論道路交通預(yù)警與防撞系統(tǒng)研究

杜壘 李曉明 李科峰

摘 要：我國交通安全一直存在一定的矛盾，由于我國近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，而我國的道路交通設(shè)施相對(duì)滯后，所以各種道路交通事故便一直居高不下。故使得我國道路安全形勢日益嚴(yán)重。如何減少交通事故已經(jīng)成為了公眾十分關(guān)注的一個(gè)問題.充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)在預(yù)防交通事故中的作用和威力，是我們大學(xué)生發(fā)揮自我才能來解決實(shí)際問題，是目前切實(shí)可行的辦法，也是我國解決交通問題指明了方向。通過我們平時(shí)的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)出一款新型的交通防撞系統(tǒng)來解決日益嚴(yán)重的交通問題。在二次雷達(dá)用應(yīng)答機(jī)確定飛機(jī)的編號(hào)、航向和高度的原理上，把詢問裝置裝在飛機(jī)上，使飛機(jī)之間可以顯示相互之間的距離間隔，從而使駕駛員知道在一定范圍內(nèi)飛行的航空器之間的相互間隔及時(shí)采取措施，避免碰撞。和二次雷達(dá)一樣，TCAS系統(tǒng)需要飛機(jī)上都裝有應(yīng)答機(jī)才有作用。

關(guān)鍵詞：交通;雷達(dá);防撞

Abstract： China's traffic safety has been a certain contradiction， because of the rapid economic development in recent years， and China's road traffic facilities are relatively lagging behind， so all kinds of road traffic accidents have been high.Therefore， the road safety situation in China is increasingly serious.How to reduce traffic accidents has become a matter of great concern to the public. To give full play to the role and power of science and technology in preventing traffic accidents is the practical solution for college students to solve practical problems by exerting their talents， which is the current practical way and the direction for China to solve traffic problems.Through our usual study to design a new traffic collision prevention system to solve the increasingly serious traffic problems.On the principle that the transponder is used to determine the number， direction and altitude of the aircraft in the secondary radar， the interrogation device is installed on the aircraft so that the distance interval between the aircraft can be displayed， so that the pilot knows the distance between the aircraft flying in a certain range and takes measures in time to avoid collision.Like secondary radars， the TCAS system works only if the aircraft is equipped with transponders.

Key words： traffic;Radar;Collision avoidance

0引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展，我國已經(jīng)開始了面向全面小康社會(huì)的步伐，汽車，逐漸從奢侈的消費(fèi)品演化成較平凡的貨品，慢慢面向普通人民家。到了今天，買一輛車已經(jīng)變成不是百萬富翁的象征，數(shù)以億計(jì)的普通家庭開始擁有汽車。但是，正當(dāng)汽車的使用是我們出行游玩提供了便利的時(shí)侯，高速公路上的長時(shí)間駕駛帶來的疲憊，和駕駛時(shí)打電話、看視頻會(huì)議、文字聊天等一連串不好的駕駛方式而引致的此起彼伏的危險(xiǎn)卻也正慢慢地，一步一步地朝我們靠近，那便是人人都不想發(fā)生而隨時(shí)可能出現(xiàn)的災(zāi)難。道路交通的隱患越來越受到重視。汽車預(yù)警與防撞系統(tǒng)是致力于減少交通事故的發(fā)生率，從而提高駕駛安全性。汽車預(yù)警與防撞系統(tǒng)能夠快速地、及時(shí)地預(yù)測危險(xiǎn)，并提醒司機(jī)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的避難操作。汽車預(yù)警與防撞系統(tǒng)可以在電子屏幕上顯反應(yīng)駕駛汽車周邊其他汽車的駕駛情況，進(jìn)而高效地幫助開車者主動(dòng)搜尋以及看見潛在的道路交通問題，并且在需要地時(shí)侯進(jìn)行語音警示，同時(shí)幫助開車者用合適當(dāng)?shù)姆绞蕉惚転?zāi)難。

1 汽車預(yù)警與防撞系統(tǒng)背景

1.1我國交通安全一直存在一定的矛盾，我國的道路交通設(shè)施相對(duì)滯后，所以各種道路交通事故便一直居高不下。中國每年交通事故50萬起，因交通事故死亡人數(shù)均超過10萬人，居世界第一。 據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，每5分鐘就有一人喪身車輪，每1分鐘都會(huì)有一人因?yàn)榻煌ㄊ鹿识鴤麣?。每年因交通事故所造成的?jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百億元。汽車越來越多，停車越來越難，“馬路殺手”造成的安全問題成為社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)。 無人駕駛汽車已從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，特斯拉等車企已開始著手開發(fā)。充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)在預(yù)防交通事故中的作用和威力，是我們大學(xué)生發(fā)揮自我才能來解決實(shí)際問題，是目前切實(shí)可行的辦法，也是我國解決交通問題指明了方向。

1.2 2018年10月28日10時(shí)08分，重慶市萬州區(qū)一大巴車在萬州長江二橋橋面與小轎車發(fā)生碰撞后，墜入江中。經(jīng)初步事故現(xiàn)場調(diào)查，系公交客車在行駛中突然越過中心實(shí)線，撞擊對(duì)向正常行駛的小轎車后沖上路沿，撞斷護(hù)欄，墜入江中。經(jīng)公安機(jī)關(guān)走訪調(diào)查并綜合接報(bào)警情況，初步核實(shí)失聯(lián)人員15人（含公交車駕駛員1人）。

1.3雷達(dá)系統(tǒng)有調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)。對(duì)于脈沖雷達(dá)系統(tǒng)，當(dāng)目標(biāo)距離很近時(shí)，發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時(shí)間差非常小，這就要求系統(tǒng)采用高速信號(hào)處理技術(shù)，近距離脈沖雷達(dá)系統(tǒng)就變的十分復(fù)雜，成本也大幅上升。因而汽車毫米波雷達(dá)防撞系統(tǒng)常采用結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、適合做近距離探測的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)體制。國內(nèi)對(duì)汽車?yán)走_(dá)的研究處于起步階段，有多家研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)行汽車防碰撞雷達(dá)系統(tǒng)的研究。目前，我國正加強(qiáng)5G時(shí)代的建設(shè)，即將迎來大數(shù)據(jù)時(shí)代。通過激光測距、雷達(dá)應(yīng)答、定位系統(tǒng)等傳感器，集成道路交通預(yù)警防撞系統(tǒng)。將為我國的交通安全提供更有力的保障，排除一切可能的人為因素，消除疲勞駕駛、酒駕等交通安全隱患。

2 系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)組成

激光測距防碰撞裝置，其裝置在任意交通工具前車牌的特定位置， 它主要是由激光測距儀、報(bào)警裝置、數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)、汽車智能制動(dòng)系統(tǒng)等部分組成。

1.2工作原理

此防撞系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為基礎(chǔ)，利用激光測量儀在汽車行駛過程中返回探測的距離型號(hào)，根據(jù)簡單的計(jì)算處理判斷是否具有高可能性撞車可能，如果具有，將采用輔助性的、快速的手段幫助車主從危機(jī)中逃亡。

3 軟件、硬件電路設(shè)計(jì)

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1脈沖式激光測距原理

脈沖激光測距簡單來說就是針對(duì)激光的飛行時(shí)間差進(jìn)行測距，它是利用激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短，能量在時(shí)間上相對(duì)集中，瞬時(shí)功率很大的特點(diǎn)進(jìn)行測距。在有合作目標(biāo)時(shí)，可以達(dá)到很遠(yuǎn)的測程;在近距離測量（幾千米內(nèi)）即使沒有合作目標(biāo)，在精度要求不高的情況下也可以進(jìn)行測距。該方法主要用于地形測量，戰(zhàn)術(shù)前沿測距，導(dǎo)彈運(yùn)行軌道跟蹤，激光雷達(dá)測距，以及人造衛(wèi)星、地月距離測量等。由激光發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)持續(xù)時(shí)間極短的脈沖激光，經(jīng)過待測距離L之后，被目標(biāo)物體反射，發(fā)射脈沖激光信號(hào)被激光接收系統(tǒng)中的光電探測器接收，時(shí)間間隔電路通過計(jì)算激光發(fā)射和回波信號(hào)到達(dá)之間的時(shí)間t，得出目標(biāo)物體與發(fā)射出的距離L。

2.2 ?HY-SRF05：

超聲波測距模塊可提供2cm-450cm 的非接觸式距離感測功能，

測距精度可達(dá)高到3mm;模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。

（1）采用IO 口TRIG 觸發(fā)測距，給至少10us 的高電平信號(hào);

（2）模塊自動(dòng)發(fā)送8 個(gè)40khz 的方波，自動(dòng)檢測是否有信號(hào)返回;

（3）有信號(hào)返回，通過IO 口ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲

波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測試距離=（高電平時(shí)間*聲速（340M/S））/2;

2.3激光傳感器模塊

2.4飛行時(shí)間感測原理

2.5超聲波時(shí)序圖：

以下時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè)10uS 以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，

該模塊內(nèi)部將 發(fā)出8 個(gè)40kHz 周期電平并 檢測回波。

一旦檢測到有回波 信號(hào)則輸出 回響信號(hào)。

回響信號(hào) 的脈沖寬度與所 測的距離成正比。

由此通過 發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。

公式：uS/58=厘米或者uS/148=英寸;或是：距離=高電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2;

建議測量周期為60ms 以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。

2.6VL53L0X

從表格可以看到，針對(duì)不同的精度模式，測量時(shí)間也是有所區(qū)別的，測量時(shí)間最快為高速模式，只需 20ms 內(nèi)就可以采樣一次，但精度確存在有±5%的誤差。而在長距離精度模式下，測距距離能達(dá)到 2m，測量時(shí)間在 33ms 內(nèi)，但測量時(shí)需在黑暗條件（無紅外線）的環(huán)境下。所以在實(shí)際的應(yīng)用中，需根據(jù)當(dāng)前的要求去選擇合適的精度模式，以達(dá)到最佳的測量效果。

4 結(jié)論

通過這次的防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們逐漸用STM32和激光測距儀實(shí)現(xiàn)了最基本的功能，成功實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與測距儀的技術(shù)融合，克服了最初的一些難題。我相信，在汽車防撞系統(tǒng)愈來愈成熟的這條路上，即使?jié)摲粗目嚯y，我們防撞技術(shù)的愛好者最后一定能到達(dá)該技術(shù)成功落地的一天。

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作者簡介：

杜壘，1997年9月出生，男，漢族，四川宜賓人，本科在讀，西昌學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院

李科峰，1998年11月出生，男，漢族，四川廣安人，本科在讀，西昌學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院

李曉明，1998年6月出生，男，漢族，四川宜賓人，本科在讀，西昌學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院