基于单片机的汽车防撞报警专业系统设计.doc

泰 山 学 院
本 科 毕 业 设 计

基于单片机汽车防撞报警系统设计

所 在 学 院 机械和工程学院
专 业 名 称 机械设计制造及其自动化
申请学士学位所属学科 工 学
年 级 二〇一一级 (3+2)
学生姓名、学号 王俊基 170233
指导老师姓名、职称 张秀红 讲师
完 成 日 期 5月30日
摘要
汽车业和电子业是工业界两大巨头，伴伴随汽车和电子工业不停地发展和进步，在现代化汽车上，越来越广泛地应用了电子技术，汽车电子化程度愈来愈高。现在交通运输业向着高密度方向发展，电子方面控制技术也深入地应用在了汽车行车安全性和导航方面。
伴随社会不停发展和进步，家庭汽车数量越来越多，交通事故也和日俱增，交通安全愈来愈引发大家重视，汽车防撞报警系统也应运而生。
本文以AT89S51单片机为关键，设计汽车防撞报警系统，且借助于DSP技术，实现了低成本、高精度测距测速功效FMCW(调频连续波)防撞雷达设计方案，同时还利用电磁铁同性磁极排斥原理主动减速，达成防撞效果。该防撞报警系统以毫米波雷达为目标探测方法，提出了一款多功效汽车防撞报警系统。
该系统适应性强，有宽广应用空间，当然还有待于深入开发。
关键词：AT89S51单片机，DSP,电磁铁，毫米波雷达
ABSTRACT
Automotive industry and the electronics industry is the industry's two giants, along with the automotive and electronics industries continue to develop and progress in the modern car, more and more widely used in the electronics, automotive electronics higher and higher degree of . Now transport direction is toward high-density development, electronics control technology is further used in the car driving safety and navigation.
With the continuous development and progress of society, more and more family vehicle, traffic accidents also grow with each passing day, traffic safety is paid more and more attention, the automobile anti-collision alarm system also emerge as the times require.
This paper takes AT89S51 microcontroller as the core, anti-collision alarm system design of automobile, and with the help of DSP technology, to realize the low cost, high precision ranging measurement function of the FMCW (frequency modulated continuous wave) radar design, but also the principle of electromagnet magnetic poles repel the deceleration, achieve the collision effect. The collision warning system in millimeter wave radar for target detection, while expanding the tracking and recognition to the target, the track-while-scan radar target detection theory, put forward collision warning system is a multifunctional automobile.
The system has strong adaptability, broad application space, of course, also need to be further developed.
Key words：AT89S51microcontroller, DSP, electromagnet, millimeter wave rad
目录
1 引言 1
1.1课题提出及意义 1
1.2课题研究现实状况 1
1.3课题研究内容和预期目标 2
2.1设计方案选择 4
2.2设计方案总体结构 5
2.3汽车防撞报警系统工作原理 11
3 汽车防撞报警系统硬件设计 13
3.1单片机选型 14
3.2 DSP芯片选择 15
3.3发射前端电路 15
3.4中频放大电路 15
3.5 A/D转换电路 16
3.6 LED显示电路 16
3.7声光报警电路 17
3.8电磁铁减速单元模块电路 18
3.9电源电路设计 19
4 汽车防撞报警系统软件设计 21
4.1 主程序 21
4.2控制程序步骤设计 23
5 结论 26
5.1 硬件调试 26
5.2 软件调试 26
5.3仿真试验 27
5.4 测试结果 29
5.5设计存在不足 29
5.6 总体结论 29
附录 31
1.汽车防撞报警系统硬件整体电路图 31
2.汽车防撞报警系统软件程序 32
参考文件 39
致谢 40

1 引言
1.1课题提出及意义
伴随大家生活水平不停提升，中国汽车保有量逐年增加，各类交通事故频频发生，其中汽车碰撞事故占大部分，所以汽车防撞报警是亟待处理问题。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0.5秒内得到预警，就最少能够避免60%追尾事故，30%迎面碰撞事故和50%路面相关事故。假如有一秒钟“预警”时间将会避免90%交通事故[1]。若在恶劣天气条件下，能见度低，视距小，汽车高速行驶时极难发觉前方障碍物并立即制动[2]。从经济方面，中国桥梁、高速公路等运行受天气影响较大，为保障汽车运行安全，碰到恶劣天气时就以限制车速或关闭道路来达成安全目标，这么将影响道路经过能力, 除了造成巨大经济损失外, 使原来拥挤道路愈加阻塞。
在过去二三十年里，大家关键把精力集中在汽车被动安全性方面研究。比如：在汽车前部或后部安装保险杠、在汽车外壳周围安装某种弹性材料、在车内相关部位安装安全带及安全气囊[3]，以减轻汽车碰撞带来伤害。全部这些安全方法全部不能从根本上处理汽车发生碰撞时造成问题。汽车碰撞关键原因是因为汽车距障碍物距离太近而相对速度太高造成。所以，大力研发汽车防撞报警装置等主动式汽车安全装置，降低驾驶员负担和判定错误，对于提升交通安全起到关键作用。显然，这类产品研发含有极大现实意义和宽广应用前景。多年来汽车自动调速[4]、防撞、监测、自诊疗、导航系统得到了广泛应用。
1.2课题研究现实状况
交通事故含有不可预知性，为降低其发生数，优化日常交通秩序，怎样愈加好地利用已经有计算机和信息技术，提升道路交通安全和效率成为了中国外研究热点。大家普遍认为80年代后开展智能化交通系统研究是处理各类交通安全问题有效路径[5]。智能化交通系统把信息技术[6]、电子控制系统、通讯数据传输系统和计算机处理系统愈加合理地应用在运输管理体系里[7]，使得人、车、路和环境协调统一，建立起了一个正确、实时、高效综合运输管理系统[8]。视觉系统对智能化车辆起到了环境探测和辨识作用[9]。同其它传感器比较，机器视觉信息检测量大，以目前条件来处理问题，会造成系统实时性较差[10]。经过计算车辆和目标之间相对距离，并利用自适应滤波对检测数据进行对应处理，降低了环境所造成检测误差[11]。
汽车防撞报警系统对提升汽车行驶安全十分关键。从1971年始，在中国外相继出现了超声波、雷达、激光、机器视觉、红外和交互式智能化等防撞报警系统研究或产品。近几十年，美、日、西欧各国汽车制造企业投入了巨款，相继成功地研究出了单脉冲雷达系统和调制连续波雷达系统。以上两种体制下雷达防撞报警系统已应用在了国外一些汽车企业高级汽车中，但因为其成本较高而并未得到愈加广泛利用[12]。近些年来，价格低廉且高性能DSP芯片已经出现，其推进汽车防撞报警雷达技术研究和发展更上一步，使得汽车防撞报警雷达系统能够在一般汽车中得到应用和普及。
因为受到经济技术水平等原因影响，中国在汽车防撞报警技术上研究起步较晚。所以,相对于国外防撞报警系统研究水平，中国车用防撞报警系统研制水平仍然较低。但在这方面研究已经得到业界高度重视。
同时，伴随汽车制造产业竞争日趋猛烈，用户对汽车各项技术要求愈来愈高，愈来愈多样化。相同价位汽车若拥有功效越强大，就越能占领市场，引领汽车产业发展趋势。传统汽车防撞报警系统因为仅含有单一防撞报警功效，而不能满足市场需求，所以需要拓展其它功效，如对目标跟踪和识别功效等，一旦加入这些功效，势必会增加研发成本，不利于参与市场竞争。发展汽车防撞报警技术，对于提升汽车智能化有着关键意义[13]。
1.3课题研究内容和预期目标
本文志在研究一个新型多功效汽车防撞报警系统。它含有传统防撞报警系统预警功效，又有新功用。现在，中国外利用到汽车上防撞报警系统关键
是“以车辆为中心”，研究大部分全部集中于环境信息感知、安全距离判定和报警方法等方面。本文将设计了一款多功效新型汽车防撞系统，使系统在未增加太多成本基础上，改善传统防撞报警系统功效过于单一缺点，使汽车防撞报警系统多功效化，有利于汽车产业发展。已经有防撞报警系统关键是依据测定结果，经过语音来提醒驾驶员人为地减速达成了安全行驶目标；但高速行驶中汽车含有很大惯性，刹车距离会较长，完全依靠驾驶员人为减速，尤其是当司机疲惫或无法集中自己注意力时，极难达成很好安全行驶效果。所以，本文添加了自动辅助减速防撞装置，使汽车能自主提前减速，以达成安全驾驶目标。此设计以AT89S51单片机为主控单元，用毫米波雷达测距，当汽车和其它汽车或障碍物距离小于设定安全距离时，就开启语音报警装置，提醒司机减速，同时开启电磁铁减速装置。此装置成本低，设计简单，能够起到辅助减速目标。2 汽车防撞报警系统总体设计
2.1设计方案选择
现在汽车防撞报警系统目标探测方法关键包含激光、超声波、红外等，不一样目标探测方法工作过程和工作原理不一样，但它们关键目全部是经过返回探测信息判定车辆和本车间相对距离，依据两车车距危险性程度做出预防方法。
下面对不一样探测方法进行介绍和比较。
1.激光探测方法
激光含有单色性高，方向性和相干性好等优点，所以激光波束含有近似直线性，扩散少，波速能量集中，传输距离远等特点。汽车防撞报警系统采取激光探测技术工作原理: 首先本车装备激光雷达，其发射激光波束照射到前车反光镜，然后测定反射回来激光波束抵达时间，依据激光波束从发射到返回时间差来判定两车距离。
激光测距精度高，技术上已经有了很大进步。但在汽车防撞领域，其应用含有不足，因为激光测距方法受到天气情况、车辆震动及反光镜表面磨损、污染等原因影响较大，测距精度极难确保。所以在汽车防撞领域该测距方法没得到应用。
2.超声波探测方法
超声波是一个特殊声波，含有反射、折射等声波传输过程中基础物理特征，而超声波测距就是利用了其反射物理特征，其工作原理和声纳回声定位原理相同。产生超声波发射器不停地发射出某频率下超声波，当碰到了被检测物体后被反射，而超声波接收器会接收到反射来信号，并将其转变成电信号，再测量出发射波和反射波之间时间差值，依据声速就可求出距离。而超声波测距存在一个大问题即探测距离较短，而且会受到天气状态影响，所以超声波测距在像倒车雷达近距离测距等方面应用较广。
3.红外线探测方法
红外线测距工作原理和激光、超声波测距相同，全部是依据发射波和反射时间判定目标物距离，而红外线测距方法在技术从面上难度并不大，组成测距系统成本低廉，但在恶劣气候和长距离探测方面还是不能满足车辆防撞报警目标。
4.毫米波探测方法
毫米波即波长在1~10mm内电磁波。利用了毫米波雷达测距方法，其原理和以上多种测距方法相同，但却能克服其它多个探测方法不足。
对于毫米波雷达而言，其关键特征是:
1) 探测性能比较稳定。毫米波雷达不受被测体表面形状和颜色等影响；对于大气气涡、紊流等现象含有良好适应性。
2) 对于环境适应性强。毫米波含有较强穿透能力，它测距精度受到雾、雨、雪和阳光等天气原因和噪音、污染等环境原因影响比较小，能够确保汽车在任何天气情况下全部能正常地运行。从上述比较能够发觉毫米波雷达测距方法比其它方法含有更高优越性，它能够适应车辆防撞报警系统需求。其次，利用毫米波雷达测距方法，不仅能够测量出目标距离，而且还能够测量出目标体多种参数，如相对速度和方位角等，这使汽车能够在恶劣气候条件里达成盲行目标。另外，在测量条件相同情况下，若使用毫米波雷达，就会含有结构比较简单、分辨率高和天线部件尺寸小优点。
所以本文选择毫米波雷达为测距方法，能够很好实现防撞报警系统功效，同时也能够实现其它功效。
2.2设计方案总体结构
本系统利用DSP技术高密度算法能力[14]，其对反射信号可进行快速处理，并正确计算出两车间相对速度和相对距离，然后将其同传感器实时检测行车速度和制动次数传送给AT89S51，实时正确判定行车安全状态。利用AT89S51控制信号优势，并将判定结果经过控制报警信号显示，传达给司机，达成监测行车安全目标。同时，安装在车前和车后电磁防撞装置也会起到作用，即使司机没有采取方法，也会自动减速制动。其整体设计框图图1
信号发射/接 收单 元

传感器单元

回波信号放大、滤波 单 元

A/D转换单元
主控单 元
DSP模 块

电磁铁减速单元
报警显示单元

图1 整体框架图
汽车防撞报警系统整体设计分为传感器单元，主控单元，信号发射/接收单元，回波信号放大、滤波单元，A/D 转换单元，DSP 模块，报警显示单元，电磁铁减速单元等8大模块。
1. 传感器单元
关键包含车速传感器、制动开关和节气门位置传感器等。车速传感器选择了霍尔传感器来测量速度；制动开关和节气门位置传感器用来测量司机每10s内动作次数，测定节气门曲线信息，确定司机驾驶特征[15]，提升了系统正确性和实时性。
2. 主控单元
其功效关键是统计并分析周围车辆或障碍物信息和本车信息，依据系统安全车距建立数学模型，而且在获取多种传感器信息基础上，对全部获取信息进行计算处理及分析，实时判定车辆行驶时安全状态，而且把处理结果发送给报警显示模块单元，判定是否发出报警，提醒驾驶员采取对应方法。同时主控单元也会控制电磁铁减速单元采取辅助减速方法，达成减速制动目标，确保驾驶员行车安全。
3. 报警显示单元
该单元由发光二极管、蜂鸣器和LED液晶显示器组成，当主控单元经过数据分析确定存在安全隐患时，就会产生中止信号传输给三极管，并驱动蜂鸣器发出报警声，提醒驾驶员采取必需方法，确保行车安全。同时系统显示装置中发光二极管闪烁，LED液晶屏显示出相对距离和危险状态。
4. 信号发射/接收模块单元
DSP编码产生三角波电压，其控制压控振荡器(VCO)，产生了调频连续波信号经过天线向外发射。本系统利用毫米波雷达回波信号测量车辆距离和速度，对于发射信号频率稳定性和线性度要求较高，所以采取了集成微波组件看成发射/接收模块单元。将回波信号和发射波信号混频，得到了中频差拍信号在输出。
5. 回波信号放大、滤波模块单元
实际情况下发射/接收单元发射功率小，所以当信号波在空气中传输时候，会快速减弱，抵达了目标而且反射回来雷达回波信号功率也会较小，所以需要进行放大才能完成后续任务。回波信号要经过高增益对数放大器放大信号，再经过了隔离、滤波和放大信号后送至数模转换器。
6. A/D转换单元
我们用到DSP系统不识别模拟信号，只能对数字信号进行分析和处理。所以我们需要将模拟信号转换成数字信号，在要求时间里将模拟信号处于某一时刻内幅度值变换成一个相对应数字信号数据，最终把该数据送达DSP系统进行对应处理。
7. DSP模块单元
1）DSP系统产生调制信号会使得压控振荡器进行工作，并产生出调频连续波向外发射。调制信号为一系列调制三角波。图2所表示：它表示是理想三角波，其最大幅度是5V，周期是1000us。但该三角波实际直线性也不是太理想，我们能够采取平滑技术方法来改善调制波信号直线性。
V

5

0 2T t
图2 理想三角波
2）压控振荡器经过调制向外发射一系列三角波，其回波信号亦是三角波，二者关系图3所表示:

f

fu
fi(t-)
fc fi(t+)

fL
T 2T 3T F
图3 对比图
图中：T是调制周期，fc是载波中心频率，K为斜率，τ为延迟时间
3)确定信号频率和信号频谱分析。信号频谱分析关键包含FFT法和非FFT法。FFT法即对分析信号进行傅立叶变换，就是从时域变换到频域，在频域内进行分析，必需时要经过傅立叶逆变换，变回到时域分析方法。非FFT变换方法就是经过其它某种路径，取得信号频率参数方法，像最大熵法，各有千秋。经过综合考虑方法多种特征，对于毫米波雷达而言，我们应首选FFT法，对DSP系统来说，FFT法较成熟，轻易实现预期目标。
4)DSP系统直接控制步进电机来实现天线扫描工作，从而得到了障碍物相对于毫米波雷达方位信息。天线扫描角度不是360度，而是依据给定角度，不停循环。
DSP系统会经过某个方波信号控制扫描方向，方波信号在高电平时从左向右扫描，低电平时从右向左扫描。而DSP系统经过另一个延迟方波信号确定天线扫描位置，高电平表示天线在右边区域，低电平表示天线在左边区域。
8.电磁铁减速单元
汽车防撞关键包含正面防撞和追尾防撞两类，每一个方法除包含同一车道上相撞外，还可能存在和其它车道上车辆左、右侧相撞，具体示意图图4。
甲车电磁铁减速单元

甲
车
行
驶
方 车头 N极
向 排
斥
乙 力
乙车电磁铁减速单元
车 车头 N极
行
驶
方
向

a 正面防撞图

甲车电磁铁减速单元
甲
车
行
驶
方
向 车尾 N极
排
斥
力
乙 车头 N极
乙车电磁铁减速单元
车
行
驶
方
向
b 追尾防撞图
图4 示意图
图4(a)表示甲车和乙车相向行驶示意图，两车车头防撞装置中毫米波雷达测距单元不停监测两车距离，当系统检测到两车车头距离达成了事先设定极限距离时，就会开启各自车头中电磁铁减速单元，图4，电磁铁全部作为N极出现，两车之间会产生排斥力，达成辅助自主减速目标，从而起到预防车辆正面相撞效果。
图4(b)表示甲车和乙车同向行驶情况，若存在车辆追尾风险，即乙车车速较快时，乙车车头和甲车车尾防撞装置中毫米波雷达测距单元检测到两车车距小于事先设定极限距离时，分别向各自主控单片机发出信号，主控单片机立即下达开启电磁铁减速单元指令，使乙车车头和甲车车尾中电磁铁减速单元工作，立即乙车车头和甲车车尾中磁极设为N极，所以就产生了排斥力，起到减速效果，使两车避免了追尾事故发生。
同理，除了图4中(a)和(b)两种情况外，安装在车辆左右两侧毫米波雷达能够探测到相邻车道中车辆，实时检测车距，并发送信号给主控单元，当车距达成预设极限值时，开启电磁铁减速装置，也就起到了左右侧防撞效果。
经过毫米波雷达测得相邻汽车之间距离，结合主控单片机，同事先设定极限距离作比较后，假如得到距离过近结果，主控单片机开启语音报警单元和电磁铁减速单元，首先提醒驾驶员减速，其次利用同名磁极相互排斥进行自主减速，起到了汽车防撞目标。
2.3汽车防撞报警系统工作原理
我们依据测距原理不一样将毫米波雷达测距方法分为脉冲雷达测距方法和调频连续波雷达测距方法两种。
1. 脉冲雷达测距
脉冲测距原理(图5所表示) 是经过检测发射脉冲信号和目标反射信号之内时间差τ，在结合了毫米波传输速度，计算出两车车距R[16]。
（C为光速） （公式1）
脉冲雷达测距方法原理简单，关键工作是判定出发射信号和反射信号间时间差，但在具体技术实现方面存在着一定难度。其关键问题是：对脉冲雷达测距系统来说，当和目标物距离较近时，可知发射脉冲信号和接收脉冲信号间时间就会很小，这就要求系统必需应用高速信号处理技术，也就使近距离测距变得很复杂，使成本大幅上升。所以该测距方法实用性不强。
2. 调频连续波雷达测距
和脉冲雷达测距相比，调频连续波雷达测距含有发送功率低，信号处理复杂度低和成本低优点。现在汽车防撞报警系统研究中正得到了越来越广泛利用。所以，本文将以调频连续波雷达作为测距方法。
1）测距原理
雷达系统会经过天线来向外发射出一系列连续调频毫米波，然后，接收目标物反射来信号，而且发射波频率会随时间根据调制电压规律而改变。而反射波和发射波形状相同，不一样点是有一个延迟时间τ，τ和目标物距离R关系也可用公式1来表示。
2）测速原理
当反射信号来自一个相对运动物体，反射信号波中就包含一个由目标物相对运动所产生多普勒频移fd。那么依据多普勒原理，目标物相对速度可用式（2）表示：
v= （公式2）
公式中f0是发射波中心频率，λ是发射波波长
发射信号

前方车辆

接收信号

T
图5 示意图
车辆在行进过程中，车辆四面防撞装置中毫米波雷达测距单元处于工作状态，当雷达检测到本车和其它汽车或障碍物距离小于预设安全距离时，系统会发送信息到主控单片机，主控单片机会发送对应指令到语音报警单元以提醒驾驶员采取对应方法，同时车辆电磁铁减速单元将收到主控单片机开启指令，汽车间对应电磁铁减速单元将快速开启，电磁铁减速模块单元可全部设定为同名N极，因为同名磁极相互排斥，使汽车能够自主减速，有效避免了汽车相撞事故发生。假如未达成预设距离，那么电磁铁单元不会开启，汽车处于正常行驶状态，此时毫米波雷达测距单元处于监测状态。

3 汽车防撞报警系统硬件设计
本文设计汽车防撞报警系统包含传感器单元，主控单元，信号发射/接收单元，回波信号放大、滤波单元，A/D转换单元，DSP模块，报警显示单元，电磁铁减速单元等8大模块。其电路设计包含了：电源电路设计、LED显示电路设计、声光报警电路设计、电磁铁减速电路设计等。经过这些设计不仅能实现声光报警，而且还能实现主动电磁铁减速，达成了防撞报警和降低交通事故发生率目标。本文所设计系统，其硬件结构比较复杂，图6，是其硬件系统结构框图。
天线
VCO
环形器

调制三角波
混频器
步进电机

中频信号

A/D

LED

主控 单元
DSP

复位电路

电磁铁减速单元
I/O
SPI
SPI
I/O

信号调理电路
节气门位置传感器

电源管理

速度传感器

蜂鸣器
ROM

图6 硬件框架图
3.1单片机选型
和其它单片机相比，AT89S51单片机是一个功耗低、性能高CMOS 8位单片机，内部含有8位微处理器，128B RAM，4 KB Flash ROM，4个8位可编程并行I/O口，1个全双工异步串行口，2个可编程16位定时器/计数器，1个看门狗定时器，中止系统有5个中止源、5个中止向量，26个特殊功效寄存器，低功耗节电模式有空闲模式和掉电模式，3个程序加密锁定位。片内4 KB ISP可反复读写1000次，其采取了ATMEL企业高密度、非易失性存放技术，兼容了标准MCS-51指令系统和80C51引脚结构，芯片内部集成通用8 位中央处理器和ISP Flash 存放器单元。所以，AT89S51单片机能够为多个嵌入式控制应用系统提供了高性价比处理方案。图7所表示。

图7 AT89S51引脚图
和AT89C51单片机相比，其含有优点是：
（1）新增了在线可编程功效，灵活在线编程方法使得现场编程调试和修改愈加方便灵活。
（2） 其将数据指针添加到了两个，便于对片外RAM访问过程。
（3） 新增了看门狗定时器，提升系统抵御干扰能力。
（4） 增加掉电标志。
（5） 增加掉电状态中中止恢复模式。
3.2 DSP芯片选择
本文DSP芯片选择了TI企业32位定点数字信号处理器TMS320F2812[17]芯片，此芯片功耗低(内核是1.8V，I / O口电压是3.3 V) ，其能够有效降低了可携带式系统功耗; 此芯片也含有1个高速、同时串行外设接口SPI，其能够和AT89S51单片机连接，并进行数据通信工作。AT89S51单片机采取5V工作电压，端口I/O引脚可许可 5 V输入信号电压，每一个I / O口全部和SPI总线连接。
3.3发射前端电路

图8 发射前端电路
图中，电容C1、C2和电感L1组成了LC整流滤波部分，IN4742稳压管D1就起到了稳压保护作用。
3.4中频放大电路

图9 中频放大电路
图中Q1、R2和R3组成基础共射放大；稳压管D1起到保护作用；C1隔离直流；C2和R2起到电压负反馈作用。
3.5 A/D转换电路

图10 A/D转换电路
3.6 LED显示电路
本文所设计系统显示模块是采取了LCD显示其测距数值。TC1602显示容量是2行（也就是16个字）。液晶显示器优点是功耗较低、体积较小、显示内容比较丰富、厚度超薄、适用较方便等。其和数码管比较，显得愈加专业和美观。本文从价格从面上来考虑，采取了数码管来显示。数码管包含共阴极数码管和共阳极数码管两类，本文设计系统中采取了共阴极数码管，它工作原理是：公共端应接地（即低电位），然后在给a~h各段赋上高电位，那么就能够显示不一样数值了。AT89S51单片机经过P0端口输出了数字50二进制代码，也就给数码管设置了段值，再经过P2口把数码管置于位选通，那么数码管就能显示出了设置安全极限距离50cm。
其原理是：当P2.4～P2.7端口是高电平，则三极管就截止，S1～S4是低电平，则数码管就位选通；当P2.4～P2.7端口是低电平，则三极管就导通，S1～S4是高电平，那么对于P2.4～P2.7端口给予了高电位或低电位时，可选择数码管不一样位亮来显示，图11所表示：

图11 数码管显示电路
3.7声光报警电路
本文设计报警电路包含NE555电路、发光二极管和扬声器（YSG）等三部分[18]，图12。当汽车和目标物之间距离大于其安全距离时，我们可知AT89S51单片机P2.2管脚输出是高电平，经过反相器抵达了NE555第4管脚时是低电平，那么NE555不工作，发光二极管也就不亮，扬声器也不发声。汽车和目标物之间距离小于其安全距离时，AT89S51单片机P2.2管脚输出是低电平，经过反相器抵达了NE555第4管脚时是高电平了，那么NE555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，和此同时，电容耦合滤除了直流分量使得扬声器发出了报警声音。

图12 报警电路
3.8电磁铁减速单元模块电路
图13是电磁铁驱动原理图，电磁铁是利用铁心线圈通电后产生磁力吸引衔铁来工作，当电源被切断时，电磁铁磁性也会随之消失了。电磁铁关键是由线圈、铁芯和衔铁等组成。本文装置采取了U型电磁铁作为了汽车防撞关键辅助设备，包含了1个U型铁芯，2个线圈和1个衔铁，在线圈面缠绕上塑料带表示线圈绕向，电磁铁之所以要做成U型是因为其能够使得磁感线在工件内部形成了通路，也就能增强排斥力。本文设计采取了车头和车尾统一装配U型电磁铁。车头和车尾N极和S极全部设置在同一侧，这就能够使两辆车在同向和相向行驶时全部产生排斥力。
当毫米波雷达测距单元检测到车辆或障碍物时，单片机P0端口对应管脚输出为低电平，那么在光耦芯片内部发光二极管就会发光，另外三极管由截止状态变成了导通状态，电源电压也就加到了电磁铁P7上面，电磁铁也就开始正常工作了。

图13 电磁铁减速单元模块电路
3.9电源电路设计
图14是系统电源转换电路示意图，该电源选择了TI企业专门为DSP芯片设计电源芯片单元TPS767D301，该芯片能够将 5 V电压转变成3.3 V数字电压、3.3V模拟电压和 1.8V数字电压，我们能够在电源芯片输入输出端并联上10 μF和0.1 μF电容，在3.3V数字电压和3.3 V模拟电压间添加了电感元件，改善了芯片瞬态响应性和稳定性。

图14 DSP电源电路
本文所设计电源模块是采取了LM7805三端稳压集成电路，采取LM7805三端稳压IC所组成稳压电源需要外围元件数极少，电路内部还含有了预防过流、过热和保护调整管电路。LM7805表示是输出电压是+5V。该电路利用了LM7805芯片，不仅生成了稳压电源，而且并联一个发光二极管和限流电阻，在有电流经过时，二极管就会发光；没有电流时，二极管不发光。能够实现对于电源检测工作，发觉电源供给问题。图15所表示。

图15 单片机电源电路

4 汽车防撞报警系统软件设计
本文在系统硬件构建了毫米波雷达测距基础功效后，那么系统软件所能实现功效就是系统功效怎样实现和数据处理和应用实现。依据上述系统硬件设计及其所能完成功效，本文系统软件能实现以下功效：
一、信号控制功效
如上所述，在硬件中完成了发射/接收电路、电源电路设计、LED显示电路、.声光报警设计电路、电磁铁减速单元模块设计。那么，在系统软件中就要完成增益控制、门控、发射脉冲、远近控制信号时序及输出。
二、数据存放功效
为得到发射信号和接收回波信号之间时间差，就要读出此刻计数器上计数值，存放到了RAM中，在每次发射周期开始时候，就需要对计数器进行清零处理，以备后续工作正常进行。
三、数据传输和显示功效
经过软件处理得到两车之间距离其显示输出是用三位LED表示。因为本文采取单片机AT89S51而且考虑到整个系统在实现其功效时控制步骤，那么整个系统软件就全部有AT89S51单片机汇编语言来实现。我们知道距离值得出和显示是由中止子程序来实现，所以在初始化发射程序以后就会进入了中止响应程序等候步骤。中止响应程序以后，原始数据会经过计数值和距离值换算子程序，并经过二进制和十进制转换子程序以后显示输出。系统软件功效包含主程序和中止服务程序。
4.1 主程序
当汽车防撞报警系统发出报警时，驾驶员在采取了对应方法以后，假如系统检测到车辆还是处于危险情境内，那么系统将会连续发出报警，直到车辆能够脱离危险范围，为了预防驾驶员操作失误或对危险情况估量不足等引发事故，系统并不设置抑制报警发出，这么能够增加了系统安全行驶性能。
图16是系统主程序步骤框图，程序会先将系统初始化( DSP、LED、AT89S51) ; 然后，在实时检测出V1、V数值，我们设定当V1＜30 km / h 时，那么车速就过小且不易发生碰撞，需要重新做出检测，而当V＜0时，那么就说明了前车正在远离本车，没有碰撞危险发生，不会给报警; 而当V1＞30 km / h，且V＞0时，系统会将DSP所得到数值V、R和AT89S51所得到数值S1、S2进行了逻辑上分析、比较，做出判定; 而当S2＜R＜S1时AT89S51单片机就会向I/O端口发出了中止信号，那么报警显示模块单元就会向驾驶员发出报警信号，且当R＜S2时会发出危险报警信号，不然就会返回，且重新初始化检测。

开始

系统初始

V1>30Km/h、V>0
N

Y
信号处理子程序计算V、R

计算V2，确定碰撞模型

计算安全距离S1、S2

提醒报警
S2<R<S1

Y

危险报警

R<S2
N
N Y
电磁减速

图16 系统主程序步骤框图
4.2控制程序步骤设计
本系统在初始化以后就开启了定时器T1，然后从0开始了计数。此时主程序就进入了等候，当抵达了65ms时，定时器T1溢出，就进入了T1中止服务子程序；那么在T1中止服务子程序里会开启了一次新毫米波发射，这时将开始在P1.0引脚上面产生出毫米波，同时也开启了定时器T0来计时，为避免其折射波绕射，就需要在延时1ms以后再开启INT0中止许可；当INT0中止许可开启以后，假如此时P3.2(INT0)引脚显示为低电平，那么代表其收到了回波信号。将会提出了中止请求，在进入了INT0中止服务子程序，本系统在INT0中止服务子程序里将会停止