1、本科毕业论文（20 届）汽 车 防 追 尾 的 自 动 提 示 及 报 警 装 置 设 计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目 录摘要 IIIAbstractIV第一章 绪论 11.1 研究目的和意义 11.1.1 研究目的 11.1.2 研究意义 11.2 国内外研究现状及应用 21.3 主要研究内容 3第二章 传感器选择及应用 42.1 传感器类型的选择 42.1.1 传感器的主要类型 42.1.2 传感器的选择 62.2 超声波传感器的测距原理 62.2.1 超声波传感器简介 62.2.2 利用超声波传感器的测距原理及实现 7第三章 硬件
2、设计 93.1 超声波传感器测距的基本方案 93.2 单片机的最小系统 103.3 超声波的模块设计 113.3.1 发射电路 113.3.2 接收电路 123.3.3 报警电路 133.3.4 显示电路 133.4 超声波时系图 21第四章 超声波测距的部分软件的设计 234.1 超声波测距的基本流程 234.2 程序 234.2.1 主程序 234.2.2 报警程序 264.3 系统中可能出现的误差及改进 30第五章 总结 32参考文献 33致谢 34汽 车 防 追 尾 的 自 动 提 示 及 报 警 装 置 设 计摘 要随着公路交通事业的迅猛发展，目前我国高速公路的总长已经跃居世界第二。
3、高速公路的大力发展，产生了极大的经济效益社会效益。然而，高速公路作为一种新生事物，其安全管理、交通控制及信息采集与处理的若干关键技术还没有很好地掌握，因此，“高速”会带来触目惊心的安全负面效应。在车流滚滚的路上，每一辆车都是由个性不同的人在驾驶，每一个人素质不同性格各异，那可是男女老少，什么人都有。有些人开车打手机看短信，有些人不提示乱超车，更多的人则缺乏安全车距的概念，更有甚者有的人简直是贴地飞行啊，所以我们从观念上就要认识到，上路就是在跟车打交道。这样想的话，你在路上就会警惕得多，车距就会大得多。为了减少汽车追尾事故的发生，本文介绍了预防公路追尾提示以及报警装置系统，系统由发射接收单元、中
4、央控制单元、报警电路和显示输出电路构成。信息采集单元由超声波传感器完成对车辆运行状态信号的采集，中央控制单元对输入信息进行分析、处理，完成防碰撞预测与判断能力，报警电路产生警报，提醒驾驶员采取措施以避免追尾事故产生，系统还具备显示功能。关键词：传感器；汽车追尾；报警、显示系统Automatic Automobile Rear-end Design Tips and Alarm DeviceAbstractWith the rapid development of road transport, the current total length of highways has been the
5、second largest in the world. Highway to develop, resulting in great economic social benefits. However, the highway as a new thing, its safety management, traffic control and information collection and processing of a number of key technology is not well mastered, so the “high speed“ will bring negat
6、ive effects of shocking security. In the traffic rolling on the road, every car is different from the people in the driving personality, personal qualities of each different different characters, and that men and women, but what people have. Some people drive to play phone messages, some people do n
7、ot prompted chaos overtaking, more people lack the concept of safe distance between vehicles or, worse, some people simply stick to the ground, ah, so we must recognize from the concept , the road is dealing with the car. Think so, you will be vigilant on the road much more distance between vehicles
8、 will be much larger.This article describes the road to prevent rear-end tips, and alarm system, the system by the acquisition unit, the central control unit, the alarm circuit and the display output circuit. Information collection unit by a single chip ultrasonic sensors to complete the vehicle run
9、ning state signal acquisition, the central control unit to input information for analysis, processing, completed predict and judge the ability of anti-collision alarm circuit to generate an alert to remind drivers to take measures to avoid rear-end accidents have The system also has display. Keyword
10、s:Sensors, Rear-end Collision,Alarm,Display System第一章 绪论1.1 研究目的和意义1.1.1 研究目的道路交通安全事关人民群众的安居乐业，事关社会的和谐稳定，建立健全道路安全体系是保障与改善国计民生的重大社会工程。由人车路（含交通环境）构成的系统是一个闭环系统，一切交通活动都是发生在这个系统之中的，这个系统中的任何一个组成部分的正常机能受到破坏，都有可能引发道路交通事故 1。因此，引发道路交通事故的基本要素必然是人（主要是驾驶员） 、车辆、道路和交通环境。大多数交通事故是由于驾驶员、车辆、道路和交通环境等在内的综合系统的协调性失衡造成的。近几
11、年，我国道路交通事故平均 60 多万起，亡人 10 万左右，伤亡率居高不下，仅中保集团每年赔付金额高达 160 多亿元，其中一半是碰撞造成的损失，约 40 亿元是追尾事故造成的。在事故形态中，交通追尾事故占到了 20%左右，是交通事故的主要形态，随着汽车工业的发展和高速公路的兴建， “汽车追尾” 问题已日趋严重。在现代事故中“汽车追尾 ”的危害性是很大的，特别是在城市，道路追尾事件也越来越频繁发生。研究表明：如果驾驶员能够提前一秒意识到有事故危险并采用相应的正确措施，则事故可以下降 90%，由此可以减少事故的直接经济损失 30%以上 2。因此，开发公路追尾预警装置，可以为驾驶员争取一定的时间，
12、以便有充足的时间采取相应的措施，从而避免事故发生。1.1.2 研究意义车辆行驶过程中的避险措施主要由制动和转向两部分组成，而对于追尾避险过程，驾驶员的制动行为特性将直接影响避险成功与否。汽车追尾作为道路交通事故的主要形式之一，有以下几种情况：(1)驾驶员因为疏忽大意，超速行驶而造成的追尾相撞事故。(2)因道路施工和发生交通事故引起车辆阻塞时，易发生追尾事故。(3)当汽车间的行驶距离缩短，驾驶员精力不集中，发现前方汽车因为种种原因减速或者停车，因来不及采取措施而造成的追尾事故。(4)因雨雪天气，能见度降低，路面湿滑，驾驶员不注意就会发生追尾事故。(5)因驾驶员把驻车看成是行驶中的汽车，待行驶近后
13、发现是驻车而踏制动踏板时，因来不及而造成的追尾相撞。(6)在高速公路上坡坡道上，最容易发生汽车追尾事故 3。可见高速公路行驶中导致追尾事故发生的因素的众多的，驾驶员的驾驶行为和反应时间，速度的选择，前后车距的保持，路面状况，交通量以及异常的天气状况等。本文应用超声波传感器来提示驾驶员采取措施避免追尾事故的发生，是一件比较复杂的事情，本文试图从超声波测距原理的观点建立一种追尾预测模型。1.2 国内外研究现状及应用美国加利福尼学的研究者指出，1994 年发生的 150 多万起追尾碰撞事故，其半数以上都能够由追尾碰撞避免系统所预防：日本研究者指出，借助于追尾碰撞预警系统，能使驾驶动响应时间缩短，使追
14、尾事故数量减少，追尾碰撞降低率可达 62。多年来，对追尾碰撞预警系统和避免系统进行了大量研究；美、英、德、同的不少汽车公司(如德国的奔驰，日本的三菱、马自达、日产、本田及富土重工等)开展了车辆追尾碰撞避免系统的研究，其重要度在日本和德国分别达到 69和 61 4。在道路引起汽车追尾的原因是多方面的，众所周知的诸如行车环境单调、气候条件差等易于诱发汽车追尾事故外，主要车速过高，行人对道路环境的影响，驾驶员未能保持相应的安全跟车距离，刹车不及所致。可见要防止城市道路追尾事故发生，关键在于保持车辆的安全跟车距离，保证驾驶员有足够反应时间来应对紧急情况。以上是研究追尾事故的主要目的，开发防追尾碰撞预警
15、系统。国内一些学者部分在国外的基础上，对于追尾概率的研究提出了自己的研究思路，建立追尾的数学模型。熊和金等人在分析了汽车追尾的原因后，基于神经网络理论，建立了追尾的 BP 网络模型，并讨论了追尾预测系统的技术实现方案。侯志祥等人则应用自适应神经模糊推理系统，建立了汽车追尾的 ANFIS(自适应神经模糊推理系统)概率模型，计算出在不同车速差和行车间距时的汽车追尾概率。该概率模型为汽车追尾建模提供了一个新的思路，对模型进行实时校正后用于追尾预测的距离并作出相应的提示，对避免汽车追尾具有指导意义。1.3 主要研究内容科技进步使得今天的超声波传感器坚固耐用并有着精确的感应能力，这些新技术使得超声波传感
16、器可以更加简单、灵活。这些新增的特性拓展了一个新的应用领域，完全超越了传统的超声波传感器的应用。现在的超声波传感器提供给了机械设计师，在工业领域发现了一个新的、极具创造性的解决方案。本论文研究的内容是基于单片机超声波测距系统，分别对超声波发生电路、回波接收电路、数码显示电路、报警电路及系统软、硬件各个部分进行了研究，在每个方面也比较划算。主要内容有以下几点：1.根据测距技术的特点，进行超声波测距的整体研究与设计。2.针对超声波测距系统的整体功能作出相应的处理与分析。3.对超声波发射、接收电路进行设计。4.对电路设计与分析，并对发射和接收时间进行测量。5.LCD 液晶显示文字提示后面驾驶员以避免
17、追尾。6.系统主程序、报警程序以及显示程序的设计。从而有力地支持汽车的追尾规避运动，降低追尾事故发生的可能性。从而降低驾驶者不必要的麻烦，使驾驶更方便、更安全。第二章 传感器选择及应用2.1 传感器类型的选择2.1.1 传感器的主要类型 汽车防追尾最关键和最基本的技术是车辆测距技术,现在运用在汽车上的测距方法主要有超声波测距，雷达测距，激光测距，和夜间应用的红外线测距等几种方法。（1）超声波测距；超声波一般指频率在 20 KHz 以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点，超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时,超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲,并给
18、测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。 超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物 位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在汽车追尾的研制上也得到了广泛的应用。 （2）激光测距；激光在检测领域中的应用十分广泛，技术含量十分丰富，对社会生产和生活的影响也十分明显。激光测距是激光最早的应用之一。
19、这是由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等许多优点。传输时间激光传感器工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经过目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快 5。在汽车测距系统中，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光测距仪器工作环境处于高速运动的车体中，振动大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，
20、同时还要考虑省电、低价、对人体安全等因素。这些决定了其汽车基本上不采用激光测距。（3）红外线测距；红外线的波长比可见光长，是肉眼看不见的光，有显著的热效应和较强的穿透云雾的能力。同时，任何物体在任何时候都会发出红外线。车载仪器通过发射并接收前方物体反射回的红外线，依据信号的强弱及波长的不同，同时分析时间差，可分析出前方物体的性质及与汽车的距离。由于红外线人类肉眼感知不到，具有极强的隐蔽性，夜间同样不妨碍测距仪的工作，故该种测距仪广泛应用在军用汽车上具有极强的隐蔽性，夜间同样不妨碍测距仪的工作，故该种测距仪广泛应用在军用汽车上。 （4）雷达测距；车用雷达首先要解决技术难题就是减少雷达误报。车辆道
21、路中行驶状况十分复杂，并线、移线、转弯、上下坡以及道路两旁静态护栏、标志牌，还有各种恶劣天气影响等，使雷达对主目标识别十分困难，误报率很高。尽管某些雷达具有二维，三维目标探测能力，但迄今为止，没有任何一个传感器能保证任何时刻提供完全可靠信息。要想完全解决好雷达误报问题，还需要采取多传感器之间信息融合技术。生产雷达主要材料 GaAs 和 SiGe 价格一直居高不下，成为车用雷达推广应用瓶颈。另外，雷达及天线小型化与成本造价之间也同样存矛盾。美国飞思卡尔（Freescale）半导体公司率先采用新型硅锗双极 CMOS 材料工艺生产毫米波雷达核心部件射频芯片，使生产雷达价格大为降低。MMIC 最新发展
22、，使固态收发模块雷达中应用达到实用阶段。可将固态收发模块中有源器件和无源器件制作同一块砷化镓基片上，大大提高了固态收发模块技术性能，使成品一致性好、尺寸小、重量轻。可以预见，新材料、新工艺雷达中不断应用，使价格低廉、高性能车用雷达实现和普及成为可能。雷达必须满足电磁兼容性（EMC）要求，即雷达其电磁环境中须符合要求运行，并不对其环境中任何设备产生无法忍受电磁干扰。目前，世界上还没有统一车用雷达使用频带。日本是世界上唯一将车用雷达频段确定 6061GHz 国家。近几年，又将7677GHz 频段作为车用雷达系统使用频段。欧洲，欧盟委员会决定，从 2005 年下半年至 2013 年期间，整个欧盟范围内，将 24GHz 作为车用雷达使用频带。考虑到其他无线通信业务发展，2013 年以后，将频带调整为 79GHz。美国则使用24，7677GHz2 个频带。 ，需要对车载雷达规定统一专用频带，从技术上保证车用雷达无干扰条件下正常使用，确保道路交通安全 6。
