一種預(yù)防汽車追尾碰撞報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　摘要：介紹了預(yù)防公路追尾碰撞報警系統(tǒng)，系統(tǒng)由信息采集單元、中央控制單元、報警電路和顯示輸出單元構(gòu)成。信息采集單元由4種傳感器完成對車輛運(yùn)行狀態(tài)信號采集，中央控制單元對輸入信息進(jìn)行分析、處理，完成防碰撞預(yù)測與判斷功能，報警電路產(chǎn)生警報，提醒駕駛員采取措施以避免追尾碰撞事故發(fā)生，系統(tǒng)還具備顯示功能。

0、引言

　　近年來，中國經(jīng)濟(jì)得到迅猛發(fā)展，私家車擁有量快速增長，公路建設(shè)也快速發(fā)展，與此同時，交通事故頻發(fā)，原因是多方面的，諸如路況差，車速高引起駕駛員視覺變差，氣候條件差等。其中，事故中追尾碰撞居首位，所以預(yù)防交通事故主要是預(yù)防汽車追尾碰撞。

　　鑒于此，本文討論了如何預(yù)防汽車追尾碰撞報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　如圖1所示，系統(tǒng)是由信息采集單元、中央控制單元、報警電路和顯示輸出單元構(gòu)成。

圖1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.1 信息采集單元

　　傳感器是信息采集系統(tǒng)單元重要部分，傳感器是指能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，從而完成檢測任務(wù)。它可將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測量，然后將此信號送入傳感器系統(tǒng)加以處理[1]。最后將引起控制系統(tǒng)發(fā)生變化的原因轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸給控制單元進(jìn)行分析與處理。

　　信息采集單元由測距傳感器、速度傳感器、制動踏板位置傳感器及路面情況選擇開關(guān)組成，用來采集路況和車輛的運(yùn)行狀態(tài)等信息。

　　一、測距傳感器

　　系統(tǒng)采用脈沖式光電傳感器測定距離。本文利用光電傳感器的時差測距原理進(jìn)行工作，即：利用測量往返脈沖間隔時間來獲知距離，測量脈沖間隔方法是在確定時間起止點(diǎn)之間用時鐘脈沖填充計(jì)數(shù)，如圖2所示：恒定光源D發(fā)出的光投射于目的物O，然后反射至光電元件B，根據(jù)發(fā)射和接收之間的時間差距測出距離，這種方法可以得到較高的測試精度。
 

圖2、 時差測距原理圖           
 

圖3、 距離計(jì)數(shù)原理圖

　　二、 速度傳感器
  車速傳感器是利用霍爾效應(yīng)的原理制成的。即在半導(dǎo)體霍爾器件中，當(dāng)磁力線穿過通電的霍爾元件時，會引起霍爾元件電荷的偏移，在元件中引起霍爾電壓UH值發(fā)生相應(yīng)變化，形成脈沖，霍爾傳感器便會輸出轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)放大整形電路輸出整齊的脈沖信號，利用單片機(jī)的外部計(jì)數(shù)接口，檢測脈沖數(shù)，就可以計(jì)算出車輛的運(yùn)動速度。因此，對汽車車速的測量實(shí)質(zhì)上是對轉(zhuǎn)速信號的頻率的測量。

圖4、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器

      三、制動踏板位置傳感器

　　該傳感器用來判斷駕駛員在接收到報警或已認(rèn)識到危險時，是否采取了制動措施降低車速。如已制動，則對報警進(jìn)行抑制。制動傳感器直接從車輛制動指示燈回路中提取電位信號，處理后，作為車輛制動信息的標(biāo)志信號送入控制單元。
 

       
                       圖5、制動踏板位置傳感器                                         

　　四、路面情況選擇開關(guān)

　　本系統(tǒng)采用手動式三觸點(diǎn)路面選擇開關(guān)，用來選定路面摩擦系數(shù)，路面摩擦系數(shù)隨路面情況的不同而變化。駕駛員應(yīng)根據(jù)當(dāng)時的路況來選擇，從而選擇相應(yīng)的開關(guān)位置。
 

圖6、路面選擇開關(guān)
 

　　五、傳感器的測量誤差和補(bǔ)償方法

　　在實(shí)際應(yīng)用中，存在多種因素影響起測量精度，造成測量誤差的主要因素主要有兩類：一類是半導(dǎo)體固有特性，另外一類是半導(dǎo)體的制造工藝的缺陷，表現(xiàn)為零位誤差和溫度誤差。
零位誤差主要是由半導(dǎo)體制造工藝問題引起的不等位電勢造成的，為了消除或減小不等位電勢，可采用圖7所示電橋平衡原理進(jìn)行補(bǔ)償。而溫度誤差是由于半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度等隨溫度變化引起，這種變化程度隨不同半導(dǎo)體材料有所不同，針對溫度變化對傳感器輸出或輸入內(nèi)阻的影響，可采用輸出回路并聯(lián)電阻或輸入回路串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償。[6]
                                 

圖7、不等位電勢補(bǔ)償電路
1.2 中央控制單元、警報輸出單元及顯示裝置

　　中央控制單元是控制系統(tǒng)的中樞，是系統(tǒng)中的信息處理部分，傳感器輸入信息在這里進(jìn)行處理、分析,完成防碰撞預(yù)測與判斷功能，危險時發(fā)出信息給報警輸出裝置,實(shí)現(xiàn)報警,提醒駕駛員采取減速、制動等措施，,避免追尾碰撞事故發(fā)生。

　　系統(tǒng)采用ISP-Flash系列單片機(jī) AT89S8252，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，它可將信息采集單元收集到的信息進(jìn)行處理，并根據(jù)情況向顯示裝置及警報輸出單元輸出控制信號。

　　報警輸出單元電路由三極管外加揚(yáng)聲器等外圍電路構(gòu)成，當(dāng)中央控制單元通過分析確定前方存在追尾碰撞隱患時，便產(chǎn)生一定的信號驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出警報，提醒駕駛員注意以采取必要的措施。同時，系統(tǒng)中的顯示裝置，可由芯片MCS14495驅(qū)動數(shù)碼顯示屏顯示。

2、結(jié)束語

　　文章創(chuàng)新點(diǎn)在于（1）較詳細(xì)的描述了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中每個傳感器的工作原理圖形及具體應(yīng)用原理，選用的ISP-Flash系列單片機(jī) AT89S8252功能強(qiáng)大。（2）對整個傳感器的測量誤差做了分析，并提出了具體的誤差補(bǔ)償解決方法。整個方案較好地完成了預(yù)防汽車追尾碰撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此外，還需考慮虛報警情況等?？傊?，汽車追尾是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,追尾過程的發(fā)生受主觀、客觀因素的影響?？傮w看來，整個設(shè)計(jì)方案較為合理，并可通過完善運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中。