汽车防撞预警系统设计
基于激光雷达的车载防撞系统的设计
基于激光雷达的车载防撞系统的设计中文摘要：近年来，我国道路交通安全的形势仍然非常严峻。
如果在交通事故发生之前向驾驶员发出警告，让驾驶员能够采取一定的避免措施，就能有效地减少交通事故的发生,从而保障人身财产安全。
论文中主要介绍了一种基于激光雷达的车载防撞系统，并给出了可能实现的设计方法，描述了该防撞系统能够实现的功能，以及提出了有效避免车辆相撞的方案。
论文包括对硬件选型的描述，硬件电路的设计，以及软件框图的实现方法。
距离传感器采用的是激光传感器，单片机采用的是fresscale的MC9S12C32型号。
本文设计的系统采取两种措施，一种是蜂鸣器报警，另一种是在极端紧急的情况下，通过CAN总线对ABS发出制动信号，进行紧急刹车。
激光传感器向汽车前方不断发射激光束，在收到反射回波后计算出于本车的距离，方向角，以及与本车之间的相对速度。
单片机通过一个通信模块不断的向激光传感器采集数据，再经过软件程序计算，判断汽车是否处于安全状态，如果处于安全状态，单片机继续采集数据，如果处于危险状态，单片机发出控制信号，驱动声音报警电路进行报警，如果处于紧急情况，单片机通过汽车CAN总线向制动装置ABS发出控制信号，采取自动刹车。
关键词：防撞预警，激光雷达测距，单片机，CAN总线第一章引言随着社会的进步，国民经济得到迅速的发展，人民生活生活水平的不断提高，公路交通作为国民经济的重要枢纽近年来受到极大重视，国家和各级政府都对公里建设投入了大量的资金、人力和物力。
“九五”期间，我国的高速公路建设达到了11万公里，行驶的车辆速度再80km/h以上，一旦发生碰撞，后果不堪设想，故要求驾驶员注意力高度集中，时刻注意路况信息，增加了驾驶员的劳动强度。
另外，公路建设的同时，也带动了民族汽车工业的快速发展，20世纪末，我国的汽车产量比1993年翻一番，2010年，汽车产量又翻了一番，汽车数量逐年增长，越来越多的人拥有私人汽车，近年来，借助于电子控制技术的飞速发展，汽车的操纵性能和运动性能得到很快的提高。
汽车纵向防撞报警系统设计与实例分析
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基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统设计
基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统设计一、本文概述本文针对汽车安全驾驶领域的重要需求，详细探讨并设计了一种基于超声波测距技术的汽车倒车防撞报警系统。
随着城市交通环境复杂性的增加以及人们对行车安全意识的提高，如何有效防止因驾驶员视线盲区和操作失误引起的倒车碰撞事故成为研究热点。
本系统利用超声波传感器作为主要探测元件，通过发射和接收超声波信号来精确测量车辆与后方障碍物之间的实时距离，并结合智能算法分析处理这些数据，以便在车辆靠近障碍物到危险距离时及时发出报警提示，辅助驾驶员做出正确决策，从而显著提升倒车安全性。
文章首先阐述了该系统的背景意义和技术原理，随后深入剖析超声波测距方法及其在汽车应用中的优势和挑战接着，详细介绍了系统架构设计，包括硬件组成（如超声波传感器模块、信号处理电路、报警装置等）及软件算法实现通过实验验证了系统的性能指标，探讨其在不同工况下的稳定性和准确性，并对未来可能的优化方向进行了展望。
通过本文的研究，期望能为汽车主动安全技术的发展贡献一份力量，推动相关产品的实际应用与普及。
二、超声波测距原理及技术超声波测距技术是利用超声波在空气中的传播特性来实现距离测量的方法。
超声波是一种频率高于人耳能听到的上限（约20kHz）的声波，它在空气中的传播速度相对恒定，约为343米秒。
这一特性使得超声波非常适合用于精确的距离测量。
超声波测距的基本原理是发射器发射出一定频率的超声波，当这些波遇到障碍物时会发生反射，反射波被接收器接收。
通过测量超声波发射和接收之间的时间差，可以计算出超声波传播的距离。
由于超声波的传播速度是已知的，因此可以通过以下公式计算距离：这里的“时间差 2”是因为超声波需要从发射器传播到障碍物，再从障碍物反射回接收器，所以总时间是往返时间。
在汽车倒车防撞报警系统中，超声波传感器通常被安装在汽车的尾部。
当驾驶员开始倒车时，系统会自动激活传感器，传感器开始发射超声波。
超声波遇到车辆后方的障碍物时反射回来，被传感器接收。
基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统设计
基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统设计汽车倒车防撞报警系统是一种基于超声波测距技术的安全辅助设备，能够帮助驾驶员在倒车时避免与障碍物发生碰撞，提高行车安全性。
本文将对该系统的设计进行详细介绍。
首先，该系统主要由超声波传感器、控制器和报警器组成。
超声波传感器负责探测车辆周围的障碍物距离，传输给控制器进行处理。
控制器根据传感器的数据判断是否存在碰撞的风险，并通过报警器向驾驶员发出警告信号，提醒其采取正确的行动。
在系统的设计过程中，首先需要选择合适的超声波传感器。
传感器的选择应考虑其测距范围、精度和对环境的适应性等方面。
一般来说，超声波传感器在测距范围内可以提供较高的测量精度，并且对大多数障碍物均有良好的适应性。
接下来，控制器的设计是系统中的关键部分。
控制器需要实时接收传感器上传的距离数据，并进行数据处理和决策。
控制器可以使用嵌入式系统来实现。
在数据处理方面，可以使用一些常见的算法，如滤波算法、虚拟线算法等，来进行数据处理和障碍物的识别。
在决策方面，可以设置适当的距离阈值，当距离低于该阈值时触发警报。
最后，报警器的设计需要考虑其音量和可靠性。
对于音量，报警器应具备足够的声音大小，以确保驾驶员能够听到警报并及时做出反应。
对于可靠性，报警器应具备较长的寿命和稳定的性能，以确保系统能够长时间稳定运行。
此外，为了提高系统的可用性，还可以考虑加入其它功能，如图像显示功能。
通过搭载摄像头和显示器，可以将车辆周围的情况实时显示在显示器上，使驾驶员更加直观地了解障碍物的位置和距离。
总之，基于超声波测距的汽车倒车防撞报警系统是一种重要的安全辅助设备。
通过合理选择超声波传感器、设计有效的控制器和报警器，并加入其它功能，可以实现对倒车过程的有效监控和警示，提高驾驶员的行车安全性。
基于AT89S52汽车倒车防撞预警系统的设计
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图ｌ ０ 蜂 鸣器报警 电路
３ 软件 设计
系统软件部分采用 Ｃ语言编写， 并进行模块化 设计 ，主要包括主程序、定时中断子程序 、外部中 断子程序和报警显示子程序等。程序的设计流程如
第６ 期
唐阳山等： 基于Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２ 汽车倒车防撞预警系统的设计
３ ８ ５
正 常操 作 所需 的 时钟 脉冲 和 定时信 号 。晶振 电路 的 连 接方 式 如 图 ４所示 。复位 电路 的作用 是 重新确 定 单 片机 的工作 起 始状 态 ，例如 把状 态机 初 始化 到 空
口电路 ， 电路连 接 方式 如 图 ８ 所示。
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Ｉ Ｉ ＲＳ ２ ３ ２ － 一 ｉ －
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图 ５ 串行通信 电路
图 ６ 超声波发射 电路 图 ８ 数码 管显示电路
图ｌ １ 所示。
（ ８ ） 主程 序
（ ｂ ） 定时中断子程序 （ ｃ ） 外 部中断子程序
图ｌ ｌ 程序设计流程图
参考文献 ：
【 ｌ 】朱利娜 ． 基 于单片机 的超 声测距倒车 雷达的研究 ［ Ｊ ］ ．微 计算机信息， ２ ０ ０ ７ ， （ ２ ３ ） ： ｌ ｌ Ｏ — ｌ ｌ １ ．
４ 实验结果分析
通过多次实车试验发现， Ｈ Ｃ ． Ｓ Ｒ ０ ４ 超声波测距 模块 ３ ０ ， － － ４ ０ ０ ｃ ｍ 范 围 内实现准 确测 距 ，最 大 误差不 超过 ２ ％，能够满足驾驶员的倒车需求。误差的存
汽车防撞报警系统_毕业论文设计
汽车防撞报警系统_毕业论文设计汽车防撞报警系统引言随着汽车技术的不断发展，汽车安全问题引起了广泛关注。
尤其是近年来，由于交通事故造成的人员伤亡和经济损失越来越大，汽车防撞技术成为了汽车安全的重要组成部分。
汽车防撞报警系统是目前较为成熟的汽车主动安全技术之一，可以通过多种传感器来感知车辆周围的环境和动态信息，及时发出报警信号，避免或减小交通事故的发生。
本文主要介绍汽车防撞报警系统设计的相关技术原理和实现方法，旨在提高汽车行驶的安全性，为驾驶员提供更加安全、舒适的驾驶环境。
一、汽车防撞报警系统设计原理1.1 汽车防撞报警系统概述汽车防撞报警系统是一种集多种传感器、现代信息技术、控制单元等技术于一体的汽车安全保护装置。
它通过多种传感器来实时监测汽车周围的环境和动态信息，比如车速、车距等，一旦检测到有碰撞的危险，控制单元就会立即发出报警信号，提醒驾驶员注意，避免或减小交通事故的发生。
1.2 系统技术原理汽车防撞报警系统包括多个部分，主要有传感器、控制单元、报警器等，其技术原理如下：1）传感器传感器是汽车防撞报警系统的重要组成部分，其作用是感知车辆周围的环境和动态信息，将数据传递给控制单元。
通常用于汽车防撞报警系统的传感器主要有如下几种：（1）超声波传感器超声波传感器是一种常用的距离检测传感器，可以检测车辆前方的障碍物，计算出与前车的距离，从而判断是否存在碰撞危险。
（2）摄像头摄像头是一种视觉传感器，在汽车防撞报警系统中主要用于识别路标、车道和车辆等信息，同时也可以用于行人识别和交通信号灯感知。
（3）雷达传感器雷达传感器是一种远距离检测传感器，可以检测周围车辆的行驶状态，计算出与前车的距离和速度，从而判断是否存在碰撞危险。
（4）惯性传感器惯性传感器可以检测车辆的加速度、速度和方向等信息，常用于制动系统和 ESC （电子稳定控制系统）中。
2）控制单元控制单元是汽车防撞报警系统的核心部分，其作用是通过计算传感器传来的数据，判断车辆是否存在碰撞危险，并根据需要发出报警信号。
汽车防撞预警系统设计
汽车防撞预警系统设计一、系统概述汽车防撞预警系统主要由传感器、控制器、报警装置和执行机构四部分组成。
传感器负责实时监测车辆周围的环境信息，控制器对收集到的信息进行处理和分析，判断是否存在碰撞风险，如有风险，立即启动报警装置并控制执行机构进行干预。
二、传感器选型与布局1. 传感器选型为实现全天候、全方位的监测，本系统选用毫米波雷达、摄像头和超声波传感器三种传感器。
毫米波雷达具有穿透力强、抗干扰能力强等优点，适用于雨雾等恶劣天气；摄像头可识别道路标志、行人和车辆等目标；超声波传感器则用于检测车辆周围的近距离障碍物。
2. 传感器布局根据车辆结构和行驶需求，本系统将传感器均匀分布在车辆的前后左右四个方向，确保无死角监测。
具体布局如下：（1）前方：安装两个毫米波雷达，分别位于车辆前保险杠两侧，覆盖前方120°的监测范围。
（2）后方：安装一个毫米波雷达，位于车辆后保险杠中央，覆盖后方60°的监测范围。
（3）左右两侧：各安装一个摄像头，分别位于车辆左右两侧，覆盖左右两侧60°的监测范围。
（4）四周：安装四个超声波传感器，分别位于车辆前后保险杠和左右两侧，用于检测近距离障碍物。
三、控制器设计1. 算法设计（1）数据预处理：对传感器采集到的数据进行去噪、滤波等处理，提高数据质量。
（2）目标检测与识别：通过摄像头识别道路标志、行人和车辆等目标，结合毫米波雷达和超声波传感器数据，确定目标的位置、速度等信息。
（3）碰撞风险评估：根据目标的位置、速度等信息，计算与本车的相对距离和相对速度，预测未来一段时间内可能发生的碰撞情况。
（4）预警决策：根据碰撞风险评估结果，判断是否触发预警。
2. 硬件设计控制器硬件部分主要包括处理器、存储器、通信接口等。
处理器选用高性能、低功耗的嵌入式芯片，满足系统实时性和稳定性的需求；存储器用于存储算法模型和运行数据；通信接口负责与传感器、报警装置和执行机构进行数据交互。
汽车防撞预警系统毕业设计论文
汽车防撞预警系统毕业设计论文汽车防撞预警系统是一种基于先进传感技术和智能算法的车辆安全辅助系统，可以在汽车行驶过程中检测潜在的碰撞风险，并在情况危急时向驾驶员发出警示，起到保障行车安全的作用。
本论文旨在介绍汽车防撞预警系统的设计原理和实现方法，并通过仿真实验验证其效果。
首先，本论文将阐述汽车防撞预警系统的需求分析。
通过调研市场上已有的类似产品以及分析汽车事故的原因和危害，确定汽车防撞预警系统需要具备的功能和性能指标。
本文将重点讨论系统对前方障碍物的识别和跟踪能力、碰撞风险评估算法的准确性和实时性，以及警示手段的有效性等方面。
其次，本论文将详细介绍汽车防撞预警系统的设计原理。
系统主要由传感器模块、信号处理模块和警示模块组成。
传感器模块负责采集车辆周围环境的信息，包括摄像头、雷达和超声波传感器等。
信号处理模块负责对传感器采集的数据进行处理和分析，提取出障碍物的特征并进行跟踪，同时计算出碰撞风险评估值。
警示模块负责向驾驶员发出警示信号，可以通过声音、光线和振动等方式进行。
然后，本论文将探讨汽车防撞预警系统的实现方法。
针对传感器模块，本文将介绍摄像头、雷达和超声波传感器的工作原理和选型方法，并给出传感器的布置方案。
对于信号处理模块，本文将详细介绍特征提取和跟踪算法的设计原理和实现方法，以及碰撞风险评估算法的建立。
对于警示模块，本文将介绍警示信号的设计原则和警示手段的选择。
最后，本论文将通过仿真实验验证汽车防撞预警系统的效果。
通过搭建仿真平台，模拟不同场景下的碰撞风险，评估系统对障碍物的识别和跟踪准确性，以及碰撞风险评估算法的实时性和准确性。
同时，还将评估警示手段对驾驶员行为的影响，以及系统的用户友好性。
综上所述，本论文旨在通过设计和实现一种基于先进传感技术和智能算法的汽车防撞预警系统，为驾驶员提供更加安全和便捷的驾驶体验。
本论文将通过理论分析和仿真实验，验证系统的可行性和有效性。
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汽车防撞预警系统设计摘要：随着现代社会交通运输的需求日益增长，现代汽车的行驶速度越来越快，相应的安全问题也愈发被重视。
于是有了安全气囊、安全座椅等的发展，但只是减轻事故后的人员受伤程度解决不了问题，要从源头上减少事故的发生才是根本。
电子控制技术在交通安全方面的应用发展应运而生。
本设计研究的是汽车防撞预警系统，利用超声波不易受外界环境影响且测量精度高等特点，设计出了以FPGA芯片为主控芯片的智能防撞预警系统，阐述了超声波测距的原理并设计出了所需的硬、软件系统，提出了要实现系统功能所需的关键性技术和一些相关问题。
本文中所设计的汽车防撞预警系统对于提高车辆行驶安全性，降低交通事故发生的风险从而保障安全驾驶具有重要的意义。
关键词：FPGA芯片；超声波；测距；汽车防撞Design of Automobile Anti - collision Early Warning SystemAbstract: With the increasing demand for transportation in modern society, the speed of modern cars is getting faster and faster, and the corresponding security problems are paid more and more attention. So there is the development of airbags, safety seats, but only to reduce the degree of injury after the accident can not solve the problem, from the source to reduce the occurrence of the accident is fundamental. Electronic control technology in the application of traffic safety development came into being.This design is a vehicle anti-collision early warning system, the use of ultrasound is not susceptible to external environment and high precision measurement characteristics, designed to FPGA chip as the master of the intelligent anti-collision warning system, describes the principle of ultrasonic distance measurement and design Out of the required hard, software system, put forward to achieve the system required for the key technology and some related issues. The anti-collision warning system designed in this paper is of great significance to improve the safety of vehicle driving and reduce the risk of traffic accidents so as to ensure safe driving.Keywords：FPGA chip; ultrasonic; ranging; car crash目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 绪论 (1)1.1汽车防撞预警系统简介 (1)1.1.1汽车防撞预警系统定义 (1)1.1.2汽车防撞系统组成 (1)1.1.3当前研究所面临的主要问题 (1)1.2汽车防撞预警系统的发展现状 (1)1.3国内外汽车测距系统设计方案 (3)1.3.1微波雷达测距方式 (3)1.3.2毫米波雷达测距方式 (3)1.3.3超声波雷达测距方式 (3)1.3.4激光雷达测距方式 (3)1.3.5红外线雷达测距方式 (4)1.3.6基于视觉的智能防撞 (4)1.3.7汽车互通信测距系统 (4)1.3.8多传感器组合防撞系统 (4)1.4本课题研究的主要内容 (5)2 汽车防撞预警系统总体设计方案 (6)2.1系统设计方案 (6)2.2 超声波传感器的选择和测距原理 (7)2.2.1 超声波传感器的选择 (7)2.2.2 超声波的测距原理 (8)2.3传感器位置 (9)2.4设计方案的论证 (9)2.5 FPGA对于设计的必要性 (9)2.6 FPGA的结构、工作原理和选型依据 (10)2.7显示器件的选择 (12)2.8本章小结 (12)3 系统硬件设计 (13)3.1FPGA芯片设计 (13)3.2FPGA芯片的引脚功能 (13)3.3FPGA芯片最小系统 (17)3.4串口通信电路设计 (17)3.5超声波发射和接收电路设计 (18)3.5.1超声波发射电路设计 (18)3.5.2超声波接收电路设计 (19)3.6显示报警模块设计 (21)3.6.1数码管显示模块设计 (21)3.6.2报警模块的设计 (22)3.7系统整体电路 (22)3.8本章小结 (23)4 系统软件设计 (24)4.1 系统软件设计整体框架 (24)4.2超声波发射接收模块 (24)4.3 分频模块 (24)4.4 计数处理 (24)4.5 扫描显示模块 (25)4.5 基于FPGA超声波测距系统性能分析 (25)5 总结与展望 (27)5.1 本文的主要工作和结论 (27)5.2 展望 (27)附录 (29)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论1.1汽车防撞预警系统简介1.1.1汽车防撞预警系统定义汽车防撞预警系统属于车辆碰撞警告系统的组件，是预防车辆相互碰撞的一种智能系统。
它会自动检测周围车辆，以便采取措施来避免与行人或障碍物的碰撞，并对驾驶员进行提示或者自动采取一系列规避行为，从而避免碰撞的发生。
该系统核心在于能精准、迅速地测出车辆与障碍物（其他车辆）之间的距离，并及时传递给控制系统，以达到避免碰撞，保证安全的目的。
1.1.2汽车防撞系统组成信号收集系统：运用超声波、红外线、影像、雷达等技术测出本车相对于前后车辆的运动状态以及车距。
数据处理系统：计算机芯片收集、分析并处理信号收集系统传递过来的信息，开始判断当前状态是否安全，如果不是安全状态则启动相应的执行机构干涉当前状态。
执行机构：执行来自数据处理系统的指令并发出警报以提醒驾驶员。
图1.1 汽车防撞预警系统组成1.1.3当前研究所面临的主要问题如何识别是否是人为的误操作以及如何避免过度保护。
如果安全系统过于敏感的话，就会对前后所有车辆的正常靠近发出警报；如果在安全系统认为不安全的情况下，驾驶员想要超车、加速时，系统的执行机构就会进行干涉，这就会导致驾驶员忽略安全系统发出的警告，从而导致安全系统毫无意义。
1.2汽车防撞预警系统的发展现状世界各大汽车公司，在政府支持下的大学正在进行这项研究与开发工作。
日本主要汽车制造商如丰田，日产，本田，三菱等公司，为实现其运输省的发展提出“先进的安全车（ASV）计划”，致力于新型安全车辆技术研发，并取得重要进展进展。
丰田公司则利用毫米波和雷达的测距方法以及CCD相机来监控车辆的行驶状况以及与周边车距。
当两辆车之间的距离小于指定值时，系统会发出一个直观的报警信号，提醒司机。
日产汽车公司采用紧急制动咨询系统，采用先进的车辆距离监控系统跟踪距离动态监控，当需要减速或制动时，用刹车灯提醒司机，及时监控驾驶员控制驾驶踏板在踏步状态下，必要时，汽车的自动制动系统作用下降速度，在最危险的时刻自动制动。
本田使用带有扇形激光束扫描的雷达传感器，不过即使车辆能够在行驶时检测到与前车或障碍物之间的距离，驾驶员收到一个警告信号也来不及采取适当的行动来避免碰撞。
雷达的工作频率一般是60〜61GHz左右，检测范围可达到120米，日产公司研发的雷达测距系统，使用的便是毫米波雷达的测距方式，自带有自适应巡航控制系统。
同样的，德国和法国等欧洲国家也研究过毫米波雷达技术，特别是梅赛德斯-奔驰，宝马等着名汽车制造商，雷达用于FM调频波（Frequency Modulation Continuous Wave），频段选择的是76〜77GHz。
如梅赛德斯-奔驰汽车公司和英国劳伦斯电子联合开发的汽车防撞报警系统，检测距离达到150米，当实际测量车距小于安全车距时，触发声光报警器报警，并且该系统现实已经应用。
美国的汽车防撞技术的发展相对更加先进，福特汽车公司所开发的汽车防撞系统的工作频率为24.725 GHz，检测范围约为106米左右。
据说，该系统理论上可以根据转弯的角度信息适应道路的转弯，只能检测车道的车辆信息，以避免目标对车道的影响。
戴姆勒- 克莱斯勒的碰撞结构主要是两个测距仪和视频系统，她可以测量安全距离，发现在障碍物前面，电脑可以自动触发制动装置。
戴姆勒- 克莱斯勒的实验结果表明，速度为每小时32.18公里/小时，距离障碍物2.54厘米处停车。
中国汽车防碰撞系统与国外发达国家的研究与开发存在较大差距，近年来已有若干研究机构，大学和公司厂商进行了这项研究。
雷达雷达等特写报警现在正在蓬勃发展的车辆上安装使用，但国内长距离测量的生产一般不能满足要求，距离距离远离距离远的距离误差远远不及公路安全车距离要求，还需要进一步研究。
1.3国内外汽车测距系统设计方案1.3.1微波雷达测距方式因其探测近距离优越的性能而广泛应用于汽车防撞及工业物位领域，但这种测距方式成本较高，经济适用性较低，对路障的检测不准确，不利于广泛应用。
1.3.2毫米波雷达测距方式探测器发出雷达波，收集反射的雷达波，找到目标并定位，定位距离盲区没有距离，并且容易实现非常高的距离分辨率。
然而，由于干扰源，杂波消除和多目标测量要求，毫米波雷达测距在微处理器上计算，分析能力要求高，另外检测器发射机和接收机同时发挥功能，当检测距离远时，所需的功率将变得非常大，导致距离方法的距离受到限制。
1.3.3超声波雷达测距方式作为一种非接触型检测方式，超声波的波长短，方向性强，且辐射可以定向，反射效果也比较好。
这些特点有利于以超声波作为介质来测量物体的位置，距离和形状。