朱立宗+姚志明+許凌志

摘 要：利用紅外雷達，及超聲波，毫米波等雷達測距及攝像頭探測汽車前方路況并實時反饋給ECU，由ECU判斷前方障礙物的距離，同時車內(nèi)攝像頭判斷駕駛員是否注意路況，結(jié)合兩者情況并進行監(jiān)控，實現(xiàn)防碰撞的功能。

關(guān)鍵詞：汽車；防碰撞；系統(tǒng)；設(shè)計制作

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.177

0 引言

隨著汽車行駛速度的提高，道路交通的復(fù)雜化，以及雨雪霧等復(fù)雜天氣的影響，對于行車安全出現(xiàn)了越來越多的隱患。本設(shè)計采用紅外雷達，超聲波，納米波等雷達及攝像頭探測前方路況，同時車內(nèi)攝像頭檢測駕駛員駕駛狀態(tài)的防碰撞系統(tǒng)，既可以減少交通事故，又可以減少誤剎率。

系統(tǒng)的組成與工作原理：

1 系統(tǒng)的組成

汽車防碰撞系統(tǒng)的組成部分：超聲波毫米波等測距雷達收發(fā)模塊以及紅外側(cè)面及后方雷達預(yù)警模塊：完成雷達信號的發(fā)送和接收；數(shù)據(jù)采集調(diào)制模塊：實時的采集回波信號 ，并且進行相應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，以供信息處理系統(tǒng)的使用；信息處理模塊：ECU接收來自數(shù)據(jù)采集調(diào)制系統(tǒng)的信息，并且進行數(shù)據(jù)分析，從而判斷行駛安全性；聲光報警顯示模塊：主要是兩種測距雷達，即毫米波測距雷達、超聲波測距雷達，雷達產(chǎn)生所需的波頻信號 ，通過聲音和燈光報警 ，根據(jù)不同的安全情況 ，進行報警 ，并且對相應(yīng)信息進行顯示 ；輔助制動模塊：控制電子制動器、離合器等，在緊急情況下輔助駕駛員制動汽車，同時安全帶預(yù)緊裝置工作，保護駕駛員；傳感器模塊 ：通過汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳感器 、油門踏板位置傳感器 、制動踏板位置傳感器、溫度、速度等傳感器綜合感知汽車行駛狀態(tài)，同時采用室內(nèi)駕駛員監(jiān)控攝像頭判斷駕駛員的頭部轉(zhuǎn)向及眼睛打開程度來判斷駕駛員是否進入疲勞駕駛，從而減少誤警率和虛警率；路況選擇控制模塊 ：主要包括系統(tǒng)開關(guān)和路況模式選擇開關(guān)，控制系統(tǒng)開閉和不同路況模式的選擇，以及輸入鍵盤進行路況控制。

2 系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)由超聲波測距雷達，納米波測距雷達測量前方障礙物的實時距離，攝像頭判斷前方道路行人的情況，紅外測距雷達測量障礙物的距離，車內(nèi)攝像頭采集駕駛員頭部轉(zhuǎn)向及眼睛打開程度，以及通過油門踏板位置傳感器，制動踏板位置傳感器，判斷駕駛員的駕駛狀態(tài)，所有雷達及探頭采集到的信息反饋給ECU，通過預(yù)先設(shè)定的標準值存于ECU中，判斷所反饋的信息是否超過標準值，超過后系統(tǒng)將做出相應(yīng)的聲光報警或采取緊急制動措施，系統(tǒng)根據(jù)速度的快慢，決定制動力矩的大小，從而達到更好的制動效果

3 系統(tǒng)的控制

（1） 硬件控制系統(tǒng)的組成，主要由控制核心MCU宏晶公司生產(chǎn)的STC89C52。該芯片具有價格低廉，性價比高的優(yōu)點，足以應(yīng)對該系統(tǒng)的需求。

MCU根據(jù)測距模塊輸入的信號進行處理，與系統(tǒng)的標定值進行比較對比，計算測距模塊輸入的信號是否超過標定值，根據(jù)超出的百分比進行相應(yīng)的控制信號輸出，當測距模塊輸入的數(shù)值超過標定值，系統(tǒng)開始出現(xiàn)警示燈亮，當該數(shù)值超過標定值的百分之五進行蜂鳴器的報警，當輸入數(shù)值超過百分之十，人體的剎車反應(yīng)無法趕上碰撞之前把車剎停的一個數(shù)值時，系統(tǒng)進行自主剎車，同時系統(tǒng)將根據(jù)速度的快慢進行不同力矩的剎車，只要駕駛員有踩剎車的動作，系統(tǒng)將會停止剎車，由駕駛員來完成。

（2）軟件系統(tǒng)的設(shè)計，汽車啟動，程序初始化，判斷車速是否到達監(jiān)控模15km/h，判斷汽車與前方障礙物的距離，是否小于安全距離D1，小于安全距離D1汽車制動，當踩下剎車，程序松開自動剎車。車速到達15km/h進入監(jiān)控模式二、當汽車進入安全距離時，汽車警示燈閃爍，當汽車進入制動安全距離，系統(tǒng)產(chǎn)生制動力。軟件程序圖如圖3所示。

4 數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)采用HY-SRF05超聲波模塊用于側(cè)方位測量，由于實驗條件有限使用的是模型車，所以不采用毫米波雷達。模塊工作原理：采用IO觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號；模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間.測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2；本模塊可提供全套測距程序：C51，PIC18F877，超聲波LCD1602顯示，超聲波LCD12864顯示，數(shù)碼管顯示，串口顯示等，測距參考程序。攝像頭采用行車紅外攝像頭。

5 系統(tǒng)執(zhí)行模塊

執(zhí)行模塊由蜂鳴器，LED等，步進電機組成，步進電機驅(qū)動制缸完成制動任務(wù)。步進電機采用QS-M42 伺服電機監(jiān)控電機搭載的編碼器的反饋調(diào)整電流值，因此即使在急劇的負載變化或急加速時也不會失步，可持續(xù)運轉(zhuǎn)，可在低速區(qū)域內(nèi)輸出高轉(zhuǎn)矩，因此可用于頻繁實施急加速急停的高速寸動動作及旋轉(zhuǎn)臺控制。步進電機與指令同步動作，因此不存在對脈沖指令的響應(yīng)延遲。根據(jù)電機的負載狀態(tài)控制電流，大幅減少了步進電機所特有的發(fā)熱及振動。進行控制時，不必擔心發(fā)熱或振動，定位停止時無振蕩。

6 結(jié)束語

在設(shè)計的過程中，充分考慮了系統(tǒng)的可行性，及設(shè)備的工作性能等方面。采用超聲波，攝像頭等雷達來達到測距的目的，達到了實時監(jiān)測路況，近距離報警，安全距離內(nèi)剎車的功能，能夠?qū)ζ嚻鸬桨踩Ｗo作用。該系統(tǒng)操作簡單，工作穩(wěn)定，具有一定的實用性。

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本文系廣西科技大學(xué)2016年自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目《汽車防碰撞系統(tǒng)設(shè)計與制作》成果。

作者簡介：朱立宗（1980-），廣西貴港人，講師，主要從事載運工具運用工程、CAE、職業(yè)教育研究。