基于超声波测距的汽车电磁防撞装置.docx

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基于超声波测距的汽车电磁防撞装置

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基于超声波测距的汽车电磁防撞装置

随着汽车拥有量的不断增加，安全驾驶越来越成为大家关注的焦点，特别是在天气情况较差或司机处于相对疲劳状态时，汽车防撞系统(CollisionAvoidanceSystem,CAS)的设计和需求就显得更为重要和迫切[1]。目前的汽车防撞系统主要基于激光测距、红外测距以及采用无线收发模块等[2-4]，较新的方案还包括基于UWB技术的无线防撞系统[5]。已有的这些方案主要是根据系统测定的结果，通过语音提示司机人为减速来达到安全驾驶的目的；但是高速行驶中的汽车有着很大的惯性，刹车距离较长，完全依靠司机的临时减速，特别是司机疲劳或者没有集中注意力时，往往很难达到好的安全驾驶效果。

我们设计了一种能够自动辅助减速的防撞装置，使得汽车能够自主提前减速，达到安全驾驶的目的。该设计以STC89C52单片机为主控单元，利用超声波测距，在汽车与其他汽车的距离小于事先设定的安全距离时，启动语音报警装置，提醒司机减速，并同时启动电磁铁减速单元。该装置成本低廉，设计简单，汽车如果能够配备该装置，则可以在行驶过程中达到汽车自主辅助减速的目的。

1系统工作原理

1.1方案框图

汽车电磁防撞装置的具体框图如图1所示，该装置由超声波测距单元、单片机控制单元、语音报警单元以及电磁铁减速单元和复位电路等部分组成。需要说明的是，该装置需要在车前和车后都安装，以起到较为全面的安全防撞作用。

图1汽车电磁防撞装置框图

汽车在行进过程中，车前和车后防撞装置中的超声波测距单元都处于工作状态，当检测到自身与其他汽车的距离小于安全距离时，系统将发送信息给主控单片机单元，单片机将发送相应指令给语音报警单元提示司机采取相应措施，同时汽车中的电磁铁减速单元也会收到单片机的启动指令，两辆汽车的电磁铁减速单元就会迅速启动，电磁铁减速单元可以都设置为同名N极，由于同性磁极的相互排斥作用，使得汽车能够达到自主减速的目的，有效避免了汽车相撞的发生。如果未达到设定距离，则电磁铁单元不会开启，汽车处于正常行驶状态，当然此时的超声波测距单元仍然处于监测状态。

1.2系统工作模式

汽车防撞主要为正面防撞和追尾防撞两类方式，每一类方式中除了在同一车道上的相撞之外，还有可能存在与其他车道上的车辆的左侧相撞或右侧相撞，具体的示意图如图2所示。

a正面防撞示意图

b追尾防撞示意图

图2

图2(a)所示为A车和B车在相向行驶时的示意图，两车车头安装的防撞装置中的超声波测距单元不断监测距离，当检测到两车车头之间的距离达到事先设定的安全距离时，启动各自车头防撞装置中的减速单元，如图2所示，都作为N极出现，则两车间产生排斥力，达到自主减速的目的，起到防止正面相撞的效果。

图2(b)中A车和B车同向行驶，存在追尾的风险，同理，当B车的车速相对较快，B车车头和A车车尾防撞装置中测距单元检测到两车之间的距离小于事先设定的安全距离时，各自向主控单片机发出信息，主控单片机分别下达启动电磁减速单元的指令，使得B车车头和A车车尾防撞装置中的电磁减速单元开始工作，将B车车头和A车车尾装置中的磁极均设为N极，因此产生了排斥力，使得两车有效避免了追尾相撞的事故。

在超声波测距单元电路中，发射和接收超声波的超声传感器，在距离监测中起着关键的作用，传感器在发射超声波时，能量呈扇形分布，但是并不是均匀分布的，一般以传感器的中轴线方向为最强，而向两边逐渐减弱，当发射能量减小到一半左右时，此时的方向与中轴线的夹角称为“波束角”，波束角是超声波传感器探测范围的主要参数，一般在30°左右。因此除了图2(a)和(b)的两种情况外，传感器还可以探测到相邻车道中的汽车，起到左侧防撞和右侧防撞的效果。

通过超声波测距单元电路，利用回波时间计算出相邻汽车之间的距离，进而结合主控单片机，与事先设定的安全距离比较后，如果得出距离过近的结果，单片机启动语音电路和电磁减速单元电路，一方面提醒司机减速，另一方面利用同极磁体的排斥力进行自主减速，最大限度起到正面防撞以及追尾防撞的效果。

2系统硬件电路

2.1主控单片机电路

系统中采用了低电压、高性能的STC89C52单片机，它是STC89C51的增强型号，其中包含了可反复擦写的8kB的程序存储器和12B的RAM，器件采用高密度、非易失性存储技术生产，可以完全兼容标准的MCS-51系统。

STC89C52单片机的工作电压为5V，最高的工作频率为24MHz，有40个引脚，其中包含32个双向的I/O端口，2个全双工通信口，2个读写口线以及3个16位的可编程定时计数器。该单片机中可反复擦写的Flash存储器可以有效降低