汽车防追尾控制系统毕业设计(论文)(编辑修改稿)

汽车防追尾控制系统毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

不发射。 2）超声波测距测速 第一次超声波发射： 第二次超声波发射： 设第一次发射与第二次发射的时间间隔为 ta=1s，则 超声 波发射同时开始中断计时开始 超声波接收同时中断计时结束 距离 S1=vt1/2 =340* t1*103/2 所用时间为 t1 超声波发射同时开始中断计时开始 距离 S2=vt2/2 =340* t2*103/2 超声波接收同时中断计时结束 所用时间为 t2 汽车防追尾控制系统设计 第 4 页 共 55 页 （ s1 s2） /ta=v 相对 3）控制与报警 （ 1）当 s1 s20 时，绝对安全，指示灯绿灯亮 （ 2）当 s1 s20 时，引入安全系数这个参数，令安全系数为 W=s2/ v 相对 ， 通过汽车行驶时安全距离与安全速度的查询，得到如下参考数据如表 所示： 表 参考数据 高速路上安全系数为： W1=S/V=150m/120km/h= 普通路上安全系数为： W2=S/V=20m/30km/h= 则 当 W 时，危险提示，黄灯亮 当 W 时，紧急刹车，红灯亮 4）软件功能 C 语言编写程序，实现超声波控制、车距的计算以及车速的控制等功能，例如当计算的安全系数在相应的范围内，通过程序分析由单片机输出相应的数字信号 ，再由DAC0808 数模转换芯片将数字信号转换成模拟信号，经过放大达到相应的压值来控制车是减速还是刹车。 设计方框图 模拟系统控制核心由两块单片机组成，其中一块用于不断采样从超声波模块所获取的周边交通状况的信息并迅速计算距离以得出自己所处的状态，同时显示距离和速度及发出提示报警信息；另一块单片机则通过串口通信获取上一个系统的所计算出的状态来控制发动机的速度从而达到控制车速、有效地防止汽车追尾的目的。 系统一 安全距离 /S 150 m 20 m 30km/h 高速路 普通路 120 km/h 安全速度 /V 华北科技学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 55 页 图 信息采样系统 系统二 图 车速控制系统 主控制芯片1 传送车间距离给系统二 接收超声波 发射超声波 显示距离 显示速度 接 收系统一的数据 主控芯片 2 声光报警 控制车的速度 汽车防追尾控制系统设计 第 6 页 共 55 页 3 STC89C52 单片机硬件电路设计 单片机最小系统 最小系统原理图 单片机基本工作电路（最小系统）包括四个部分：电源，时钟脉冲，复位电路，存储器设置电路。 根据上面介绍的芯片引脚功能，可以画出 单片机最小系统电路原理图，如图 31所示： 先接电源， STC89C52 系列单片 机采用 单一 +5V（ VCC）电源供电。 再接时钟脉冲，由于 AT89C51 内部已具备振荡电路，只要 18， 19 引脚连接简单的石英振荡晶体即可，此设计选用的工作频率为 12M，相当于一个机器周期为 1us。 此处也可以使用外部时钟脉冲产生电路，此时 18 脚悬空， 19脚接时钟脉冲产生电路。 复位电路有两种方法，一是上电复位，而是手动复位，此处采用手动复位，如图，按键 S1，电容 C19，电阻 R2 组成复位电路，其中 C19 为 ,R2 为 100K，时间常数大于 2us,足以使系统复位。 存储器设置电路，此处将 31 脚接到了高电平，说明 CPU 访问内部存储器，只有当访问地址大于单片机内部有效存储空间时则访问外部扩展的存储器。 由图中可以看到，除了单片机最小系统的四个组成部分以外，发光二极管 D1 作为电源 VCC 的指示灯， R1起限流作用， C18 电源滤波作用。 在 P0口外部接了 R3R10的上拉电阻，因为在 P0内部无上拉电阻，执行输出功能时必须接上拉电阻（ 10K 即可），而系统又外接了程序存储器， P0 口作为地址总线（ A0A7）及数据总线（ D0D7）的复用引脚，此时可以不用接上拉电阻，总的来说，接了上拉电阻对输入输出功能没有影响。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 55 页 图 31 单片机最小系统 晶振电路 STC89C52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为回馈组件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。 外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容 C C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。 对外接电容 C C2 虽然没有十分严格的要求，但是电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推 荐电容使用 30pF177。 10pF，而如果使用陶瓷谐振器建议选用 40pF177。 10pF。 使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。 内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。 晶振的频率可以在 1MHz24MHz 内选择。 本系统采用内部方式，晶振选用 12MHz，电容取 30PF。 制作 PCB 或实物时，要考虑晶振与单片机引脚的距离，由于高频容易受到干扰，所以该距离越近，频率越稳定。 汽车防追尾控制系统设计 第 8 页 共 55 页 图 32 晶振电路 复位电路 STC89C52的复位引脚（ rest）是第 9 脚，当此引脚连接高电平超过 2个机器周期（ 1个机器周期包含 12 个时钟脉冲，）即可产生复位的动作。 本系统采用 12MHZ， 2 个机器周期为 2181。 S。 因此，在第 9 脚上连接一个可让该引脚上产生一个 2181。 S 以上的高电平脉冲，即可产生复位动作。 如图 所示；电源接上电瞬间，电容器 C上没有电荷，相当于短路，所以第 9 脚直接连在 VCC，即单片机执行复位动作。 随着时间的增加，电容器上的电压逐渐增加，而第 9 脚上的电压逐渐下降，当第 9脚上的电压降至低电平时，单片机恢复正常状态。 在此使用 100K 欧电阻、 10181。 F 电容，其时 间常数远大于 2181。 S，足以使系统复位。 在电容两端并联一按钮开关，进行强制复位（手动复位），按钮按下时，第 9 脚直接接高电平，人的反应时间远大于 2181。 S，足以使系统强制复位。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 55 页 图 33 手动复位电路 超声波测速测距电路设计 几种测距的介绍 汽车避撞技术首先解决的问题是汽车之间的安全距离。 汽车与汽车之间超过了这个安全距离，就应该能自动报警，并采取制动措施。 目前测定汽车之间安全距离的方法有以下几种，下面分别就其各自测距的原理和优缺点进行了介绍。 超声波测距 超声波一般指频率在 20KH 七以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点，超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。 工作时，超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。 超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。 最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。 超声波测距原理简单，成本低、制作方便，但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性，这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一 样。 另一方面是对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。 故超声波测距常用于在短距离测距，最佳距离为 4 一 5 米，一般应用在汽车倒车防撞系统上。 激光测距 激光测距装置是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。 目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激汽车防追尾控制系统设计 第 10 页 共 55 页 光雷达和成像式激光雷达。 非成像式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。 它的工作原理是 :从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后，用扫描镜左右扫描，向空间发射，照射在前方车辆 或其他目标上，其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤，被导入到信号处理装置内的光电二极管，利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差，即可求得目标距离。 利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。 成像式激光雷达又可分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。 扫描成像激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来，利用扫描器控制激光的射出方向，通过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息。 非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光 后沿不同方向射出，照射待测区域。 由于非扫描成像激光雷达测点数目大大减少，从而提高了系统三维成像速度。 在汽车测距系统中，非成像式激光雷达更具有实用价值。 同成像式激光雷达相比，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。 但由于激光雷达测距仪器工作环境处于高速运动的车体中，振动大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。 目前，在汽车上，上述各种激光雷达测距仪均有应用，但成像式激光雷达还在进一步研究之中。 CCO 摄像系统测距 摄像机是一种用来模拟人眼的光电 探测器。 它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确等优良特性，在汽车行业也得到了广泛的应用。 利用面阵CCD，可获得被测视野的二维图像，但无法确定与被测物体之间的距离。 只使用一个 CCD摄像机的系统称为单目摄像系统，在汽车上常用于倒车后视系统，辅助驾驶员获得后视死角信息，以避免倒车撞物。 为获得目标三维信息，模拟人的双目视觉原理，利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成像，通过对这两幅图像进行计算机分析处理，即可确定视野中每个物体的三维坐标，这一系统称为双目摄像系统。 双目摄像系统模仿人体视觉原理 ，测量精度高。 但目前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成像速度较慢。 随着计算机软硬件性能的提高，最终将得到少一泛应用。 红外线测距 红外线的波长比可见光线长，是肉眼看不见的光，有显著的热效应和较强的穿透云雾的能力。 同时，任何物体在任何时候都会发出红外线。 车载仪器通过发射并接收前方物体反射回的红外线，依据信号的强弱及波长的不同，同时分析时间差，可分析出前方华北科技学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 55 页 物体的性质及与汽车的距离。 由于红外线人类肉眼感知不到，具有极强的隐蔽性，夜间同样不妨碍测距仪的工作，故该种测距仪广泛应用在军用汽车上。 雷达测距 雷达的名称来自“无线电探测和测距” (Radio Detection And Ranging)，顾名思义，它向目标发射一定的无线电波，通过其反射回来的电波信号检测目标，并利用收发信号的时延测量目标的距离。 雷达诞生于上世纪三十年代的第二次世界大战期间，当时由于军事上的迫切要求，雷达获得了广泛的应用和发展。 之后，随着科技的发展，雷达技术日臻完善，现代雷达不仅能完成对目标的探测和测距，还能完成测角、测速、跟踪和成像等功能。 虽然雷达技术主要用于军事方面，但其在民用领域也发挥着越来越大的作用。 雷达在民用服务的主要应用 包括有气象雷达，探地雷达和应用于机场、港口、和公路的交通管制雷达。 从上世纪七十年代起，人们开始将雷达技术用于汽车自动防撞器中，称之为“汽车防撞预警雷达”简称“汽车防撞雷达”。 由于雷达能在雨、雪、雾等恶劣天气环境下工作，作用距离较远，比上述几种技术具有优越性，汽车防撞雷达逐渐成为汽车自动防撞器的主流技术。 超声波发射电路 超声波发射电路的工作原理，如图 34所示： 图 34 超声波发射电路 汽车防追尾控制系统设计 第 12 页 共 55 页 40kHZ 超声波发射电路，由 LM555 时基 电路及外围元件构成 40kHZ 多谐振荡器电路，调节 滑动变阻器的 阻值，可以改变振荡频率。 由 LM555 第 3 脚输出端驱动超声波换能器T4016，使之发射出超声波信号。 电路简单易制。 发射超声波信号大于 8m。 555 多谐振荡电路工作原理 由 555 定时器和外接元件 R R C 构成多谐振荡器，脚 2与脚 6 直接相连。 电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过 R R2向 C充电，以及 C通过 R2向放电端 放电，使电路产生振荡。 电容 C在 和 之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图所示。 图 35 555 构成多谐振荡器 图 36 多谐振荡器的波形图 输出信号的时间参数是： =（ R1+R2） Cln(VCCVT+)。