高玲玲　秦杰　李宇艦

摘要：以Arduino UNO為核心，描述了硬件設(shè)計(jì)原理及軟件框架，設(shè)計(jì)了汽車防撞智能語音系統(tǒng)。本系統(tǒng)由信息采集、決策、執(zhí)行三個(gè)部分組成。通過傳感器技術(shù)對(duì)汽車的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，根據(jù)汽車防撞算法，對(duì)采集的信息進(jìn)行檢測(cè)和處理，可有效減少汽車追尾事故。

關(guān)鍵詞：汽車防撞；傳感器；防撞算法

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）07-0211-03

交通事故的頻發(fā)值得關(guān)注，提高汽車安全性和降低碰撞發(fā)生的研究具有重大意義。本系統(tǒng)由信息采集、決策、執(zhí)行三個(gè)部分組成。通過傳感器技術(shù)搜集汽車的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用汽車防撞模型對(duì)信息進(jìn)行分析，得出決策方案。本文介紹了一種基于Arduino的傳感器信息采集系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)共分為兩層：感知層和應(yīng)用層。汽車防撞系統(tǒng)中，在感知層由各種傳感器構(gòu)成，單片機(jī)負(fù)責(zé)處理感知層獲取的信息，得到最終決策。在應(yīng)用層采用汽車防撞算法，根據(jù)本車行駛速度計(jì)算出汽車與前方障礙物之間的安全距離，當(dāng)汽車與障礙物之間的距離小于安全距離時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出語音報(bào)警信號(hào)，提醒司機(jī)并預(yù)剎。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于ARDUINO UNO的汽車防撞智能語音系統(tǒng)由六大部分組成：超聲波傳感器HC-SR04， U型測(cè)速器，L298驅(qū)動(dòng)電機(jī)，紅外對(duì)管循跡傳感器，ARDUINO UNO單片機(jī)和語音模塊。

2.1超聲波測(cè)距模塊

2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

ARDUINO UNO 主控板電流小，無法帶動(dòng)電機(jī)工作，本設(shè)計(jì)選擇了L298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)板?？沈?qū)動(dòng)2個(gè)直流電機(jī)，有4個(gè)控制端口，DIRA、DIRB端口是用于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的正反向；PWMA、PWMB端口是用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、停止的操作。

2.3循跡模塊

循跡模塊采用的是LM339N將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)和紅外對(duì)管用于檢測(cè)車輛是否偏離軌道。根據(jù)紅外線對(duì)不同顏色反射特性，我們將軌道做成黑色，其他地方為白色。當(dāng)汽車行駛時(shí)，根據(jù)紅外對(duì)管反射的電壓情況，即可判斷小車是否在軌道上。小車偏離軌道，發(fā)出警報(bào)。

2.4測(cè)速模塊

本設(shè)計(jì)采用的是光電碼盤測(cè)速。采用中斷的方式對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量。通過記錄兩個(gè)外部中斷，記錄碼盤觸發(fā)的次數(shù)，碼盤為20線，通過這個(gè)計(jì)算車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。再通過定時(shí)器中斷，計(jì)算出小車的速度。定時(shí)中斷設(shè)置為1秒。當(dāng)每次碼盤鏤空處通過U型測(cè)速模塊，都會(huì)觸發(fā)外部中斷，設(shè)置l_wheel，r_wheel分別對(duì)左右車輪進(jìn)行計(jì)數(shù)。速度的計(jì)算公式如（2）所示，小車車輪直徑為65mm，n是l，r的數(shù)值，是碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。

2.5語音模塊

ASR Board是一款強(qiáng)大的非特定人語音模塊，可設(shè)定要識(shí)別的關(guān)鍵詞，不需要事先訓(xùn)練和錄音，是一個(gè)高效的語音識(shí)別控制模塊。在本設(shè)計(jì)中，使用該模塊的播放功能。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1軟件流程圖

3.2車輛防撞算法

本設(shè)計(jì)通過實(shí)時(shí)測(cè)量本車與前方障礙物的距離s，并將與本車的制動(dòng)距離d進(jìn)行比較，依此判斷小車是否有碰撞危險(xiǎn)。

計(jì)算安全距離時(shí)，為了確保安全，在制動(dòng)距離的計(jì)算，增加5%～10%數(shù)值計(jì)算，以確保行車安全，汽車安全距離的一般經(jīng)驗(yàn)公式d*如（3）所示，η為系統(tǒng)調(diào)整系數(shù)，為汽車的實(shí)時(shí)車速，t是駕駛員的反應(yīng)時(shí)間，φ是車輛的輪胎與道路的附著系數(shù)。在本設(shè)計(jì)中，反應(yīng)時(shí)間取值1.64s，地面附著系數(shù)取0.65，系統(tǒng)調(diào)整系數(shù)取值為1.10。

4結(jié)束語

設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于ARDUINO UNO的汽車智能語音防撞系統(tǒng)。采用了最小安全報(bào)警距離的危險(xiǎn)估計(jì)算法。實(shí)現(xiàn)了在危險(xiǎn)情況下的預(yù)剎功能，汽車軌道偏離功能有效降低了酒駕及疲勞駕駛所帶來的危害。并根據(jù)不同情況對(duì)駕駛員語音提醒，提高汽車在行車過程中的安全，減少乃至杜絕交通事故的發(fā)生。

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