基于单片机的汽车防撞报警专业系统设计.doc
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1、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
2、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ABSTRACTAutomotive industry and the electronics industry is the industrys two
3、 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 technol
4、ogy 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 emerg
5、e 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
6、 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 fo
7、rward 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11.1课题提出及意义11.2课题研究现实状况11.3课题研究内容和预期目标22.1设计方案选择42.2
8、设计方案总体结构52.3汽车防撞报警系统工作原理113 汽车防撞报警系统硬件设计133.1单片机选型143.2 DSP芯片选择153.3发射前端电路153.4中频放大电路153.5 A/D转换电路163.6 LED显示电路163.7声光报警电路173.8电磁铁减速单元模块电路183.9电源电路设计194 汽车防撞报警系统软件设计214.1 主程序214.2控制程序步骤设计235 结论265.1 硬件调试265.2 软件调试265.3仿真试验275.4 测试结果295.5设计存在不足295.6 总体结论29附录311.汽车防撞报警系统硬件整体电路图312.汽车防撞报警系统软件程序32参考文件39
9、致谢401 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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、。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
15、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
16、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
17、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110mm内电磁波。利用了毫米波雷达测距方法,其原理
18、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
19、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。
20、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
21、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
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