自動控制技術在汽車碰撞系統的研究

王英輝

（三亞學院，海南 三亞572000）

1 背景

汽車數量日趨增多，國民道路安全意識越來越高，許多車輛不具備防撞系統裝置，汽車防撞報警系統是防止汽車在道路上行駛時發生碰撞的一種預防的安全措施，能有效減少道路交通事故的發生。防止車輛在行駛中遇到危險的障礙物，或者在車主不注意的情況下，當車輛快碰到障礙物時，自動地提醒駕駛員使汽車進行制動，能有效地防止汽車發生碰撞，減少不必要的財產損失，將交通事故降到最低[1]。

2 系統整體設計

防撞裝置主要是圍繞了“安全”的目標來考慮，防撞裝置的信息獲取處理和執行，主要分了三個模塊；（1）測距信息獲取模塊：這個功能最主要的工作意義是獲取車輛與周邊車輛的距離或與邊臨的障礙物距離信息；（2）獲取的信息控制模塊：由主控器完成信息的比較，并傳達指令給下邊的執行元件；（3）指令執行模塊：工作內容主要是執行信息處理模塊發出的數據指令，從而能自動及時的通過聲光報警來提示駕駛員安全行駛，或使其車輛自動剎車等[2]。起到了很好的安全作用，可以防止發生不必要的車輛碰撞，所以出于安全方面的考慮來設計的汽車防撞報警系統，將可以大大的減少了由于倒車碰撞、追尾碰撞、正面碰撞等不必要的碰撞損失。

2.1 硬件整體電路

在整個防撞報警系統的電路設計模塊，包括了單片機主控電路，探測距離獲取電路，系統信息處理，系統報警、顯示距離等電路。每個部件模塊在系統中都擔當著不同的功能，在系統中信息的采集與處理執行，全由系統的測距傳感器、單片機、聲光報警及距離顯示警報等來完成，都擔任著不同的角色。傳感器主要任務是獲取車輛與周圍物體的信息，而獲取的內容傳給單片機進行處理。防撞系統的整個硬件電路中，51 單片機作為處理系統模塊，主要是處理數據。且該單片機具有40 個引腳端口，采用低電壓工作，在運行中可以實現修改和編程，顯示器的工作是接收由單片機的指令，并執行實時顯示數據。蜂鳴器和發光二極管也是接收主控器的指令，由系統控制聲音和光報警信息是否發送。整體電路原理圖如圖1 所示。

系統的主要電路部分包括超聲波的發射端和接收端電路，以及選取的蜂鳴報警器，顯示屏和單片機等電路組成。超聲波電路模塊可以實現對測量距離的獲取，起到了探測距離的作用，并將其信息輸送給單片機進行處理。而決定測距危險報警的主要是由單片機來處理數據，并根據接收到的數據信息與設定的危險報警距離進行對比分析，最后決定是否發出報警指令，從而控制防撞系統是否報警。

圖1 防撞系統整體原理圖

2.2 軟件整體設計分析

軟件方面，首先進行初始化LED 顯示器，使其顯示開機界面為初始值“0.00”的狀態，表示系統還未進入工作狀態。當獲取40kHz 的脈沖數據時，該裝置開始啟動接收程序。并讓子程序和中斷服務程序配合運作，這樣一來就可以完成了主控器的工作。主要是協助防撞系統檢測處理超聲波傳感器的信息，且C51 單片機通過獲取的信息，來判斷是不是有回波，并是否采取外部中斷子程序。而系統的發射端與接收端的脈沖信號傳遞至處理器調用及計算程序，并且顯示測量的結果，同時當測量的距離信息小于設定的安全距離時，由系統做出相對的控制指令。

主控制器來實現整個軟件的功能，且運用子程序來協助工作。把獲取得到的數通過程序內部運算，并且把算出來的結果信息上傳至顯示模塊。根據獲取的數據和系統發出的指令來完成，再根據指令決定是不是要采取中斷措施，中斷程序中需要用到TH0*256+TLO，此公式的得到的數據要經過系統的轉換后才可以輸出。

3 報警顯示模塊

3.1 報警顯示模塊硬件電路設計

顯示模塊在防撞預警裝置里是有不可缺少地部分。這一模塊采用的顯示器是共陽極的，并運用74LS06 驅動器來驅動顯示，可以直接的讓行車人員直觀地看到，該汽車跟周圍物體的間隔距離，且用LED 顯示器來顯示具體距離。而該獲取的距離是由車用測距傳感器傳來的數據，是運用超聲波來制作。這樣就可以讓行車人員在還沒有發現危險隱患地時候，發出聲光顯示報警，好提醒駕駛員做出相應的安全操作，這樣預警裝置便可以完成多種的工作方式。

報警模塊主要是利用喇叭發出報警聲跟燈的閃爍來警示駕駛員注意開車。這樣就可以實現當車輛在進入距離危險時能夠對駕駛者提出警示。但由于電路的原因，還要用一個運算放大器來實現信號放大來完成報警。而實現報警的條件是在系統的設定的安全距離值中，當系統處理數據時，探測的距離小于或等于設定值時，蜂鳴器便會報警。提示駕駛員安全行駛，防止發生碰撞，而聲光報警電路圖如圖2 所示。

圖2 聲光報警電路圖

3.2 報警顯示模塊軟件設計

防撞裝置的微控軟件跟硬件一同實現，來完成實物地展示。由此在硬件和軟件的設計中，在信號控制上兩者能夠協調工作，使得軟件的運行能夠配合系統硬件的運行過程。且在工作的過程中，對于數據的存儲保存在RAM中。而系統處理數據時，直接從RAM中獲取并進行數據的轉換處理。而當系統通過系統軟件處理信息時，就會將所得出的結果傳送給三位LED 顯示器來顯示。如圖3 報警子程序控制流程圖。

圖3 報警子程序控制流程圖

在處理距離報警模塊時，可以清楚的了解車用傳感器采集信息到報警過程的數據處理流程，而首要的距離信息獲取是通過車用傳感器來完成工作，而信息的處理過程主要是單片機系統控制完成，設定的區間范圍距離信息會傳給處理系統。由主系統控制，可以根據經過處理比較的信息數據，自主的判斷，做出是否啟動距離報警狀態，系統會在車上做出相應的響應，發出相應的聲光報警，這樣可以起到警示駕駛員注意行駛車輛，防止車輛發生不必要的碰撞，造成人員傷亡或財產損失。依次完成一個工作循環。

4 系統自動控制的目的

4.1 一個駕駛員的心態、駕齡、開車時長及開車習慣等因素都有可能引起交通事故的發生，每年因為駕駛員操作不當出現很多交通事故，防撞系統具備很強的適應環境能力，系統的設計主要服務于駕駛員，起到提醒駕駛員的作用，給駕駛員預留出事件反映的時間，從而及時采取相應的措施，實現輔助車輛安全行駛[3]。

4.2 防止汽車在處于危險隱患環境下，而駕駛員并不知道，及時的提醒，使駕駛員時刻關注周圍環境的變化，減少疲勞狀態，提早做出反映及相應的動作。從而保護車輛及人員安全，起到了預防的作用。

4.3 提示行車員注意汽車跟旁邊物體的間隔是否安全，好讓行車員注意開車。當汽車離周圍物體的間隔低于設定值，汽車處在危險范內，系統自動的就會發出警示的聲音。且把探測到的距離傳給LED 顯示器，這樣就可以讓行車員很直觀地看到汽車跟危險物的間隔，從而采取剎車或者變道等相關動作。當汽車與障礙物數據的比較，汽車處在一個安全的距離中，報警元件不會發出警示的聲音。汽車可以正常行駛。

4.4 當車處在危險距離時，系統會自動的發出警報并有燈光閃爍提示，起到雙重啟示作用。

4.5 設計的防撞系統已經調試通過，自動控制技術得到了很好的運用，各個功能已經實現，運行效果良好，當車輛上安裝防撞裝置，在道路上行駛的車輛對人們生命的安全隱患將會有效降低，實現人與車，車與車和車與物之間的“安全”的目標。