淺析智能汽車防撞報(bào)警器的設(shè)計(jì)開發(fā)

艾楊　龐文鳳　左靜潔

【摘要】在當(dāng)下，智能技術(shù)高速發(fā)展，人們對(duì)智能汽車的安全性能極為重視。本文主要進(jìn)行的是一種汽車新型防撞系統(tǒng)的研發(fā)分析。在該系統(tǒng)中，運(yùn)作原理是超聲波的利用，系統(tǒng)發(fā)射并接收超聲波信號(hào)，然后對(duì)其中的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，之后得出距離，最后決定是否需要進(jìn)行報(bào)警。在該系統(tǒng)中，包含很多元件，最為主要的是發(fā)生器電路，換能器以及線性功率放大器。另外在系統(tǒng)中也是進(jìn)行了三個(gè)防干擾策略的設(shè)置，在利用防干擾功能后，使用現(xiàn)場(chǎng)中的系統(tǒng)誤差將越來越小，并且碰撞事件發(fā)生的幾率也不斷減少。

【關(guān)鍵詞】智能汽車 防撞報(bào)警器 設(shè)計(jì) 開發(fā)

在汽車防撞報(bào)警器中，最為重要的原件就是防撞雷達(dá)。防撞雷達(dá)也被稱為“電子眼”，主要是依靠超聲波，從而實(shí)現(xiàn)丈量，對(duì)近處的障礙物進(jìn)行距離的測(cè)量，從而能夠進(jìn)行防撞報(bào)警，將信息反饋給車主。超聲測(cè)距的主要工作原理便是發(fā)射和接收超聲波，然后利用單片機(jī)計(jì)數(shù)器，快速地計(jì)算出該過程之間的時(shí)間差，并且利用公式S=Ct/2，測(cè)算出實(shí)際的距離。在這個(gè)公式中，S指的是汽車與障礙物之間的距離，C則是聲波在介質(zhì)之間的傳播速度。公式為C=331.4（1+θ/273），其中的θ是攝氏溫度。在本研究中，設(shè)置的超聲測(cè)距主要是有4個(gè)探頭，即超聲波換能器，它被設(shè)置在在汽車四個(gè)方位，即前后左右的位置。汽車在行進(jìn)的過程中，尤其是前進(jìn)倒退過程中，可以計(jì)算出和障礙物之間存在的距離，然后顯示在車?yán)锏娘@示單元中，為駕駛員呈現(xiàn)出距離以及方位，從而實(shí)現(xiàn)防撞的目的。

1汽車防撞報(bào)警儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.1主要防撞報(bào)警儀的設(shè)計(jì)指標(biāo)

（1）報(bào)警距離：該距離能夠按照用戶需要設(shè)置，通常是5～30m。

（2）分檔：用戶可以按照自己不同的要求進(jìn)行分檔選擇，其中有0.6m，1.0m，1.5m，1.8m，2.4m;

（3）電源：使用的是車載電瓶，功率為12V;

（4）環(huán)境溫度：將溫度保持在-20到+70的范圍中;

（5）報(bào)警器尺寸：其尺寸大約是155mm×155mm×63mm，并且重量參數(shù)為3.5kg。

1.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

在進(jìn)行防撞報(bào)警儀設(shè)計(jì)過程中，選擇的微機(jī)系統(tǒng)為AT89C52單片機(jī)，這也是主要的部件，能夠有效地控制儀器，其中的系統(tǒng)設(shè)置參考圖1。

圖1儀器硬件框圖

1.3工作原理

在本系統(tǒng)中，檢測(cè)距離的方式是依靠聲波。選擇超聲波作為機(jī)械波，聲波頻率增加，檢測(cè)距離就減少，其頻率為15～40kHz，檢測(cè)距離在0.5m到3.0m之間，其構(gòu)成為信號(hào)的發(fā)射器、接收器以及控制器和反射板。其中，在汽車面板上安裝發(fā)射器和接收器以及控制器，發(fā)射器產(chǎn)生檢測(cè)波，然后反射到接收器，在完成一定的計(jì)算之后，再將執(zhí)行結(jié)果發(fā)送到控制器中。在單片機(jī)天車防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，利用的是AT89C52單片機(jī)，并且其中裝載著專業(yè)的芯片進(jìn)行超聲波測(cè)量，發(fā)射到接收的時(shí)間是t，按照公式s=vt（v=314m/s，考慮溫度補(bǔ)償）進(jìn)行計(jì)算，從而獲得距離。這個(gè)距離在駕駛室中進(jìn)行顯示，并且能夠?qū)④浖醇?jí)別劃分，在實(shí)際距離小于安全距離時(shí)，可以使用聲光報(bào)警儀告知駕駛員注意周圍，防止碰撞事故的產(chǎn)生，從而確保安全。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1固有頻率正反饋發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，超聲波發(fā)射頻率作用關(guān)鍵，要與換能器固有頻率之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，不斷增強(qiáng)穩(wěn)定性，避免因溫度造成漂移問題的出現(xiàn)，并且要促進(jìn)超聲波換能器完成能量的有效轉(zhuǎn)換。因此在實(shí)際中，應(yīng)該選擇使用正反饋發(fā)生器電路，確保固有頻率。

2.2換能器要求設(shè)計(jì)

在只有一個(gè)換能器的情況下要保證正常運(yùn)作。反射聲波就是返回的發(fā)射聲波，要保證壓電效應(yīng)，需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)聲波的相互共同共振頻率。通過在電路結(jié)構(gòu)中發(fā)射和接收切換器，可以實(shí)現(xiàn)有效的信號(hào)發(fā)射功能，并完成信號(hào)接收。

2.3線性電路

線性電路在實(shí)際的應(yīng)用中起到很多的作用和效果，例如能夠過濾噪音，并且實(shí)現(xiàn)前置放大，完成整形電路;能夠有效處理微弱的信號(hào)，并且確保以后能夠和單片機(jī)之后的電路協(xié)調(diào)使用。

2.4微機(jī)處理器（主AT89C52）設(shè)計(jì)分析

在運(yùn)行中，控制系統(tǒng)主要是應(yīng)用軟件編程，能夠提高工作的效率和水平。最為主要的功能有：對(duì)報(bào)警距離和級(jí)別進(jìn)行判斷;實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射控制;計(jì)算出車位距離并顯示;實(shí)現(xiàn)中斷數(shù)據(jù)的傳輸?shù)鹊取?/p>

2.5顯示部分

顯示部分主要有兩個(gè)部件，分別是LED數(shù)碼管和AT89C52，AT89C52傳輸信號(hào)，在接收到信號(hào)之后，LED數(shù)碼管點(diǎn)亮并進(jìn)行提示。

在電路構(gòu)成中，駕駛室顯示位置除外，另外的部位都需要利用集成電路芯片，并且要求芯片十分可靠和緊湊。在編碼解碼超聲波之后，能夠防止不同頻譜汽車光源帶來影響。在單片機(jī)的電路結(jié)構(gòu)中，要想實(shí)現(xiàn)抗干擾，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就需要增強(qiáng)電源電路的抗干擾性能，軟件程序的編寫有效的結(jié)合系統(tǒng)硬件，從而能夠防止電磁干擾。在實(shí)際中是使用聲波進(jìn)行距離的測(cè)量，因此需要對(duì)聲波環(huán)境進(jìn)行考察，因?yàn)檫@些聲波也能夠被超聲波換能器接收到。超聲波換能器在進(jìn)行測(cè)量距離時(shí)，使用的頻率大體是15～40kHz，同時(shí)能夠產(chǎn)生一些噪音頻率，這些噪音頻率和換能器頻率十分難以區(qū)分，因此容易對(duì)回波造成干擾。因此，要在硬件電路中避免這個(gè)問題的出現(xiàn)，就需要在編制軟件過程中，也要將抗干擾部分考慮其中，報(bào)警距離級(jí)別能夠基于用戶自身的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)定。

3軟件設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)該功能，在程序的選擇中，主要是利用C51功能模來進(jìn)行設(shè)計(jì)。程序中包含主程序（chret.c），也包含著重要的三個(gè)模塊文件。

3.1主程序

主程序參考圖2。

圖2主程序框圖

在該程序中，狀態(tài)包含了八個(gè)，有①準(zhǔn)備狀態(tài)，為（t0～t1）環(huán)節(jié);②發(fā)射超聲波狀態(tài)，是（t1～t2）環(huán)節(jié);@不接收信號(hào)時(shí)間，為（t2～t3）環(huán)節(jié);④等待聲波反射時(shí)間狀態(tài)，為（t3～t4）環(huán)節(jié);⑤測(cè)反射個(gè)數(shù)狀態(tài)，為（t4～t5）環(huán)節(jié);⑥不計(jì)反射波個(gè)數(shù)狀態(tài)，以及間歇狀態(tài)，為（t5～t6）環(huán)節(jié);⑦再測(cè)波的個(gè)數(shù)狀態(tài)，為（t6～t7）環(huán)節(jié);⑧間歇時(shí)間狀態(tài)，為（t7～t0）環(huán)節(jié)。在整個(gè)過程中，為了計(jì)算其時(shí)間差t，并計(jì)算出距離s，然后進(jìn)行報(bào)警判斷。在整個(gè)系統(tǒng)中，利用兩個(gè)函數(shù)，使用switch語句，對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行有效的處理，在t3～t4環(huán)節(jié)中，得出時(shí)間distanceIntime，然后T1進(jìn)行反射波個(gè)數(shù)的計(jì)算和處理。

在上述函數(shù)計(jì)算之后得到t，在之后轉(zhuǎn)換成s，并且決定是否報(bào)警。在Chret.c中，函數(shù)組成為：

voidenterT0-T1 fvoid）-狀態(tài)t0～t1

voidentercheck（void）-進(jìn)行新測(cè)距

voidt0Interrupt（void）interruptlusing1

voidintlInterrupt（void）interrupt2using2

voidinitMech（void）-初始化各中斷寄存器

voidstart（void）-開始測(cè)速

voidcalc（void）-計(jì)算距離

voiddisplavDis（void）-顯示距離

主程序進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中需要首先設(shè)置3個(gè)對(duì)抗干擾對(duì)策，避免產(chǎn)生報(bào)警：

（1）t4～t5狀態(tài)，需要為反射之后的波進(jìn)行窗口的設(shè)置，在大于33.3Hz情況下以及小于1.1Hz情況下，不進(jìn)行計(jì)數(shù)：

（2）t6～t7狀態(tài)，在進(jìn)行測(cè)量中主要是應(yīng)用10ms，在這個(gè)過程中能夠完成干擾的測(cè)量。但是正常反射的情況下，就難以測(cè)到波。

（3）判斷兩次報(bào)警，每隔1.3s之后便自動(dòng)清0。

3.2串口通信模塊—transplant.c的設(shè)計(jì)分析

在主AT89C52程序中，串口通信模塊可以對(duì)于其中的chDis，將其有效地傳達(dá)到不同的顯示部分中，然后在駕駛室部位設(shè)置通信協(xié)議，保證不收亂碼，就是將報(bào)頭數(shù)據(jù)Head添加在chDis之前，然后在其之后進(jìn)行另外一個(gè)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)check的添加。這樣能夠保證在Head產(chǎn)生狀態(tài)下進(jìn)行信號(hào)的接收，然后進(jìn)行有效的顯示。因?yàn)樵谶M(jìn)行t測(cè)量時(shí)，已經(jīng)固定了程序時(shí)序，并且在這之上做好串口通信，所有只可以選擇中斷方式，但是要避免查詢方式利用，防止產(chǎn)生“死機(jī)”問題。

針對(duì)display.c和eraseint.a51模塊，其功能使用比較單一，即能夠在主程序中調(diào)用，其功能首先是顯示數(shù)據(jù)，其次是完成iret指令。

4結(jié)語

綜上所述，在本研究中，是使用微電腦技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了有效的汽車防撞系統(tǒng)，利用專業(yè)芯片，十分小型化，操作性能十分強(qiáng)，能夠很好地應(yīng)用在測(cè)控系統(tǒng)中。模塊在軟件設(shè)計(jì)過程中有著很強(qiáng)的靈活性，C51語言的應(yīng)用方便準(zhǔn)確，能夠減少程序編寫的工作。和當(dāng)前市面上存在的汽車防撞器相比，這個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中成本更低，并且有著緊湊的結(jié)構(gòu)和很強(qiáng)的通信能力，因而十分可靠，能夠有效防止出現(xiàn)汽車相撞的事件，具有巨大的推廣和使用的價(jià)值。