浅析智能汽车防撞报警器的设计开发
时间：2021-01-28 00:05:02 来源：达达文档网 本文已影响 人 
艾杨 庞文凤 左静洁
【摘要】在当下，智能技术高速发展，人们对智能汽车的安全性能极为重视。本文主要进行的是一种汽车新型防撞系统的研发分析。在该系统中，运作原理是超声波的利用，系统发射并接收超声波信号，然后对其中的时间差进行计算，之后得出距离，最后决定是否需要进行报警。在该系统中，包含很多元件，最为主要的是发生器电路，换能器以及线性功率放大器。另外在系统中也是进行了三个防干扰策略的设置，在利用防干扰功能后，使用现场中的系统误差将越来越小，并且碰撞事件发生的几率也不断减少。
【关键词】智能汽车 防撞报警器 设计 开发
在汽车防撞报警器中，最为重要的原件就是防撞雷达。防撞雷达也被称为“电子眼”，主要是依靠超声波，从而实现丈量，对近处的障碍物进行距离的测量，从而能够进行防撞报警，将信息反馈给车主。超声测距的主要工作原理便是发射和接收超声波，然后利用单片机计数器，快速地计算出该过程之间的时间差，并且利用公式S=Ct/2，测算出实际的距离。在这个公式中，S指的是汽车与障碍物之间的距离，C则是声波在介质之间的传播速度。公式为C=331.4（1+θ/273），其中的θ是摄氏温度。在本研究中，设置的超声测距主要是有4个探头，即超声波换能器，它被设置在在汽車四个方位，即前后左右的位置。汽车在行进的过程中，尤其是前进倒退过程中，可以计算出和障碍物之间存在的距离，然后显示在车里的显示单元中，为驾驶员呈现出距离以及方位，从而实现防撞的目的。
1汽车防撞报警仪的系统设计分析
1.1主要防撞报警仪的设计指标
（1）报警距离：该距离能够按照用户需要设置，通常是5～30m。
（2）分档：用户可以按照自己不同的要求进行分档选择，其中有0.6m，1.0m，1.5m，1.8m，2.4m;
（3）电源：使用的是车载电瓶，功率为12V;
（4）环境温度：将温度保持在-20到+70的范围中;
（5）报警器尺寸：其尺寸大约是155mm×155mm×63mm，并且重量参数为3.5kg。
1.2系统总体方案设计
在进行防撞报警仪设计过程中，选择的微机系统为AT89C52单片机，这也是主要的部件，能够有效地控制仪器，其中的系统设置参考图1。
图1仪器硬件框图
1.3工作原理
在本系统中，检测距离的方式是依靠声波。选择超声波作为机械波，声波频率增加，检测距离就减少，其频率为15～40kHz，检测距离在0.5m到3.0m之间，其构成为信号的发射器、接收器以及控制器和反射板。其中，在汽车面板上安装发射器和接收器以及控制器，发射器产生检测波，然后反射到接收器，在完成一定的计算之后，再将执行结果发送到控制器中。在单片机天车防撞系统设计中，利用的是AT89C52单片机，并且其中装载着专业的芯片进行超声波测量，发射到接收的时间是t，按照公式s=vt（v=314m/s，考虑温度补偿）进行计算，从而获得距离。这个距离在驾驶室中进行显示，并且能够将软件按级别划分，在实际距离小于安全距离时，可以使用声光报警仪告知驾驶员注意周围，防止碰撞事故的产生，从而确保安全。
2硬件设计
2.1固有频率正反馈发生器的电路设计
硬件电路设计时，超声波发射频率作用关键，要与换能器固有频率之间进行协调，不断增强稳定性，避免因温度造成漂移问题的出现，并且要促进超声波换能器完成能量的有效转换。因此在实际中，应该选择使用正反馈发生器电路，确保固有频率。
2.2换能器要求设计
在只有一个换能器的情况下要保证正常运作。反射声波就是返回的发射声波，要保证压电效应，需要实现两个声波的相互共同共振频率。通过在电路结构中发射和接收切换器，可以实现有效的信号发射功能，并完成信号接收。
2.3线性电路
线性电路在实际的应用中起到很多的作用和效果，例如能够过滤噪音，并且实现前置放大，完成整形电路;能够有效处理微弱的信号，并且确保以后能够和单片机之后的电路协调使用。
2.4微机处理器（主AT89C52）设计分析
在运行中，控制系统主要是应用软件编程，能够提高工作的效率和水平。最为主要的功能有：对报警距离和级别进行判断;实现声发射控制;计算出车位距离并显示;实现中断数据的传输等等。
2.5显示部分
显示部分主要有两个部件，分别是LED数码管和AT89C52，AT89C52传输信号，在接收到信号之后，LED数码管点亮并进行提示。
在电路构成中，驾驶室显示位置除外，另外的部位都需要利用集成电路芯片，并且要求芯片十分可靠和紧凑。在编码解码超声波之后，能够防止不同频谱汽车光源带来影响。在单片机的电路结构中，要想实现抗干扰，进行系统设计时就需要增强电源电路的抗干扰性能，软件程序的编写有效的结合系统硬件，从而能够防止电磁干扰。在实际中是使用声波进行距离的测量，因此需要对声波环境进行考察，因为这些声波也能够被超声波换能器接收到。超声波换能器在进行测量距离时，使用的频率大体是15～40kHz，同时能够产生一些噪音频率，这些噪音频率和换能器频率十分难以区分，因此容易对回波造成干扰。因此，要在硬件电路中避免这个问题的出现，就需要在编制软件过程中，也要将抗干扰部分考虑其中，报警距离级别能够基于用户自身的需要进行调节和设定。
3软件设计
要实现该功能，在程序的选择中，主要是利用C51功能模来进行设计。程序中包含主程序（chret.c），也包含着重要的三个模块文件。
3.1主程序
主程序参考图2。
图2主程序框图
在该程序中，状态包含了八个，有①准备状态，为（t0～t1）环节;②发射超声波状态，是（t1～t2）环节;@不接收信号时间，为（t2～t3）环节;④等待声波反射时间状态，为（t3～t4）环节;⑤测反射个数状态，为（t4～t5）环节;⑥不计反射波个数状态，以及间歇状态，为（t5～t6）环节;⑦再测波的个数状态，为（t6～t7）环节;⑧间歇時间状态，为（t7～t0）环节。在整个过程中，为了计算其时间差t，并计算出距离s，然后进行报警判断。在整个系统中，利用两个函数，使用switch语句，对反射信号进行有效的处理，在t3～t4环节中，得出时间distanceIntime，然后T1进行反射波个数的计算和处理。
在上述函数计算之后得到t，在之后转换成s，并且决定是否报警。在Chret.c中，函数组成为：
voidenterT0-T1 fvoid）-状态t0～t1
voidentercheck（void）-进行新测距
voidt0Interrupt（void）interruptlusing1
voidintlInterrupt（void）interrupt2using2
voidinitMech（void）-初始化各中断寄存器
voidstart（void）-开始测速
voidcalc（void）-计算距离
voiddisplavDis（void）-显示距离
主程序进行设计过程中需要首先设置3个对抗干扰对策，避免产生报警：
（1）t4～t5状态，需要为反射之后的波进行窗口的设置，在大于33.3Hz情况下以及小于1.1Hz情况下，不进行计数：
（2）t6～t7状态，在进行测量中主要是应用10ms，在这个过程中能够完成干扰的测量。但是正常反射的情况下，就难以测到波。
（3）判断两次报警，每隔1.3s之后便自动清0。
3.2串口通信模块—transplant.c的设计分析
在主AT89C52程序中，串口通信模块可以对于其中的chDis，将其有效地传达到不同的显示部分中，然后在驾驶室部位设置通信协议，保证不收乱码，就是将报头数据Head添加在chDis之前，然后在其之后进行另外一个检验数据check的添加。这样能够保证在Head产生状态下进行信号的接收，然后进行有效的显示。因为在进行t测量时，已经固定了程序时序，并且在这之上做好串口通信，所有只可以选择中断方式，但是要避免查询方式利用，防止产生“死机”问题。
针对display.c和eraseint.a51模块，其功能使用比较单一，即能够在主程序中调用，其功能首先是显示数据，其次是完成iret指令。
4结语
综上所述，在本研究中，是使用微电脑技术结构设计了有效的汽车防撞系统，利用专业芯片，十分小型化，操作性能十分强，能够很好地应用在测控系统中。模块在软件设计过程中有着很强的灵活性，C51语言的应用方便准确，能够减少程序编写的工作。和当前市面上存在的汽车防撞器相比，这个系统在设计中成本更低，并且有着紧凑的结构和很强的通信能力，因而十分可靠，能够有效防止出现汽车相撞的事件，具有巨大的推广和使用的价值。
