车辆防撞系统设计

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1、 山东农业大学 毕 业 论 文 基于路面条件的跟车距离检测与预警系统设计装订线院 部 机械与电子工程学院专业班级 车辆工程二班 届 次 2017届 学生姓名 刘立成 学 号 指导教师 吕钊钦 教授 二一七年六月十一日目 录摘要1Abstract 21绪论31.1 课题的提出及意义31.2 课题研究现状31.3 课题研究的内容和预期目标42系统设计的理论依据52.1 安全跟车距离52.2 制动距离52.2.1 制动过程分析52.2.2 制动距离计算62.2.3 不同路面条件下的制动距离建模73系统硬件设计73.1 系统的总体设计73.2 微处理器83.2.1 微处理器的选择83.2.2 单片机最

2、小硬件系统电路设计83.3 测速模块93.3.1 测速传感器的选择93.3.2 测速电路设计103.3.3 速度的计算模型113.4 雨滴感应模块113.5 测雨量模块113.5.1 雨量传感器的选择113.5.2 雨量传感器检测原理123.5.3 雨量传感器发射电路133.5.4 雨量传感器接收电路133.6 声光报警模块143.7 测距模块153.7.1 测距传感器的选择153.7.2 测距模块电路设计163.8 稳压电路174软件设计184.1 测速子系统程序设计184.2 测距子系统程序设计184.3 软件的调试185总结19参考文献20致 谢21附录22ContentsAbstrac

3、t21 Introduction31.1 Proposition and significance of the subject41.2 Current research situation41.3 Content and expectation of the research42 Theoretical basis of system design52.1 Safe following distance62.2 Braking distance62.2.1 Braking process analysis62.2.2 Braking distance calculation62.2.3 Mo

4、deling of braking distance under different road conditions73 System hardware design83.1 Overall design of the system83.2 Microprocessor83.2.1 Microprocessor options93.2.2 Single chip microcomputer, minimum hardware system, circuit design93.3 Tachometer module93.3.1 Selection of speed sensor103.3.2 S

5、peed measuring circuit design103.3.3 Calculation model of velocity113.4 Raindrop sensing module123.5 Rainfall measuring module123.5.1 Selection of rain sensors133.5.2 Detection principle of rain sensor133.5.3 Rain sensor transmitting circuit143.5.4 Receiving circuit of rain sensor143.6 Acoustooptic

6、alarm module143.7 Ranging module153.7.1 Range sensor selection163.7.2 Circuit design of ranging module163.8 Voltage stabilizing circuit174 Software design184.1 Speed subsystem program184.2 Ranging subsystem18 4.3 Software debugging185 Summary19Reference20Thank21Appendix22基于路面条件的跟车距离检测与预警系统设计刘立成（山东农业

7、大学 机械与电子工程学院 泰安271018）摘要：本文讲述了一种基于AT89S52单片机的安全跟车距离检测与预警系统。该系统由霍尔速度传感器、微波雷达测距传感器、雨滴感应器、雨量传感器、报警装置等模块组成，采用52单片机和DSP作为数据处理单元。汽车的制动距离受路面附着系数和车速的影响，因此用测速传感器和雨量传感器来测速和确定路面附着系数进而确定汽车的制动距离。用测距传感器测得的跟车距离与制动距离相比较进而判断汽车行驶时是否存在安全隐患。雨量传感器和测距传感器不需要在汽车的任何行驶条件下一直保持工作状态，因此该系统采用两个单片机将各传感器分隔在两个子系统中，第一个单片机根据雨滴信号和速度信号通

8、过继电器来控制测距雷达和雨量传感器电源的通断。采用两个子系统可以减少系统发热和降低功耗。关键词：单片机 微波雷达 雨量传感器 霍尔传感器 报警装置Design of vehicle following distance detection and warning system based on road conditionLicheng Liu（Shandong Agricultural University，School of mechanical and Electronic Engineering，Taian271018）Abstract This paper describes a s

9、ecurity and vehicle distance detection and warning system based on AT89S52 microcontroller. The system is composed of Hall speed sensor, microwave radar sensor, rainfall sensor, alarm device and so on. The microcontroller and DSP are used as data processing units. The braking distance of the vehicle

10、 is affected by the coefficient of road adhesion and the speed of the vehicle. Therefore, the speed sensor and the rainfall sensor are used to speed up and determine the coefficient of road adhesion, and then determine the braking distance of the vehicle. The distance measured with the distance sens

11、or is compared with the braking distance, so as to judge whether there is any hidden danger when the vehicle is running. The rainfall sensor and ranging sensor does not need to keep working in any driving condition of the vehicle, so the system uses two microcontroller to each sensor and separated i

12、nto two subsystems, the first single-chip based on Raindrop signal and speed signal through the relay to control the radar rainfall sensor and power off. Using two subsystems can reduce system heating and reduce power consumption.Keywords:MCU,millimeter wave radar,hall sensor,rainfall sensor,alarm d

13、evice1 绪论1.1 课题的提出及意义 随着人们生活水平的提高，我国汽车的保有量逐年增加，各类交通事故发生频率也不断增加，据国家统计局统计2016年交通事故总数为187781起，其中汽车交通事故为129155起。交通事故中汽车碰撞事故占很大部分，因此汽车防撞报警是亟待解决的问题。高速公路上发生的交通事故一般比较突然，驾驶员往往没有充足的时间采取适当的措施。欧洲科学家专门做过一项研究：驾驶员只要在碰撞危险发生前的0.5秒内得到预警，就至少可以避免60%的追尾事故，30%的迎面碰撞事故和50%的路面相关事故。如果有一秒钟的“预警”时间将会避免90%的交通事故1。因此汽车就越来越需要配备跟车距离

14、检测和预警装置使驾驶员有充足的反应时间。 被动安全装置通常指的是在交通安全事故发生之后能尽量减小人体损伤的安全装置，包括对乘客以及行人的保护。这种装置不能防止或避免交通事故的发生它们只能在事故发生时，在很大程度上减轻人身伤害程度。汽车的发展进程中，人们主要把精力集中在汽车被动安全性方面的研究。例如：在汽车上使用安全玻璃、在汽车前部或后部安装保险杠、在汽车上装备安全座椅、在汽车外壳周围安装某种弹性材料、在前排座椅设置保护系统、在车内相关部位安装安全带及安全气囊。所有这些安全措施都不能从根本上解决汽车发生碰撞时造成的问题。 主动安全利用智能视野增强系统、全方位车辆防撞系统、智能路线控制系统扩展驾驶

15、员感知环境和控制车辆能力，将保护提到事故发生之前。所以具有主动安全的汽车，当然就有着比较高的避免事故能力，尤其在突发情况的条件下保证汽车安全。安全跟车距离检测与预警系统就是一种主动安全系统，它能有效的对汽车行驶环境做出准确的判断达到降低事故发生率的目的。1.2 课题研究现状 交通事故具有不可预知性，为减少其发生数，优化日常的交通秩序，如何更好地利用已有的计算机与信息技术，提升道路的交通安全与效率成为了国内外的研究热点。人们普遍认为80年代后开展的智能化交通的系统研究是解决各类交通安全问题的有效途径2。智能车是计算机、通讯等最新科技成果与现代汽车工业互相结合的产物，因而能够更好地理解人们的意图使

16、驾驶更加安全方便。通常具有自动驾驶、自动变速，甚至具有自动识别道路的功能。另外，智能车内的各种辅助设施也一应电脑化，常常给人以新奇感3。智能车辆是一套集环境意识，规划决策，多层次辅助驾驶等功能于一体的综合系统，重点是对电脑、现代感知、信息融合、通讯、人工智能和自动控制技术的应用，是典型的高科技综合体，具有自动识别路障，自动报警，自动制动，自动维持安全距离和巡航控制等功能。智能车辆致力于提高汽车的安全性能，舒适性能和提供优良的人车交互界面，是智能交通系统发展的重点，是世界汽车工程研究热点和汽车行业发展新势头的重要组成部分。随着科学技术的发展，特别是计算机技术、控制技术、信息技术、人工智能、电子技

17、术的跨越式发展，智能车辆技术已经实现了技术基础。目前，智能车辆技术主要应用于汽车和重型车辆的碰撞预警系统，防碰撞辅助驾驶系统，智能速度适应和自动化运行。其军事应用更加广泛和重要。智能车是汽车行业的未来发展趋势，也是人们日益要求未来汽车未来发展方向的要求。 汽车防撞报警系统对提高汽车行驶安全十分重要。从1971年始，在国内外相继出现了超声波、雷达、激光、机器视觉、红外以及交互式智能化等防撞报警系统的研究或者产品。近几十年，美、日、西欧各国的汽车制造企业投入了巨资，相继成功地研究出了单脉冲雷达系统与调制连续波雷达系统。以上两种体制下的雷达防撞报警系统已应用在了国外的某些汽车企业的高档汽车中，但因为

18、其成本较高而并未得到更加广泛的运用4。近些年来，价格低廉且高性能的DSP芯片已经出现，其推动汽车防撞报警雷达技术的研究与发展更上一步，使得汽车防撞报警雷达系统可以在普通的汽车中得到应用与普及。由于受到经济技术水平等因素的影响，我国在汽车防撞报警技术上的研究起步较晚。因此,相对于国外防撞报警系统的研究水平，我国的车用防撞报警系统的研制水平仍然较低。但在这方面的研究已经得到业界的高度重视。1.3 研究内容与技术参数 该设计旨在研究一种安全跟车距离检测与预警系统。与传统预警系统相比，该系统配备了雨量传感器，它能够根据受天气影响的路面状况得出不同的安全跟车距离然后与实际跟车距离相比较，进而发出相应的报

19、警信号。同时系统配备声音报警模块向驾驶员传递报警信号，而不采用显示屏或灯光警示装置，以使驾驶员集中精力驾驶。论文主要包含以下内容：（1） 系统微处理器的选型；（2） 各种传感器的比较选择，包括雨量传感器、测距传感器、速度传感器的选择以及各种传感器测量原理的简单概述；（3） 系统工作原理的讲述；（4） 系统各模块硬件的设计；（5） 系统软件的设计；（6） 最后对整个设计进行了总结及展望。一些技术参数规定如下工作电压（v） 5工作温度（） -2080雷达调制频率（Hz） 100200雨量传感器工作频率（KHz） 382 系统设计的理论依据2.1 安全跟车距离安全车距是指后方车辆为了避免与前方车辆发

20、生意外碰撞而在行驶中与前车所保持的必要间隔距离。保持安全车距是防止追尾事故最直接、最有效、最广泛和最根本的方法。安全跟车距离没有绝对的数字概念，它视具体情况而定。一般来说，车速越快、车重越大，安全车距所需要的间隔长度也就越长。安全车距还会受很多其他因素影响，比如天气情况、光照强度、司机视力、刹车设备、路面状况等。本文以家用轿车为研究对象考虑车速及路面状况对安全跟车距离的影响。为使后车足够安全假定前方车辆发生意外时立即静止不动，因此安全跟车距离应大于后车的制动距离S。于是系统要测定的关系转变为后车制动距离S与实际跟车距离L的关系。当SL时，汽车行驶安全。当SL时，汽车行驶存在潜在危险。2.2 制

21、动距离2.2.1 制动过程分析t1为驾驶员的反应时间，一般在0.31.0s。t2为制动器的作用时间，一般在0.30.9s。t3为持续制动时间，此段时间内减速度基本保持不变。驾驶员在松开制动踏板后，制动力的消除还需要一段时间，t4一般在0.21.0s。从汽车制动的全过程来看，该过程总共包括驾驶员见到信号后做出行动反应、制动器起作用、持续制动和放松制动四个阶段5。制动距离一般为开始踩着制动踏板到完全停车的距离，但该系统的制动距离需将驾驶员反应时间内汽车的行驶距离S1考虑在内。所以制动距离S为驾驶员反应、制动器起作用、持续制动三个阶段汽车驶过的距离S1、S2、S3之和。整个制动过程如图2-1所示FP

22、,ab FP ab 0 t1 t1 t2 t2 t t1 t2 t3 t4 t0 图2-1 制动过程 2.2.2 制动距离计算在驾驶员反应时间段t1，汽车的行驶距离由初始车速v0和驾驶员反应时间决定,计算公式为 （1） 在制动器作用时间内，汽车的行驶距离指制动踏板自由行程和制动上升时间的行驶距离，计算公式为 （2）在持续制动阶段内，车辆以最大制动减速度停车，此段时间内汽车的行驶距离计算公式为 （3） 整个制动过程中汽车的行驶距离为 （4）将汽车的行驶速度由m/s转化为km/h，将（1）（2）（3）带入（4）得 （5） 2.2.3 不同路面条件下的制动距离建模汽车在高速公路上行驶受天气条件影响较

23、大，不良天气会导致路面附着系数减小，使汽车制动时间和制动距离难以确定6。由文献5可知，汽车的制动力学方程为 （6） 其中，a为汽车制动减速度m/s2 ；为轮胎与路面的附着系数，随着车轮滑移率的变化而变化；g为重力加速度m/s2。 由（6）可得不同路面条件下制动距离计算模型为 （7） 本文中高速公路为沥青路面，选取道路车轮附着系数的值如表2-1 7.8。取g=9.8m/s2,可得各个附着系数下制动距离s随初始速度v0的变化规律。表2-1 道路车轮附着系数值路面状况干燥潮湿积水道路车轮附着系数0.80.70.63系统硬件设计3.1系统的总体设计目前大部分汽车都配备了速度传感器和雨量传感器。速度传感

24、器在汽车的任何行驶状况下都必须连续不断的工作以提供汽车的行驶速度，而雨量传感器和测距传感器不需要一直保持工作状态，所以将系统分割成两个子系统：用于感应雨滴和检测车速的测速子系统；用于测距、测雨量和预警的测距子系统。将系统分成两个子系统可以降低功耗，减少处理器的发热。由上所述可知该系统需要两个单片机，并对两个单片机建立联系。其中第一个单片机连接速度传感器和雨滴感应器并且连接控制第二个单片机和红外发射电路电源通断的继电器；第二个单片机连接测距模块、雨量传感器和语音播报装置，实现测距、确定路面附着系数和语音提示的功能。其中测距模块包括DSP、测距传感器以及中间电路。系统硬件的总体框图如图3-1。图3

25、-1系统硬件总体框图3.2 微处理器3.2.1 微处理器的选择近年来，随着科学技术的发展，微型计算机技术日益发展，已经在许多领域得到了广泛的应用。随着集成电路工艺的发展，出现了单片机、DSP,ARM等多种微处理器。选用ATMEL公司生产的AT89S52单片机进行测速、测雨量及报警的控制。AT89S52是一种4KB字节闪烁可编程以及可擦除只读存储器的低电压，高性能8位处理器。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器集成在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微处理器，为很多控制系统提供了一种灵活性高而且价格低廉的发展方案9。52单片机虽然和DSP,ARM相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它

26、的体积小、质量轻、价格便宜，它的速度可以满足本次实验的要求，所以我们采用AT89S52这款单片机。对于雷达信号的采集处理，52单片机的处理能力相对不足。DSP芯片是一种数字信号处理器,专门来对数据采集并进行处理的处理器。它以数字的形式对信号进行滤波、采集、增强、变换、估值、压缩、识别等处理,从而最终得到满足人们需要的信号形式。综合考虑芯片的运算速度、价格、硬件资源、运算精度及功耗等因素选择TI公司的DSP芯片TMS320VC5402作为系统测距模块的数据处理器。3.2.2单片机最小硬件系统电路设计 单片机最小系统包括晶振电路、复位电路、电源电路等，其电路如图3-2。图3-2单片机最小系统电路图

27、（1）晶振电路：XTAL1和XTAL2分别是反向放大器的输入和输出。此反向放大器可以当作为片内振荡器。而且石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。对外部的时钟信号的脉宽没有任何要求，但必须要保证脉冲的高低电平要求的宽度。（2）时钟电路：单片机的时钟信号通常由内部振荡方式和外部振荡方式两种电路形式得到。内部振荡方式的外部电路图所示。两个电容器起到稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值的范围一般在5-30pF之间。晶振频率典型值为12MHz。内部振荡所得的时钟信号较稳定，实用电路中应用较多。外部振荡则是把外部已有的时钟信号导入单片机内。这种方式适合用来把单片机的时钟信号同外部信号保持同步。（3）复位电路：复位电

28、路是在上电或是复位时，控制CPU的复位状态，这段时间内让CPU保持复位的状态，而不是以上电或是刚复位完就开始工作，防止发出错误的指令，同时也可以提高电磁的兼容性。单片机在启动的时候都需要进行复位，以使CPU及系统各部件处于初始的状态，并从初始状态开始工作。3.3测速模块3.3.1测速传感器的选择市场上主流的测速传感器主要有测速发电机式、光电编码式、磁电式、霍尔元件式四种形式。目前汽车车速传感器多采用霍尔式结构,霍尔车速传感器是一种基于霍尔效应的磁电式传感器,它具有对磁场灵敏敏度高、输出信号平稳、频率响应度高、结构简单、安装使用方便等特点。霍尔测速传感器主要是由特定磁极对数的永久磁铁转盘、霍尔元

29、件、旋转机构及输入/输出插件等组成10。其工作原理是永磁转盘的输入轴连接到车轮的转轴，当车轮转动时，永磁转盘也跟着转动,与此同时，永磁转盘上的永久磁铁会经过霍尔传感器,穿过霍尔元件的磁场将产生周期性变化,引起霍尔元件输出电压变化,通过后续电路处理形成稳定的脉冲电压信号,作为车速传感器的输出信号。霍尔传感器是一种对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，该类型传感器是一种3端元器件，外形与三极管很像，只要连接电源并且接地，就可以工作，输出一般是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围大，使用方便。可将工作磁体固定在霍尔器件背面，让被检的铁磁物体（例如钢齿轮）从它们近旁

30、通过，检测出物体上的特殊标志（如齿、凸缘、缺口等），得出物体的运动参数。测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，将霍尔器件固定在工作系统的适当位置，用它去检测工作磁场，再从检测结果中提取被检信息。本文选用CS3020霍尔传感器。3.3.2测速电路设计 测速电路如图3-3图3-3 测速电路电路中采用了LM393低功率低失调电压双比较器，利用其整形的特点可使单片机获得良好稳定的输出信号，不至于丢失信号，能提高测速的精确性和稳定性 。为了使霍尔集成元件能够稳定工作，在电源输入侧并联一个电容C2用来滤去电源尖啸。在霍尔元件输出（引脚3）与接地端并联电容器C3滤去波形尖峰，然后连接上拉电

31、阻R1，最后将其接入LM393的引脚5。用LM393构成一个电压比较器，将霍尔集成元件输出电压与电阻R1进行比较得出高低电平信号并传递给单片机。为了保证获得良好数字信号，连接C4电容器用于波形整形。 LM393的引脚7接第一个单片机的P3.5口。3.3.3速度的计算模型车速的检测实际是对车轴转速的检测。预先在轴上安装一个有60齿的测速齿盘,用霍尔传感器获得一转60个转速脉冲,再用测频的办法实现转速测量。通过速度传感器将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。轮胎直径一般为0.6m左右，车轮每转一圈汽车行驶大约1.8m，经过换算便可得到汽车的行驶速度。

32、 n 转速,转/秒; V 车速,米/秒； N 采样时间内所计脉冲个数; T 采样时间,分钟; m 每旋转一周所产生的脉冲个数。 取m=60,那么1秒钟内脉冲个数N/60就是转速n。于是v=1.8*n米/秒=0.03*N千米/小时。3.4 雨滴感应模块雨滴感应器用于检测是否下雨，当下雨时给单片机传递信号使单片机控制继电器闭合进而使雨量传感器通电工作。雨滴感应器与速度传感器共用一个LM393，雨滴感应模块的电路如图3-4。图3-4 雨滴感应模块电路当雨滴感应器没有雨滴的时候1与2脚之间显示断开，这时输入单片机的信号为高电平信号；当有雨滴时，1与2引脚显示接通，这时输入单片机的为低电平信号。LM39

33、3的引脚1接单片机的P1.2口。3.5 测雨量模块3.5.1雨量传感器的选择 雨量传感器主要有电容式传感器、热电偶式传感器及光学式三种。三种传感器的优缺点如表3-1所示。表3-1 三种雨量传感器优缺点雨量传感器分类优点缺点 电容式传感器雨量变化引起的电容介电系数变化效果比较明显，电容容量改变速度快。 雨量变化引起的电容容量改变范围有限，且电容量本身非常小，测量比较困难。传感器分布电容难处理，易受外界电磁干扰影响。安装在汽车外面，受工作环境影响。 热电偶式传感器热电偶式传感器种类多，测量范围广，技术成熟。 雨量大小引起热电偶温度变化不明显，易受环境温度的影响，且参考温度难维持恒定，传感器标定困难

34、。安装在汽车外面，受工作环境影响。 光学式传感器雨量引起光强变化效果明显，光电转换技术成熟，不容易受电磁干扰。安装在汽车内，不受工作环境影响。受背景光的干扰，光电转换信号弱，信号易被噪声淹没。 通过对各雨量传感器优缺点的比较，结合汽车安装使用等实际情况，该系统最终选定采用基于光学式的雨量传感器。3.5.2雨量传感器检测原理 红外反射式雨量传感器就是根据红外辐射的特性来进行雨量的测量11。红外辐射是与可见光相邻的一种不可见光，它与可见光一样，同样遵循光的直线传播、反射、折射、全反射、干涉、衍射、偏振等规律12,13。 下图3-5所示的是某个红外反射式雨量传感器安装在汽车驾驶室挡风玻璃内侧，进行雨

35、量检测的原理图。来自雨量传感器的红外光将在玻璃和空气之间的界面全反射并被红外接收器接收。如果挡风玻璃的敏感区域有水，则玻璃与水滴之间的界面会在水和空气界面处折射和散射，红外接收器所接收的反射光减弱。因此，根据红外线接收管传感器接收的反射信号强度可以确定挡风玻璃敏感区域的雨量大小。图3-5雨量传感器雨量检测原理3.5.3 雨量传感器发射电路 红外发射管用硅光电二极管，其具有暗电流小，噪声低，受温度影响小等优点14。红外发射管用三个并联，采用脉宽调制驱动方式，工作在38kHZ的频率下。雨量传感器发射电路如图3-6。图3-6 雨量传感器发射电路在不下雨的情况下，为降低功耗雨量传感器发射模块不需要工作

36、，因此雨量传感器发射电路电源的通断由继电器控制。如图3-7所示。图3-7 继电器电路3.5.4 雨量传感器接收电路红外接收电路由光接收二极管，放大电路，带通滤波器，检波电路等构成15。其中放大电路的作用是对光脉冲信号进行线性放大与整形。带通滤波器的作用是进行频率选择，滤除干扰信号。检波电路滤掉载频后检出的原始信号。因而电路比较复杂，体积也比较大。在市场上还有种简捷的接收电路，采用的是红外专用集成接收芯片TK1838，将各功能电路封装在一起，用来接收红外光信号，塑料封装可滤除可见光。TK1838只有接收到38kHz的脉冲信号时才会起作用。它具有微型一体化的塑料封装，体积小，可靠性高，抗干扰光的能

37、力强，用5V电源供电，功能损耗小，输出信号比较灵敏等优点。其内部集成了放大、滤波、解调和控制电路。雨量传感器接收电路如图3-7。图3-8 雨量传感器接收电路当TK1838接收不到38kHz的脉冲信号时，输出为高电平；当接收到38kHz的脉冲信号时，输出低电平（有效信号）。TK1838发出的脉冲信号由单片机的P3.5口接收。这种雨量传感器的参数可根据自己的需求进行调节。例如：如果每10ms输出脉冲的个数小于80个定为路面对行车无影响（干燥）；输出的脉冲个数大于等于80小于等于160个定为路面潮湿；输出脉冲个数为每10ms大于160个定为路面积水。单片机根据每10ms接收到的脉冲数确定路面附着系数

38、。3.6 声光报警模块本文设计的报警电路包括LM555CM电路、发光二极管和扬声器（YSG）等三部分，如图3-8。当汽车与目标物之间的距离大于其安全距离时，我们可知AT89S52单片机P2.2管脚输出是高电平，经过反相器到达了LM555CM的第4管脚时是低电平，那么LM555CM不工作，发光二极管也就不亮，扬声器也不发声。汽车与目标物之间的距离小于其安全距离时，AT89S52单片机P2.2管脚输出是低电平，经过反相器到达了LM555的第4管脚时是高电平了，那么LM555CM就开始工作，产生了振荡，发光二极管经过三极管驱动被点亮，与此同时，电容耦合滤除了直流分量使得扬声器发出了报警声音。图3-9

39、 声光报警模块电路3.7测距模块3.7.1 测距传感器的选择 车用测距传感器的选择要根据汽车的使用条件、工作环境及各类传感器的优缺点综合选择。表3-2列举了几种测距传感器的优缺点。表3-2 测距传感器优缺点比较传感器种类优点缺点激光测距探测距离远、测量精度高、能传递相对距离信息、能识别路况需要注意人体安全；制作难度大；光学系统需要保持干净；性能容易遭受环境干扰超声波测距制造方便、比较耐脏污、可在较差环境中使用精度较低，成本较高微波雷达测距探测距离远、运行可靠、性能不易受环境干扰；能够获得两车之间的距离以及相对速度价格比较昂贵红外测距 不受光源限制、可在夜间及光线不好的环境下工作；便宜、易制造易

40、受环境影响：雨雪天、粉尘、悬浮颗粒物会影响测量精度；方向性比较差机器视觉测距成本低、体积较小、不会对环境造成污染在雨雾等恶劣环境下易失效；软件设计难度较大 微波雷达达探测距离远、运行可靠、测量性能受天气等外界因素的影响较小，可以获得主车与目标车辆间距离、相对速度16。根据对各类测距传感器优缺点的比较该设计选用IVS-179微波雷达测距模块。IVS-179雷达模块是德国Innosent公司的雷达传感器，其接口如图3-9。 图3-10 IVS-179接口图3.7.2 测距模块电路设计 一般，微波雷达由收发天线，微波振荡器，环流器，混频器构成，前置电路则包括发射前端和前置放大电路17-19。IVS-

41、179的原理框图如图3-10。雷达模块集成了信号源、微波振荡器、混频器、前置放大器、发射天线、接收天线等部分20。图3-11 IVS-179原理框图 雷达测距模块Vtune接口需要输入调制信号，在设置好调制信号后，通过传感器的各个引脚将其与相关设计电路或工作仪器相连接。操作步骤及工作流程如下： （1）将引脚 Vcc外接 5V 正向电压源，引脚 GND 接地； （2）给引脚Vtune接入一个设置好的调制信号； （3）Vss接口接入单片机的P2.3口，通过软件控制给P2.3口高电平或低电平，低电平时雷达模块工作； （4）将引脚 IF1（同相信号）或 IF2（正交信号）接入滤波放大电路中，滤掉调制信

42、号及其它干扰和噪声，同时对信号进一步放大； （5）将滤波后的信号经 AD 转换后送入DSP处理装置，即可分析得到目标的距离信息。滤波放大电路如图3-11图3-12 滤波电路 系统工作时DSP负责产生调制信号和对接收到的雷达信号进行分析计算处理得到跟车距离并传递给单片机2，单片机2对各数据进行计算处理控制报警装置发出警报。3.7.3 微波雷达测距原理工作原理：雷达信号经天线发射，遇到被测界面反射，经过时间t后，被天线及接收器接收。当前发射波与被测界面反射波的差值以Hz为单位进行精确计算，频率的差值是与天线到被测界面的距离成正比的，距离越大差值越大，反之亦然。数字信号处理过程中，时间信号通过“快速

43、FFT变换”转换成频谱，形成距离计算的基础，进而计算出物位距离。3.8 稳压电路 汽车的供电系统的电压一般为12V左右，而该系统中单片机及各集成芯片的工作电压为5V。为供给合适的电压以及维持电压的稳定，设计了稳压电路，如图3-12所示。图3-13 稳压电路电源模块采用了LM7805的三端稳压的集成电路，采用LM7805的三端稳压电路所组成的稳压电源需要的外围元件数极少，电路的内部还具有了防止过流、过热和保护调整管的电路。LM7805表示的是输出电压是+5V。该电路利用了LM7805芯片，不仅生成了5V电压还起到了稳压的作用。4 软件设计 系统功能的实现在很大程度上取决于软件。软件设计的好可以提

44、高整个系统的响应速度和测量精度。设计软件时分别给两个子系统设计了独立的程序，通过程序两个子系统又互相联系。4.1 测速子系统程序设计图4-1测速子系统程序流程图4.2测距子系统程序设计图4-2 测距子系统程序流程图4.3软件的调试软件的调试结果如图4-3，由图可知该软件可正常运行。图4-3 软件调试结果5 总结本次毕业设计已经基本完成。通过这次毕业设计，我掌握了一些实践性质的设计步骤：首先，明确设计任务，并且要对微波雷达要有初步了解，还要知道前人做了哪些工作，本设计方案的可利用程度等等。其次，要对整个设计系统做深入的方案论证、计算并且结合现有实际条件，确立自己的设计方案，进而，就是对自己确立的

45、方案进行软件实现，包括所用原器件选型，以及控制部分整个单片机系统的硬件选型与设计，并用Altium designer绘制出系统的部分电路图。接着我们就进入到软件编程设计了，要画出各部分的大体流程图，弄清楚各个部分实现的功能，最后对整个系统进行软件编程实现。 设计的主要内容概括为下几个方面： （1）通过查阅资料确定了该课题的设计方向及设计思路，并确定了理论依据。 （2）根据系统的预期功能选择合适的传感器及处理器，并对各传感器的检测原理作出了简单论述。 （3）选完电子元器件后对整个系统进行了规划，决定模块化设计，并用Altium designer绘制出了电路图。 （4）用C语言为该系统设计了程序使

46、系统实现预期功能。 由于客观条件和自身的知识储备、实际研究水平有限，该系统的设计还有很多不完善的地方。如微波雷达测距算法的实现、DSP与52单片机的通讯以及DSP程序的设计，不过这些问题都可以在以后的学习积累后能够得到解决。 参考文献1吴斌方.超声波传感器的研究J.湖北理工学院学报，2006，6：26-28.2史其信,陆化普.智能交通系统的关键技术及研究发展策略J.中国土木工程学会第八届年会论文集,1998,3:358-364.3胡海峰,史忠科等.智能汽车发展研究J.计算机应用研究,2004,21(6):20-23.4唐文彦. 传感器M.北京：机械工业出版社，2010.5余志生 汽车理论(第5

47、版)M.北京:机械工业出版社，2009.6袁浩，史桂芳等.停车视距制动模型J东南大学学报（自然科学版），2009，39（4）：859-863.7李松龄，裴玉龙.路面附着性能影响因素分析及其改善对策的研究J.公路，2007，11：126-130.8季天剑，黄晓明等.道路表面水膜厚度预测模型J.交通运输工程学报.2004,4（3）：1-3.9蔺彬涛.SEM表面特征维图象信息微机处理识别系统.电子显微学报.1988,12（4）：86-88.10郝群.光电仪器原理与设计J.北京:机械工业出版社，2013，No.1,36-44. 11Li Tzuu-Hseng HS, Tong Wei. Fuzzy t

48、arget tracking control of autonomous mobile robots by using infrared sensorsJ. Fuzzy Systems, IEEE Transactions on, 2004, 12(4): 491-501.12赵岩,王哈力等.一种新型红外线汽车雨水传感器的设计J.传感器世界, 2006(8):24-26. 13刘海陵, 顾松山.车用红外感雨器的设计J.南京气象学院学报, 2009,80(12): 1261-1264. 14姚臻.红外检测系统的设计J.漳州师范学院学报,2007，2: 72-75. 15周金华,王松德.红外发射与

49、接收演示装置设计J.洛阳师范学报, 2004，2: 41-43. 16Pohl, N.; Gerding, M.;Will, B.High Precision Radar Distance Measurements in Overmoded Circular Waveguides Microwave Theory and TechniquesJ, IEEE Transactions on Volume 55, Issue 6, Part 2, June 2007 Page(s):1374 -138117陆强，漆兰芬.汽车防撞雷达的研制J.广面大学学报(自然科学版). 1998,23(2): 1

50、64-167.18丁鹭飞，耿富录，陈建春。雷达原理M.北京:电子工业出版社.2009.19Merrill I. Skolnik主编.雷达手册第二版M.北京:电子工业出版社.2003.20许宏吉，彭玉华等.汽车防撞雷达系统滤波器的设计J.山东大学学报.2004,34（1）：70-73.致谢该设计的完成是在我们的导师吕钊钦老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了吕老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢!导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生!还要感谢

51、和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。 刘立成 2017年6月11日附录/*测速子系统程序*/ /声明区#includesbit Raindrop=P12; /声明雨滴感应器接入P1.2sbit relay=P13; /声明继电器位置sbit Vss=P14; /声明Vss引脚位置sbit SMOD=0x877; /SMOD为PCON的bit7/*T1定时相关声明*/ #define count 5000 /T1的计数值为0.05s#define

52、 H_1 (65636-count)/256 /T1计数高8位#define L_1 (65636-count)%256 /T1计数低8位char times_1=0; /计算T1的中断次数/*声明基本变量*/bit status=1; /状态标志位unsigned int N=0; /频率变量sfr DPTR=0x82; /声明DPTRdouble v; /声明速度变量void measure_v (void); /声明测量函数void Send(double); /声明串行口通信函数 /主程序main () /主程序开始 while(1) /无穷循环程序一直运行 if(Raindrop=0

53、) /若感应到雨滴 relay=1; /继电器闭合 else relay=0; /否则继电器断开 measure_v(); /调用测量函数 while(status=0) /等待测量函数结束 if(v30) /若速度大于30km/h Vss=1; /启用雷达 else Vss=0; /否则不起用雷达 Send(v); /调用通信函数传递速度v /结束while 循环 /主程序结束/定时器中断函数void T1_1s(void)interrupt 1 /中断子程序开始TH1=H_1;TL1=L_1; /设置T1的高低8位 if(+times_1=20) /若达到1stimes_1=0; /重新计

54、次 status=1; /完成测量 TR1=0;TR0=0; /关闭T0、T1 DPL=TL0; /计数量的低8位 DPH=TH0; /计数量的高8位 N=DPTR; /计数量放入N变量 /中断子程序结束/测量函数void measure_v（void） /测量子函数开始IE=0x8a; /启用T0、T1 TMOD=0x15; /T1为定时器T0为计数器 TH1=H_1;TL1=L_1; /设置T1的高低8位 TH0=0;TL0=0; /设置T0归0 TR0=1;TR1=1; /启动T0、T1 v=0.03*N； /计算车速 /测量函数结束/串行口通信函数void Send(v) /通信函数开

55、始SMOD=1; /波特率加倍 SCON=0x90; /设定为mode2 SBUF=v; /将速度v送入串行口数据缓冲器 while(TI=0); /检查是否完成发送 TI=0; /清除标志位 /通信函数结束/*测距子系统程序*/ /声明区#includesbit speaker=P22；/*T1定时相关声明*/ #define count 5000 /T1的计数值为0.05s#define H_1 (65636-count)/256 /T1计数高8位#define L_1 (65636-count)%256 /T1计数低8位char times=0; /计算T1的中断次数/*声明基本变量*/bit status=1; /状态标志位unsigned