汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)的研究

許文娟+趙秋芳+郝鵬飛

摘 要：隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車保有量逐年增加。汽車不僅給人們的生活帶來方便，同時(shí)由于汽車引發(fā)的事故也越來越多。這些交通事故主要是車輛和車輛的碰撞、車輛和行人的碰撞。大量研究數(shù)據(jù)表明，交通事故的引發(fā)主要由于駕駛員駕駛過程中疲勞，從而引起注意力轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致汽車出現(xiàn)追尾或不按正常的道路路線行駛。研究表明，在引發(fā)的各類交通事故中，如果在出現(xiàn)事故前1秒鐘，駕駛員能夠及時(shí)采取制動(dòng)措施，就能減少80%以上的交通事故。為此，論文研究了汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于超聲波測(cè)距，以單片機(jī)為CPU。在車輛行駛的過程中，不斷檢測(cè)和計(jì)算汽車前方或后方行人、車輛或建筑物的距離，通過將傳感器采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送CPU，當(dāng)結(jié)果顯示前方或后方距離接近制動(dòng)車距時(shí)，系統(tǒng)便向蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，促使駕駛員及時(shí)采取措施，防止交通事故發(fā)生。該系統(tǒng)可以降低交通事故發(fā)生率，從而提高汽車行駛的安全性。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 防撞預(yù)警 超聲波 微處理器

中圖分類號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（b）-0129-03

Abstract：With the rapid development of automobile industry， car ownership increases year by year. They not only bring convenience to people's life， also bring more and more accidents. The traffic accident is mainly collision of vehicle and vehicle， collision of vehicle and pedestrian. A large amount of research data show that traffic accidents mainly due to fatigue driving. Leading to attention， car crash or not drive on the normal road route. The research shows that all kinds of traffics can reduce 80% if the driver brake in 1 second before an accident. The paper studies the vehicle collision warning execution system based on microcontrollers. the system tests and calculates the distance of people， car and structure in the process of vehicle .The sensors collect real-time data and transmit to CPU. When the results show that the front or rear distance closer to the braking distance. System will send alarm signal to buzzer and the driver brake the vehicle traffic accidents wil be prevented. The system can reduce the incidence of traffic accidents and improve the safety of the car.

Key Works：Single chip；Anti-collision warning；Ultrasonic；Microprocessor

近期，我國的汽車行業(yè)取得了較大發(fā)展，汽車在滿足人們生活的同時(shí)，也帶來了更大挑戰(zhàn)。汽車行駛速度越來越快，這就會(huì)使交通事故率大大增加，從而導(dǎo)致大量財(cái)產(chǎn)損失。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國每年都會(huì)有10萬人死于交通事故中，有40萬左右受傷于交通事故中，導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失近億元[1]。所以交通事故問題已經(jīng)引起人們的重視。導(dǎo)致交通事故的原因主要有疲勞駕駛、違章行駛和酒駕等。交通事故都是發(fā)生在一瞬間，如果在這一瞬間之前1秒鐘，對(duì)車輛采取報(bào)警措施或者制動(dòng)措施，便會(huì)使交通事故大大降低[2]。所以研究車輛的防碰撞預(yù)警系統(tǒng)可以降低車輛行駛過程中的碰撞率，從而提高車輛行駛的安全性。

本系統(tǒng)包括傳感器測(cè)距發(fā)散接受裝置，CPU中央處理裝置，執(zhí)行制動(dòng)裝置?？梢杂行лo助駕駛員行駛，在與周圍的建筑物、行人或者車輛接近制動(dòng)距離時(shí)，可以及時(shí)向駕駛員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，如果駕駛員沒有及時(shí)做出制動(dòng)動(dòng)作，系統(tǒng)還會(huì)及時(shí)發(fā)出信號(hào)控制車輛執(zhí)行制動(dòng)動(dòng)作，從而使交通事故大大降低[3]。

1 超聲波測(cè)距原理

一般人的耳朵能夠聽到的聲音為20Hz～20kHz，超聲波指的是大于20kHz的聲音。超聲波分為功率超聲和檢測(cè)超聲，其應(yīng)用非常廣泛，包括工業(yè)、醫(yī)療、生物等各個(gè)行業(yè)[4]。超聲波的測(cè)距原理見式（1）。

式中，D為被測(cè)車輛與周圍物體的距離；

C為超聲波在空氣中傳播的速度，受溫度的變化而變化，具體參數(shù)設(shè)置如表1所示；

T為超聲波接收信號(hào)經(jīng)歷的時(shí)間。

超聲波傳感器具有兩個(gè)功能，集產(chǎn)生超聲波和接收超聲波為一體。系統(tǒng)采用16MM防水型超聲波傳感器，其參數(shù)如下：頻率為40±0.5kHz；靈敏度為-7.5Pa；最大輸入電壓140vp-p（10%工作周期）；工作溫度-35℃～80℃；外殼材料為鋁[5]。汽車在行駛中，前、后、左、右方都會(huì)碰到障礙物，故在車輛前方和后方分別安裝4個(gè)傳感器，在左側(cè)和右側(cè)分別安裝3個(gè)傳感器。任意一個(gè)傳感器在接近制動(dòng)車距時(shí)都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。endprint

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)由4個(gè)模塊組成，即超聲波測(cè)距模塊、聲響報(bào)警裝置、控制模塊和緊急制動(dòng)模塊。系統(tǒng)硬件模塊如圖1所示。

汽車防碰撞系統(tǒng)預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行過程中分為兩個(gè)階段，首先是預(yù)警階段，當(dāng)超聲波測(cè)距模塊測(cè)得周圍障礙物的距離接近預(yù)警距離時(shí)，聲響報(bào)警裝置就會(huì)接受此信號(hào)，從而使得聲響報(bào)警裝置發(fā)出聲響，向駕駛員報(bào)警車輛周圍會(huì)有障礙物，駕駛員及時(shí)控制車輛減速。其次是緊急制動(dòng)階段，當(dāng)超聲波測(cè)距模塊采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到危險(xiǎn)距離時(shí)，因?yàn)檫€要預(yù)留出駕駛員的反應(yīng)和判斷時(shí)間，或者有時(shí)因?yàn)轶@嚇誤踩加速踏板等情況，已經(jīng)來不及對(duì)車輛做出制動(dòng)措施。此時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)執(zhí)行緊急制動(dòng)模塊，在駕駛員未做出任何回應(yīng)的情況下使車輛減速直至停車。這樣就大大降低了交通事故率，對(duì)汽車的安全駕駛具有深遠(yuǎn)的意義。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件部分中超聲波傳感器采集的信號(hào)由軟件部分進(jìn)行處理，由系統(tǒng)的軟件部分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用。系統(tǒng)運(yùn)行后，首先檢測(cè)傳感器的工作狀態(tài)，如處于正常狀態(tài)，則開始測(cè)距，測(cè)得的數(shù)據(jù)傳給控制模塊。當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)大于設(shè)定的制動(dòng)車距，則系統(tǒng)不會(huì)報(bào)警。當(dāng)測(cè)試車距小于設(shè)定的制動(dòng)車距時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)測(cè)試車距接近危險(xiǎn)距離時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)緊急制動(dòng)模塊。

超聲波測(cè)距模塊接收的信號(hào)傳給控制模塊，控制模塊接收數(shù)據(jù)后啟動(dòng)聲響報(bào)警模塊和緊急制動(dòng)模塊，程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

4 結(jié)語

論文研究了汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以輔助駕駛員的安全駕駛。當(dāng)超聲波測(cè)距傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)接近設(shè)定距離時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，促使駕駛員及時(shí)做出制動(dòng)反應(yīng)，當(dāng)傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)大于設(shè)定距離時(shí)，駕駛員來不及做出反應(yīng)，系統(tǒng)會(huì)直接采取制動(dòng)措施，從而大大降低了事故率，提高了汽車駕駛的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 任衛(wèi)軍，王飛，史先信，等.基于虛擬墻的汽車起重機(jī)吊裝防碰撞技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2015，51（7）：162-168.

[2] 胡瑜.汽車防碰撞系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2010（4）：214-216.

[3] 于廣鵬，譚德榮，楊明紅，等.汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2015，53（3）：1-4.

[4] 賈蘊(yùn)發(fā)，劉楊，李超，等.基于多傳感器的汽車防碰撞及行人保護(hù)預(yù)警設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2015，53（12）： 56-59.

[5] 阮觀強(qiáng).智能防碰撞報(bào)警制動(dòng)系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].煤炭技術(shù)，2012，31（4）：221-222.endprint