汽车防撞控制系统
基于超声波的汽车防撞系统的设计
基于超声波的汽车防撞系统的设计目录1 绪论 (1)2 课题简介及其发展现状 (3)2．1 课题研究现状及其发展意义 (3)2．2 超声波简介 (4)3 总体设计方案 (5)3．1 设计总体思路概况 (5)3．2 超声波测距原理 (6)3．3 超声波传感器 (7)3．4 控制系统框图 (9)3．5 超声波发射装置设计 (9)3．6 超声波接收装置设计 (11)3．7 温度补偿 (13)3．8 显示电路设计 (14)3．9 报警装置设计 (17)4 软件设计 (18)4．1 软件工作流程 (18)4．2 主程序流程图 (19)4．3 超声波的发生子程序和中断程序 (20)5 硬件设计 (20)5．1 芯片的功能及其测距原理 (21)5.1.1 AT89C51的功能特点 (21)5.1.2 单片机实现测距的原理 (22)5.1.3 系统的特点 (22)5．2 超声波测距系统元器件清单 (23)结束语 (25)参考文献 (26)附录 (20)附录1 汽车防撞测距仪原理图 (24)附录2 程序清单 (25)1 绪论曾几何时，汽车对很多家庭来说是不敢想象的。
但随着社会生产力的发展和经济水平的大幅度提高，百姓的收入日益增加，解决了温饱问题的家庭开始奔向小康，表现最明显的是交通工具的升级换代：一些家庭开始购买汽车作为代步工具。
近几年我国汽车保有量逐年增加，2009年的保有量为6300万辆，2010年达到7400多万辆。
按保守估计，未来国内汽车保有量将达到4.9亿辆左右，即大约350辆/千人。
对于汽车数量的大副度攀升，尽管国家在公路设施上不断地改进，但道路上的车辆仍然还是越来越多，尤其在上下班时段完全避免不了汽车拥挤的现状。
再加上汽车设计中车速的不断提高，虽然公路上各路段都有限速，但撞车事件仍然在广大人民的生活中屡屡发生，给人们带来巨大的人身伤亡和社会财产损失。
针对汽车拥挤的现状，设计一种反应快，稳定性好而且经济实用的汽车防撞测距仪对当今汽车行驶安全现状势在必行。
汽车防碰撞控制系统设计与实现
汽车防碰撞控制系统设计与实现李占锋【摘要】随着科学技术的日新月异与汽车工业的快速发展,汽车给人们的生活带来了一定的便捷,与此同时,也给交通安全带来了新的挑战,汽车主动避撞控制系统的研究一直受到人们广泛关注.开展对汽车防撞系统的研发能够有效的降低交通事故的发生,减少人员以及财产的损失.主要对汽车主动避撞控制系统进行分析,设计相应的控制系统,来操控汽车主动避让前方的危险交通状况,有效的提高汽车行驶的安全性,在实际应用中具有非常重要意义.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2018(034)008【总页数】3页(P64-66)【关键词】主动避撞;防撞系统;研究分析【作者】李占锋【作者单位】陕西交通职业技术学院汽车工程学院,西安71018【正文语种】中文【中图分类】U463.60 引言根据交通管理科学研究所所发布的我国近几年的交通事故数据统计，近80%的交通碰撞事故都是由于驾驶员反映不及时所造成的，在人、路、车交通三要素中，人是可知性最差的一个环节，也是不可控的一个要素。
当驾驶员发现前方障碍物时为时已晚，造成严重的经济损失与人员伤亡。
所以，结合当今先进的科学技术、传感技术以及控制理论，为汽车设计主动避让系统成为科研工作者的热门话题。
在发生紧急交通事故时，驾驶员大多采用紧急制动或者安全转向来避免。
在汽车智能化发展的趋势下，本文主要以制动及转向避撞为基础，来设置汽车避撞方式决策机制，根据汽车的实际行驶状况来设定合理的避撞模式[1]。
1 国内外汽车避撞控制系统研究现状及特征运用信息的感知、动态辨识、控制技术等提高汽车的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统的主要研究内容，世界各大汽车公司都在开展这方面的研究工作。
日本各大汽车制造企业如丰田、本田、三菱等公司，都致力于新型安全汽车技术研究开发并且取得了非常重要的进展。
丰田汽车公司使用毫米波雷达和CCD摄像机对车距进行动态检测，当两车距离小于规定值时，将会发出直观的警报信号告知驾驶员。
汽车自动防撞系统历史
维基百科，自由的百科全书【摘】汽车防撞系统（英语：collision avoidance system）是一种利用通讯、控制与资讯科技侦测车辆周遭的动态状况，以辅助汽车驾驶人的安全科技。
依各家车厂不同的命名，另有预防碰撞系统（pre-crash system）、前方碰撞预警系统（forward collision warning system）、减少碰撞系统（collision mitigating system）等异称。
∙车道变换辅助系统（Audi Side Assist）：车尾的雷达感测器可侦测是否有车辆位于盲点区域，若系统侦测有车辆，能在驾驶人打方向灯并变换车道时，快速闪烁车侧后视镜的LED灯号，以警告侧边有来车接近。
∙车道偏离警示系统（Audi Lane Assist）：运用摄影机侦侧车道标线，若系统发现车辆开始偏移，便以震动方向盘的方式警告驾驶人；万一仍不修正偏移，则会介入并让车辆维持在车道之中。
∙预防追撞前车系统（Audi Pre Sense Front）：以雷达侦测与前车的距离，若系统判断车距过近，先是透过警示信号提醒驾驶人减速；若驾驶人并未减速，刹车辅助系统便会介入刹车，甚至加强刹车力道。
假设碰撞无可避免，此系统能够在碰撞发生前0.5秒完成所有的减速，大约可降低车速达40km/hr，同时启动警示灯后告知后方来车，且维持紧闭车窗与天窗、紧缩安全带，以减少追撞意外对乘员的伤害。
BMW德国BMW在2013年中期发表互联驾驶系统（BMW ConnectedDrive），整合了资讯、娱乐、行车辅助等多项功能，其中跟汽车防撞相关的功能包含下列：∙主动式定速控制系统（Active Cruise Control）：此系统可与碰撞警示暨刹车启动系统、车道变换警示系统、怠速熄火功能等一同连动。
在巡航定速的状态下，当前方车辆进入感测器的监控范围时，系统会自动降速以保持安全间距；等到前方车道净空时又恢复原先设定的时速。
汽车防碰撞控制装置系统分析
即从激光 扫描雷达所获 “ 距 离与方位 ” 的大量 数据组 中抽取有用 数据。第二步是进行安全危险判定 ， 即判断追尾碰撞的危 险程度 。 ２ 雷 达 防碰 撞 装 置 车辆行驶 路径是根据后 面的汽车 动力学特征 ， 如 车速 、 转 向角及 雷达是利用 目 标对电磁波的反射来发现 目标并测定其位置的。 横 向摆动速率等来估算 的。 ２ ． １ 雷达系统的组成及工作原理 。 雷达的组成及简单工作原理如 根据路 面状 况 、 后 面车速及 相对 车速 ， 计 算 出“ 临界 车 间距 离” ， 该值 是由路径估算方法确定的车间距离的微分值 。 判 定安全， 图１ 所 示 危险 的方法 ， 就是将 实际测量的车间距离与临界车 间距 离进 行 比 较 。在临界车间距离非常接近实 际测量 的车间距 离的某一时刻 ， 报警器发出警告信号 。当临界车间距离等于或小于实际测量 的车 间距离时 ， 自动制动控制系统启动 。 ３ ． ３ 带有 自动制动操作机构 的车辆控制 。由安全， 危险预警 信号 控制 的 自动制动操 作机构 ， 配有 防抱死 制动 系统 ， 并 采用高 速电 图１ 雷达 的 组 成及 简单 工作 原 理 磁 阀进行纵 向加速度反馈控制 。该 自动制动操作机构的优点是 ， 如果驾驶员 的脚 制动力大于 自 雷达工作 时 ， 定时器触发调制器 ， 调制器 产生调制脉 冲 ， 使振 当 自动操作机构处于工作状态 时 ， 那么驾驶员 的脚制动力有效 。一旦 自动 荡器产生大功率脉冲信号经 天线 向空 间辐射电磁波。在天线控制 动制动控制 的前动力 时， 脚 制动系统并 不受影响 ， 由于采用液压 制动 系统 的作用 下 ， 天线波束按规定 方式在空 间扫描 。若 电磁波遇到 制 动操作机构失灵 ， 目标 ， 则 目标反射 回来 的回波信号经 天线 接入接 收机 ， 在通 过信 分泵 ， 不会使两液压 回路之间产生压差 。 号处理后 ， 最后送到终端设备 ， 得 到 目标 的坐标工作原理。 通过试验使用表 明， 这 种基于汽车间 的距离 、 相对速度 、 后面 ２ ． ２ 电磁波雷达 防撞装置 。在 汽车行驶过程 中 ， 当发射机采用微 车辆 的速度及道路状 况等信息建立 的安全／ 危险情况 判定法 ， 不仅 波调频连续波体 制发射 电磁波时 ， 雷达窄波束 向前发 射调频连续 可避免与前 面暂停车辆或停驻 车辆 的追尾碰撞 ， 而且还 能防止与 波信 号。当发射信号遇到 目标时 ， 被反射 回来 的电磁 波被 同一天 前 面实施紧急制动的车辆之 间的追尾碰撞 。这个系统在保护乘客
汽车防碰倒车撞报警系统设计.
目录摘要 (1)目录 (1)绪论 (3)第一章汽车防撞报警系统设计简介 (4)1.1 设计概要 (4)1.1.1设计任务与要求 (4)1.1.2研究方法 (4)1.1.3解决的关键问题 (4)1.2 汽车防撞报警系统设计的意义 (5)第二章设计思路分析 (7)2.1 系统总体方案 (7)2.2 工作原理 (8)2.3 控制器AT89C2051的功能特点 (8)第三章系统硬件电路设计 (9)3.1 系统硬件方案设计 (9)3.2 遥控器控制框图 (10)3.3 工作原理剖析 (11)3.3.1传感器的选择 (11)3.3.2超声波的发射与接收电路 (11)3.3.3测速原理 (12)3.4 实物设计所能达到的功能及操作说明 (12)第四章系统软件电路设计 (14)4.1 主程序 (14)4.2 串口通信模块——transplant．C (15)4.3 程序编写 (16)第五章调试与测试 (18)总结 (19)参考文献 (20)附录1 (20)附录2 (22)致谢 (25)绪论随着时代的发展及社会的进步，越来越多的汽车进入了普通人的家庭。
汽车逐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。
尽管公路条件在不断地改进，但仍然避免不了公路上汽车拥挤的现状，再加上设计车速不断提高，恶性交通事故无时无刻不在发生，给人们和社会带来了巨大的生命与财产损失。
汽车防撞报警系统也因此应用而生。
汽车防撞报警系统是一种当汽车离障碍物较近时向司机预先发出报警信号的装置，通常系统的各个探测器安装于汽车的几个关键的车身部位，能探测到接近车身的行人、车辆和周围的障碍物，能向司机或乘客提前发出即将发生撞车危险的信号，促使司机甚至撇开司机采取应急措施处理特殊险情，避免损失。
同时当汽车发生故障时，可以通过按动警示信号键向过往的车辆发送无线警示信号，提醒过往车辆的司机注意，从而更有效地避免交通事故的发生。
汽车的各种方便性正不断地被人们所接受，现如今如同是一般的家用电器一样地进入平常百姓的家中，开发本系统，可以广泛地安装于各种家用轿车、客车、货车等，如与车载微型电脑相配合，可以实现更多的人工智能化操作，是实现汽车无人驾驶必不可少的一个组成部分，也是未来汽车的发展方向，因此运用前景是相当可观。
防撞雷达--汽车防碰撞系统的核心
防撞雷达--汽车防碰撞系统的核心随着汽车的智能化和自动化程度不断提升，汽车防碰撞系统越来越受到人们的关注。
而防撞雷达则是汽车防碰撞系统中的核心部件之一。
本文将从防撞雷达的基本原理、不同类型、应用现状等方面展开论述。
一、防撞雷达的基本原理防撞雷达是一种利用无线电波实现距离检测的装置，其工作原理基于雷达信号的反射。
当发射的无线电波遇到障碍物并被反射回来后，系统通过测量反射信号的强度、频率和相位等参数计算出障碍物的距离和方位。
通过不断扫描周围环境，防撞雷达可以实时监测到汽车周围的障碍物，并根据其距离和方位发出警示或控制汽车的行驶路线，从而避免碰撞事故的发生。
二、不同类型的防撞雷达目前市场上常见的防撞雷达有超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达三种类型。
超声波雷达主要基于超声波的反射原理，具有响应速度快、成本低等特点，但其检测距离较短，且易受到环境噪声的干扰，因此在实际应用中受到了一定的限制。
毫米波雷达则利用毫米波信号实现距离测量，具有高精度、高灵敏度和抗干扰能力强等诸多优点，被广泛应用于自动驾驶汽车及其他智能化汽车领域。
激光雷达最大的优势是其精度非常高，可以实现高精度三维地图构建。
但由于成本较高，一般只被用于高档车型或自动驾驶领域等特定场合。
三、防撞雷达的应用现状近年来，随着智能化汽车的流行，防撞雷达的应用范围也越来越广泛。
目前，防撞雷达已成为主流汽车防碰撞系统的核心部件，且将在未来持续发挥着重要作用。
例如，在一些高端车型中，防撞雷达已经被用于实现自适应巡航和自动泊车等功能；在一些中低端车型中，防撞雷达也被广泛地应用于倒车雷达、前方障碍物检测等功能。
据统计，到2025年，全球汽车雷达市场规模将达到480亿美元，其中防撞雷达的市场份额将占据更大比例，可见其广泛应用的前景。
综上所述，防撞雷达作为汽车防碰撞系统的核心部件之一，具有重要意义。
其基本原理、不同类型以及应用现状的了解，将有助于我们更好地理解汽车防碰撞系统的工作原理，掌握防撞雷达的选型与应用技能，提高汽车的安全性和智能化程度。
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。
汽车自动防撞系统工作原理
汽车自动防撞系统工作原理
汽车自动防撞系统通过集成传感器（如毫米波雷达、激光雷达、超声波传感器和摄像头）实时监测车辆前方及周边的障碍物距离、速度和运动方向。
当系统预测到可能发生碰撞时，即计算出的安全距离不足或碰撞时间（TTC）过短时，数据处理单元会迅速分析并发出预警信号，必要时控制刹车系统进行自动减速或紧急制动，以避免或减轻碰撞损害。
整个过程包括实时监测、信息处理、风险评估和主动干预等阶段，旨在提升行车安全。
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4.汽车雷达防撞系统发展状况 汽车雷达防撞系统在美国一些公司研制开发的时间较 长，有的已有十几年或几十年的历史，产品目前已进入 商品化实用性阶段。一些工业化国家如日本、澳大利亚、 法国和德国也都处于大力推广应用时期。我国在此方面 起步较晚，到目前为止开发出的产品仍处于初级阶段。
四、倒车雷达
1.倒车防碰撞系统的组成 汽车倒车防碰撞系统由超声波传感器(俗称探头)、控 制单元和显示器(或蜂鸣器)等部分组成，如图3-5所示。 奥迪等中高档车型倒车防碰撞装置在车辆前部有4个传感 器，如图3-6所示。在后保险杠上涂漆的区域装有4个超声 波传感器，即左后传感器、左后中传感器、右后中传传感 器外形如图3-7所示，可发送超声波和接收反射后的超声 波。电子系统利用发送和接收到的超声波计算汽车与障碍 物的距感器、右后传感器，如图3-7所示。离。
2.扫描式激光雷达 最早的前方用激光雷达都是发出多股激光光束，并依 靠前方车反光镜的反射时间来测定其距离。但是由于要 对前方车辆进行辨别，因而后来开始采用扫描式激光雷 达。这样，不但至前方车的距离可测，而且其横向的位 置也可以检测出来。此技术的进一步发展，可使扫描角 度成360°。这样，如果在车辆四角设置类似的扫描式激 光雷达，那么车辆四周的障碍物都可以测出。
汽车防碰撞控制系统如图3-1所示。
一、汽车防碰撞控制系统主要。
二、测定汽车行驶安全距离的主要方 法
(1)超声波测距。利用超声波回声测距的基本原理。 (2)雷达测距。利用电磁波反射来发现目标并测定其 位置。 (3)激光测距。其工作原理与雷达测距相似，具体的 测距方法有连续波和脉冲波两种。
任务二 汽车防撞控制系统的结构与工作原 理
一、超声波测距防撞控制系 统
1.超声波测距基本原理
超声波(声呐)是一种特殊的声波，具有声波传输的 基本物理特性，即反射、折射、干涉、衍射、散射。超声 波测距就是利用其反射特性。
超声波发射器不断地发射出40kHz超声波，超声波遇 到障碍物后反射回反射波，超声波接收器接收到反射波 信号，并将其转换为电信号，测出发射与接收到反射波 的时间差t，即可求出障碍物到汽车的距离s：
二、激光测距防撞控制系统
激光扫描雷达安装在车辆前端的中央位置，将测得 的车距和前面车辆方位信号送入防碰撞预测系统。激光扫 描雷达的扫描角和视域如图3-3所示，激光束的视域窄并 呈肩形，即在水平面上较薄，在垂直面上呈肩形。
1.防追尾碰撞激光报警装置 这种装置包括发光部、受光部、计算车间距离的激光 雷达、信号处理电路、显示装置以及车速传感器等。 能够更早地检测插入车流的车辆，同时还能识别弯道 上的标识物，随时发出警报，使之达到最优状态。 控制部分由微机进行下列运算，本车车速、前方行驶 车辆的车速、车间距离、根据车间距离和安全车间距离 比较发出警报声或报警灯闪烁。显示装置安装在仪表板 上进行距离显示。
任务一 汽车防撞控制系统概述 任务二 汽车防撞控制系统的结构与工作原理
学习目标
1.汽车车前防撞控制系统的结构。 2.汽车车前防撞控制系统工作原理。 3.熟练对倒车雷达进行安装与调试。 4.能运用仪器检修典型汽车车前防撞控制系统故障。
任务一 汽车防撞控制系统概述
是主动安全系统，是一种可向驾驶员预先发出视听警告 信号的探测装置，主要是解决汽车行驶的安全距离问题。
当发射信号遇到目标时，被反射回来为同一天线接 收，经混频放大处理后，可用其差拍信号间的相差来表 示雷达与目标的距离，把对应的脉冲信号经微处理器处 理计算可得到距离数值，再根据差频信号相差与相对速 度关系，计算出目标对雷达的相对速度。
微处理器将上述两个物理量代入危险时间函数数字 模型后，即可算出危险时间。
该系统能探测企图接近车身的行人、车辆或周围障碍物； 能向驾驶员及乘客提前发出即将发生撞车危险的信号，促使 驾驶员甚至撇开驾驶员采取应急措施来应对特殊险情，避免 损失。
在正常行驶时，该系统处于非工作状态。当本车的车头 非常接近于前车的车尾时，该系统将发出防追尾警告。
在发出警告后，如果驾驶员没有采取制动减速措施，该
三、雷达测距防撞控制系 统
汽车电磁波雷达防撞系统，是利用电磁波发射后遇 到障碍物反射的回波，对其不断检测和计算与前方或 后方障碍目标的相对速度和距离，经分析判断，对构 成危险的目标按程度不同进行报警，控制车辆自动减 速，直到自动制动。
1.汽车电磁波雷达防撞系统的工作原理 图3-4所示为该系统组成的方框图，当发射机采用微 波调频连续波体制时，在车辆行进中雷达窄波束向前发 射调频连续波信号。
当危险程度达到各种不同级别时，分别输出报警信 号或通过车辆控制电路去控制车速或制动。
2.汽车防撞雷达主要技术参数 (1)作用距离不少于100m，误差±0.5 m； (2)微波发射频率24.125 GHz。 3.汽车防撞雷达主要功能 (1)测速测距； (2)对前方100 m内危险目标提供声光报警； (3)兼备汽车黑匣子功能； (4)自动巡航系统(行驶过程中自动保持与前面行驶车辆 之间的距离)； (5)紧急情况下起动自动制动系统。
式中：c——超声波音速。 超声波也是声波，c即为声速。声速c与温度有关，如表 3-1所示。
一般情况下，可以认为声速是基本不变的。如果测距精 度要求很高，可以通过温度补偿的方法加以校正。当将声速 作为常数时，只要测得超声波信号往返的时间，即可求得距 离，并将距离用数字显示出来，如图3-2所示。
超声波雷达倒车防撞系统组成： 超声波振荡器、 检测器、 控制器、 报警电路等。
三、汽车防碰撞控制系统的发展趋 势
将伴随微电子、光纤、红外等技术的进步而得到新的 发展。汽车防撞系统未来的发展方向为：
(1)为满足高速行驶，进一步增大探测距离； (2)降低成本和售价，供在用车改装和新车安装使用； (3)与自动驾驶仪形成反馈系统，按时间响应，排除 人为影响，正确保持车距或做出机动避让； (4)向智能化方向进一步拓展。