时会提醒司机注意行驶现状。在实体汽 车运用中可将信号同时发送给控制油门 和刹车的机构，在车距小于安全距离时，
示，在接近车轴齿轮盘边缘的地方均匀的 镶嵌 10 块磁铁，把霍尔传感器放在距离 齿轮盘 3mm 的地方，在齿轮盘随车轴转 动过程中，当磁铁靠近霍尔传感器时，霍 尔传感器输出低电平信号，反之输出高电 平信号，这些信号可以直接输入单片机的
Experimental Research 实验研究
汽车速度与安全距离
一旦检测到有回波信号就立即输出回响
测量系统设计
陈本源 张荣华 徐 翔 黄 峰 湖北工业大学理学院 湖北武汉 430068
信号，回响信号的脉冲宽度与超声波传播 V = M × 0.7 × 3.14 × 3.6
时间成正比，单片机10 通过定时器 T1 计算
进行刹车，实现智能化。
度为 0.79km/h。限速值可调范围为 30km/
系统程序通过 KEIL 软件用 C 语言编 h-120km、h。路面状况可调范围 ：干燥（轮
写，主要是使霍尔传感器和 DYP-ME007 胎 附 着 系 数 U=0.7）、湿 润（U=0.5）、有 水
模块采集的信号顺利输入到单片机，再把 （U=0.3）。