汽车防撞报警系统设计.docx
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汽车防撞报警系统设计
摘要
随着我国高速公路交通业的快速发展,交通事故率居高不下,交通安全成为越来越重要的社会问题,引起了人们的普遍关注。
发展智能交通系统与智能车辆技术是解决我国交通安全问题的有效措施。
在我国由于城市人口的拥挤以及道路的狭窄汽车的行进提出了方便的同时也带来了安全上的问题.汽车防撞系统能使汽车在前进或倒车的时候,让司机看到车外的所有物体(人)及物体(人)离汽车的真实距离,同时还可以在汽车靠近物体(人)的时候发出报警信号,从而避免汽车撞上人或物体,增强汽车的安全性,保障人们的正常生活,提供汽车行进的安全性,这样就使汽车具有一双智能化的“电子眼”即超声波传感器。
本设计论述了世界智能交通系统和智能车辆技术在自动防撞方面的应用现状,结合我国的高速公路情况、驾驶习惯及传感器现有技术,设计了符合中国国情的汽车防撞报警系统,其目的是:
在危急情况下,进行报警,提醒驾驶员,使之有一定的预处理时间,从而避免由于驾驶员疲劳、疏忽、误判断所造成的交通事故,实现主动保障交通安全的目的。
其基本工作原理是:
利用检测设备准确测量前方障碍物的距离,并迅速反馈给本车微处理系统,微处理系统经过运算、比较、然后做出判断,如达到危险速度、距离,启动报警装置,采用语音和灯光的形式进行报警。
在本系统的开发过程中,根据不同的行车情况,较深入地探讨了报警距离和制动距离情况,建立了报警距离模型和制动距离模型;然后,依据所要达到的基本功能,设计了系统方案,并以此为基础,选择系统电源、设计信息采集、警报信号输出及其它装置的应用电路;用MCS--51汇编语言编制了系统控制程序;最后,为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性,采取了相应的抗干扰措施。
就超声波的传播特性,超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明.实现障碍物的距离测试、显示和报警,超声波测距范围30CM-300CM,精度在十厘米左右。
关键词:
汽车防撞预警系统超声波传感器
第一章绪论
随着现代社会工业化程的发展,汽车这一交通工具正为越来越多的人所用,但是随之而来的问题也显而易见,那就是随着车辆的增多,交通事故的频繁发生,由此导致的人员伤亡和财产损失数目惊人。
1.1课题设计的意义
对于公路交通事故的分析表明,80%以上的车祸事由于驾驶员反应不及所引起的,超过65%的车辆相撞属于追尾相撞,其余则属于侧面相撞。
奔驰汽车公司对各类交通事故的研究表明:
若驾驶员能够提早1秒意识到有事故危险并采取相应的正确措施,则绝大多数的交通事故都可以避免【14】。
汽车发生碰撞的主要原因是由于汽车距前方物体(如:
汽车、行人、或其他障碍物)的距离近而相对车速太快。
为了防止汽车与前方物体发生碰撞,汽车的车速就要根据与前方物体的距离进行调节,使汽车始终在安全车速下行驶,减少事故发生。
在过去的二三十年中,人们的注意力主要集中在汽车被动安全性方面。
例如:
在汽车的前部和后部安装保险杠、在汽车外壳四周安弹性材料、在汽车座椅上安装安全带、在方向盘上装安全气囊等,以减轻汽车碰撞带来的危害。
保险杠可以缓冲但无法消除对被碰撞物体撞击,发生车祸时,安全气囊不一定总能有效保护车内人员安全。
因此,被动安全技术不能从根本上解决汽车行驶中碰撞所造成的破坏。
通过测试,给驾驶员一定的预处理时间,可分别减少追尾事故的30%,路面相关事故的50%,迎面撞车事故的60%。
所以应从预防碰撞事故发生的角度出发,提高汽车的主动安全性能。
从安全行车角度出发,开发汽车主动安全性技术,预防汽车碰撞,能取得比被动防碰更好的效果,实现汽车安全性突破。
目前,主动防撞安全技术成本较高,尚不能普及。
因此,从技术措施方面寻求对策,进行汽车防撞报警系统的开发研究,以求最大限度的降低交通事故率,降低生产成本,是非常必要的。
这也符合我国ITS(智能交通系统)发展的需要【10】。
因此,大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置,减少驾驶员的负担和判断错误,对于提高交通安全将起到重要的作用。
显然,此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景。
1.2课题涉及背景与现状
随着经济的发展与汽车科学技术的进步,公路交通呈现出行驶高速化、车流密集化和驾驶员非职业化的趋势。
同时,随着汽车工业的飞速发展,汽车的产量和保有量都在急剧增加。
但公路发展、交通管理却相对落后,导致了交通事故与日剧增,城市里尤其突出。
ITS(智能交通系统)是目前世界上交通运输科学技术的前沿技术,它在充分发挥现有基础设施的潜力,提高运输效率,保障交通安全,缓解交通赌塞,改善城市环境等方面的卓越效能,已得到各国政府的广泛关注。
中国政府也高度重视智能交通系统的研究开发与推广应用。
汽车防撞系统作为ITS(智能交通系统)发展的一个基础,它的成功与否对整个系统有着很大的作用。
从传统上说,汽车的安全可以分为两个主要研究方向:
一是主动式安全技术,即防止事故的发生,该种方式是目前汽车安全研究的最终目的;二是被动式安全技术,即事故发生后的乘员保护。
目前汽车安全领域被动安全研究较多,主要从安全气囊、ABS(防抱死系统)和悬架等方面着手,以保证驾乘人员的安全。
从经济性和安全性两方面来说,这些被动安全措施是在事故发生时刻对车辆和人员进行保护,有很大的局限性,因而车辆的主动安全研究尤为重要,引出了本文研究的基于单片机的超声波测距系统。
这个系统是一种可向司机预先发出视听语音信号的探测装置。
它安装在汽车上,能探测企图接近车身的行人、车辆或周围障碍物,能向司机及乘员提前发出即将发生撞车危险的信号,促使司机采取应急措施来应付特殊险情,避免损失。
中国汽车工业协会发布数据:
2007年中国汽车产量为888.24万辆,同比增长22.02%,比上年净增160.27万辆;汽车销量879.15万辆。
同比增长21.84%,比上年净增157.80万辆。
随着中国经济的高速发展和居民生活水平的不断提高.居民拥有汽车的数量越来越多。
道路上、停车场变得越来越拥挤。
驾车穿行、拐弯、倒车等总次数不断增长,而汽车驾驶员视野又是非常有限,碰撞和拖挂的事故时有发生,夜间就更不安全了。
驾驶员希望能有一种汽车报警系统,在行驶的时候能够不断测量车辆车尾与后面障碍物的距离(或车与车的距离),而且能够在仪表板上显示出来.并在不同的警示距离范围发出不同的报警信号,以提高驾驶的安全性【14】。
因此,设计一种实时、可靠、适应性好的车辆防撞报警系统是提高车辆安全的一项非常重要的内容。
车辆防撞报警系统在汽车有追尾碰撞危险时,能立刻发出警报信号,提醒司机及时处理,并在必要的时候自动启动制动系统,尽量避免交通事故的发生;该系统是一个智能型电子监控系统,即使驾驶者驾驶车辆处在倒车状态下时,该系统可以在车辆停车和倒车时检测车辆后、侧面的障碍物距离,在靠近障碍物时会发出声音警报,与后面的障碍物保持一定的距离,让驾驶更安全。
1.3课题要求及设计方法
最大测量距离6米,最小测量距离0.2米,显示分辨率是0.1米,实时数字显示测得的距离,在不同距离范围内能发出不同的声光报警信号。
另外,论文的原理图和程序流程图自画。
防撞报警有微波、激光和超声波等多种传感器。
微波系统测距范围较远,由于采用相控阵天线成像技术,已达到了实用化的程度,只是目前成本居高不下。
国内已有公司设计出激光汽车防撞系统样品,但由于激光波束较窄、路障报告率偏低而暂时不能推广。
超声波的发射和接收是自然界中的普遍现象。
频率低于20KHZ的声波人耳可辨,进行着各式各样、错综复杂的自然声音传递,因背景复杂而不利做测试媒体使用。
频率高于20KHZ的超声波不仅波长短、方向性好、能够呈射线定向传播,而且碰到界面就会有显著反射。
这些特性有利于选用超声波做媒体,测定物体的位置、距离甚至形状等。
超声波传感器的特性:
1在自身特性谐振点40KHZ附近可获得较高的灵敏度;2谐振带宽、波束角可以通过制作工艺控制得很窄,有利于抗声波干扰设计;3不受无线电频谱资源限制,易于抗电磁干扰设计。
另外,超声系统成本低、性能稳定可靠,应用前景好。
因此,本设计将采用超声波传感器测距。
超声波倒车测距仪(俗称电子眼)是汽车倒车防撞安全辅助装置,能以声音或者更为直观的数字形式动态显示周围障碍物的情况。
其较早的产品是用蜂鸣器报警,蜂鸣声越急,表示车辆离障碍物越近。
后继的产品可以显示车后障碍物离车体的距离。
其大多数产品探测范围在0.4~1.5m,有的产品能达到0.35~2.5m,并有距离显示、声响报警、区域警示和方位指示,有些产品还具备开机自检功能。
目前市场上还出现了具有语音报警功能的产品。
这些产品存在的主要问题是测量盲区大,报警滞后,未考虑汽车制动时的惯性因素,使驾驶者制动滞后,抗干扰能力不强,误报也较多。
汽车防撞雷达之所以能实现防撞报警功能,主要有超声波这把无形尺子,它测量最近障碍物的距离,并告诉给车主。
其实超声测距原理简单:
它发射超声波并接收反射回波,通过单片机计数器获得两者时间差t,利用公式S=Ct/2计算距离,其中S为汽车与障碍物之间的距离,C为声波在介质中的传播速度【5】。
本设计介绍的超声测距系统共有2只超声波换能器(俗称探头),分别布置在汽车的后左、后右2个位置上。
能检测前进和倒车方向障碍物距离,通过后视镜内置的显示单元显示距离和方位,发出一定的声响,起到提示和警戒的作用。
系统采用一片STC89C52单片机对两路超声波信号进行循环采集。
超声波是指频率高于20KHz的机械波。
为了以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。
超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF(timeofflight)。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间,再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。
测量距离的方法有很多种,短距离的可以用尺,远距离的有激光测距等,超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒,由单片机负责计时,单片机使用12.0MHZ晶振,所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传播距离远,因而超声波可以用于距离的测量。
利用超声波检测距离,设计比较方便,计算处理也较简单,并且在测量精度方面也能达到要求。
超声波发生器可以分为两类:
一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波。
本设计属于近距离测量,可以采用常用的压电式超声波换能器来实现触发单元。
利用超声波测距的工作,就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔,从而达到测量距离的作用。
其主要有三种测距方法:
(1)相位检测法,相位检测法虽然精度高,但检测范围有限;
(2)声波幅值检测法,声波幅值检测法易受反射波的影响;
(3)渡越时间检测法,渡越时间检测法的工作方式简单,直观,在硬件控制和软件设计上都非常容易实现。
其原理为:
检测从发射传感器发射超声波,经气体介质传播到接收传感器的时间,这个时间就是渡越时间。
本设计的超声波测距就是使用了渡越时间检测法。
在移动车辆中应用的超声波传感器,是利用超声波在空气中的定向传播和固体反射特性(纵波),通过接收自身发射的超声波反射信号,根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度,计算传播距离,从而得到障碍物到车辆的距离。
第二章课题的方案设计与论证
目前汽车防撞有微波.激光和超声波等多种方法。
微波系统测距范围较远,由于采用相控阵天线成像技术,已达到了实用化的程度,只是目前成本居高不下。
超声波的发射和接收是自然界中的普遍
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