汽車防碰撞預警系統的研究

許文娟+趙秋芳+郝鵬飛

摘 要：隨著汽車工業的迅猛發展，汽車保有量逐年增加。汽車不僅給人們的生活帶來方便，同時由于汽車引發的事故也越來越多。這些交通事故主要是車輛和車輛的碰撞、車輛和行人的碰撞。大量研究數據表明，交通事故的引發主要由于駕駛員駕駛過程中疲勞，從而引起注意力轉移，導致汽車出現追尾或不按正常的道路路線行駛。研究表明，在引發的各類交通事故中，如果在出現事故前1秒鐘，駕駛員能夠及時采取制動措施，就能減少80%以上的交通事故。為此，論文研究了汽車防碰撞預警執行系統，該系統是基于超聲波測距，以單片機為CPU。在車輛行駛的過程中，不斷檢測和計算汽車前方或后方行人、車輛或建筑物的距離，通過將傳感器采集到的實時數據傳送CPU，當結果顯示前方或后方距離接近制動車距時，系統便向蜂鳴器發出報警信號，促使駕駛員及時采取措施，防止交通事故發生。該系統可以降低交通事故發生率，從而提高汽車行駛的安全性。

關鍵詞：單片機 防撞預警 超聲波 微處理器

中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0129-03

Abstract：With the rapid development of automobile industry， car ownership increases year by year. They not only bring convenience to people's life， also bring more and more accidents. The traffic accident is mainly collision of vehicle and vehicle， collision of vehicle and pedestrian. A large amount of research data show that traffic accidents mainly due to fatigue driving. Leading to attention， car crash or not drive on the normal road route. The research shows that all kinds of traffics can reduce 80% if the driver brake in 1 second before an accident. The paper studies the vehicle collision warning execution system based on microcontrollers. the system tests and calculates the distance of people， car and structure in the process of vehicle .The sensors collect real-time data and transmit to CPU. When the results show that the front or rear distance closer to the braking distance. System will send alarm signal to buzzer and the driver brake the vehicle traffic accidents wil be prevented. The system can reduce the incidence of traffic accidents and improve the safety of the car.

Key Works：Single chip；Anti-collision warning；Ultrasonic；Microprocessor

近期，我國的汽車行業取得了較大發展，汽車在滿足人們生活的同時，也帶來了更大挑戰。汽車行駛速度越來越快，這就會使交通事故率大大增加，從而導致大量財產損失。相關數據表明，我國每年都會有10萬人死于交通事故中，有40萬左右受傷于交通事故中，導致財產損失近億元[1]。所以交通事故問題已經引起人們的重視。導致交通事故的原因主要有疲勞駕駛、違章行駛和酒駕等。交通事故都是發生在一瞬間，如果在這一瞬間之前1秒鐘，對車輛采取報警措施或者制動措施，便會使交通事故大大降低[2]。所以研究車輛的防碰撞預警系統可以降低車輛行駛過程中的碰撞率，從而提高車輛行駛的安全性。

本系統包括傳感器測距發散接受裝置，CPU中央處理裝置，執行制動裝置。可以有效輔助駕駛員行駛，在與周圍的建筑物、行人或者車輛接近制動距離時，可以及時向駕駛員發出報警信號，如果駕駛員沒有及時做出制動動作，系統還會及時發出信號控制車輛執行制動動作，從而使交通事故大大降低[3]。

1 超聲波測距原理

一般人的耳朵能夠聽到的聲音為20Hz～20kHz，超聲波指的是大于20kHz的聲音。超聲波分為功率超聲和檢測超聲，其應用非常廣泛，包括工業、醫療、生物等各個行業[4]。超聲波的測距原理見式（1）。

式中，D為被測車輛與周圍物體的距離；

C為超聲波在空氣中傳播的速度，受溫度的變化而變化，具體參數設置如表1所示；

T為超聲波接收信號經歷的時間。

超聲波傳感器具有兩個功能，集產生超聲波和接收超聲波為一體。系統采用16MM防水型超聲波傳感器，其參數如下：頻率為40±0.5kHz；靈敏度為-7.5Pa；最大輸入電壓140vp-p（10%工作周期）；工作溫度-35℃～80℃；外殼材料為鋁[5]。汽車在行駛中，前、后、左、右方都會碰到障礙物，故在車輛前方和后方分別安裝4個傳感器，在左側和右側分別安裝3個傳感器。任意一個傳感器在接近制動車距時都會發出報警信號。endprint

2 系統的硬件設計

汽車防碰撞預警執行系統由4個模塊組成，即超聲波測距模塊、聲響報警裝置、控制模塊和緊急制動模塊。系統硬件模塊如圖1所示。

汽車防碰撞系統預警執行系統執行過程中分為兩個階段，首先是預警階段，當超聲波測距模塊測得周圍障礙物的距離接近預警距離時，聲響報警裝置就會接受此信號，從而使得聲響報警裝置發出聲響，向駕駛員報警車輛周圍會有障礙物，駕駛員及時控制車輛減速。其次是緊急制動階段，當超聲波測距模塊采集到的數據達到危險距離時，因為還要預留出駕駛員的反應和判斷時間，或者有時因為驚嚇誤踩加速踏板等情況，已經來不及對車輛做出制動措施。此時，系統就會執行緊急制動模塊，在駕駛員未做出任何回應的情況下使車輛減速直至停車。這樣就大大降低了交通事故率，對汽車的安全駕駛具有深遠的意義。

3 系統的軟件設計

系統的硬件部分中超聲波傳感器采集的信號由軟件部分進行處理，由系統的軟件部分實現數據的分析與應用。系統運行后，首先檢測傳感器的工作狀態，如處于正常狀態，則開始測距，測得的數據傳給控制模塊。當測試數據大于設定的制動車距，則系統不會報警。當測試車距小于設定的制動車距時，系統發出報警信號，當測試車距接近危險距離時，系統會啟動緊急制動模塊。

超聲波測距模塊接收的信號傳給控制模塊，控制模塊接收數據后啟動聲響報警模塊和緊急制動模塊，程序設計流程圖如圖2所示。

4 結語

論文研究了汽車防碰撞預警執行系統，該系統可以輔助駕駛員的安全駕駛。當超聲波測距傳感器測得數據接近設定距離時，就會發出報警信號，促使駕駛員及時做出制動反應，當傳感器測得的數據大于設定距離時，駕駛員來不及做出反應，系統會直接采取制動措施，從而大大降低了事故率，提高了汽車駕駛的安全性。

參考文獻

[1] 任衛軍，王飛，史先信，等.基于虛擬墻的汽車起重機吊裝防碰撞技術[J].機械工程學報，2015，51（7）：162-168.

[2] 胡瑜.汽車防碰撞系統的應用與研究[J].機械工程與自動化，2010（4）：214-216.

[3] 于廣鵬，譚德榮，楊明紅，等.汽車防碰撞預警系統設計[J].農業裝備與車輛工程，2015，53（3）：1-4.

[4] 賈蘊發，劉楊，李超，等.基于多傳感器的汽車防碰撞及行人保護預警設計[J].農業裝備與車輛工程，2015，53（12）： 56-59.

[5] 阮觀強.智能防碰撞報警制動系統的研究與開發[J].煤炭技術，2012，31（4）：221-222.endprint