高速公路汽車追尾預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 針對高速公路汽車追尾預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分為主控模塊、信息處理模塊、電源模塊、報(bào)警模塊、制動(dòng)模塊、存儲模塊以及通信模塊7個(gè)部分。從硬件的角度對各個(gè)模塊進(jìn)行了功能分析、器件的選型。最終從軟件的角度，對整個(gè)流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)以期達(dá)到降低交通事故發(fā)生率，體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性原則。
關(guān)鍵詞 高速公路；汽車追尾；預(yù)警系統(tǒng)

汽車改變了人類的生活方式，給人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的便利，推動(dòng)了社會的進(jìn)步。隨著汽車數(shù)量的增多，道路交通事故越來越多，給家庭和公共財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年有70萬人死于道路交通事故，1 000～1 500萬人在交通事故中受傷，平均每5分鐘就有1人死于車禍，每1分鐘就有1人因車禍導(dǎo)致傷殘。如果能在交通事故發(fā)生之前，提醒汽車駕駛員并采取相應(yīng)的措施，那么交通事故將大幅減少。因此，文中對高速公路中的汽車行駛狀況進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一套高速公路汽車追尾預(yù)警系統(tǒng)，以期減少交通事故。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
高速公路汽車追尾預(yù)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括7大模塊：主控模塊、電源模塊、信息處理模塊、通信模塊、報(bào)警模塊、制動(dòng)模塊和存儲模塊。

該系統(tǒng)的工作原理是：測距傳感器安裝在汽車前保險(xiǎn)杠上，負(fù)責(zé)與前車之間距離和相對速度的測量；轉(zhuǎn)向傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測是否處于轉(zhuǎn)向狀態(tài)；油門踏板傳感器負(fù)責(zé)檢測駕駛員有沒有松開油門；制動(dòng)踏板傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測駕駛員是否踩下剎車系統(tǒng)；傳感器采集到的信息統(tǒng)一傳送給信息處理模塊，信息處理模塊做完相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，通過CAN總線傳給主控模塊。主控模塊根據(jù)傳送來的信息，判斷自車是否處于安全行駛距離內(nèi)。如果處于安全狀態(tài)，則在報(bào)警界面實(shí)時(shí)顯示車速和車距；如果處于不安全狀態(tài)，則通過報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，提醒駕駛員采取相應(yīng)措施。系統(tǒng)采用2次報(bào)警，分別是提醒報(bào)警和危險(xiǎn)報(bào)警。當(dāng)自車與前方車輛之間的距離大于提醒報(bào)警距離時(shí)，系統(tǒng)不報(bào)警；當(dāng)自車與前方車輛之間的距離小于提醒報(bào)警距離而大于危險(xiǎn)距離時(shí)，發(fā)出警報(bào)提醒駕駛員松開油門；當(dāng)自車與前方車輛之間的距離小于危險(xiǎn)報(bào)警距離時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，強(qiáng)制剎車。通信模塊負(fù)責(zé)與其他設(shè)備之間的信息交換；存儲模塊負(fù)責(zé)存儲自車行駛狀態(tài)等信息；電源模塊負(fù)責(zé)不同電源之間的轉(zhuǎn)換，給所有模塊供電。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 主控模塊
主控模塊是系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)向信息處理模塊發(fā)送和接收數(shù)據(jù)采集指令，根據(jù)傳送來的信息判斷自車是否處于安全狀態(tài)，并向報(bào)警模塊發(fā)出相應(yīng)的信息。
系統(tǒng)采用美國Atmel公司的低功耗AVR微處理器芯片ATmega128L。它的特點(diǎn)是最高工作頻率可達(dá)16 MHz，具有128 kB Flash內(nèi)部存儲器、4 kB EEPROM和4 kB SRAM數(shù)據(jù)存儲空間，同時(shí)還可以擴(kuò)展外部存儲器，具有8個(gè)10位ADC通道、2個(gè)8位和2個(gè)16位硬件定時(shí)／計(jì)數(shù)器，并可在多種不同的模式下工作；此外，它還有8個(gè)PWM通道，可編程看門狗定時(shí)器和片上振蕩器，片上模擬比較器，UART，SPI，I2C總線接口，TAG口為開發(fā)和調(diào)試提供了方便的接口。
2．2 信息處理模塊
2．2．1 測距傳感器
測距傳感器用于確定自車與前方車輛之間的距離、自車與前方車輛之間的相對速度。為實(shí)現(xiàn)這一目的，系統(tǒng)采用德國ADC公司生產(chǎn)的毫米波雷達(dá)傳感器，型號為ARS100—3。該傳感器具有3根可動(dòng)天線，發(fā)出3束雷達(dá)；發(fā)射頻率76～77 GHz；平均發(fā)射功率200μW；探測距離7～150 m；距離分辨率為1 m；相對速度-50～+200 km／h；速度分辨率為1 km／h；正常功率18 W，最大功率25 W；工作溫度-25～+70℃；啟動(dòng)電壓10～18 V。
2．2．2 車速傳感器
自車的轉(zhuǎn)速可以通過轉(zhuǎn)速傳感器測得?；魻杺鞲衅骶哂徐`敏度高、精度高、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。系統(tǒng)選用CSHG-06霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)速傳感器。它的主要特性是固定的旋進(jìn)長度；測量低頻信號；溫度范圍寬；防止短路和反磁性保護(hù)；工作電壓8～36 V；固定旋進(jìn)長度0．5 mm；工作溫度-40～+120℃。
2．2．3 轉(zhuǎn)向傳感器
車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)，雷達(dá)會把道路兩旁的路障或隔離物當(dāng)作目標(biāo)，從而做出危險(xiǎn)判斷，發(fā)出警報(bào)。為抑制這種情況系統(tǒng)采用型號為GC03-SP3000的轉(zhuǎn)向傳感器。該傳感器的主要特性是：壽命長；機(jī)械角度87°，電氣角度45°；適合汽車，農(nóng)業(yè)設(shè)備等場合使用。
2．2．4 油門踏板傳感器和制動(dòng)踏板傳感器
油門踏板傳感器用于檢測在警報(bào)發(fā)生時(shí)，駕駛員是否松開了油門，以此判斷是否對警報(bào)進(jìn)行抑制。為實(shí)現(xiàn)這一目的，只需監(jiān)測油門踏板的壓力變化即可。
制動(dòng)踏板傳感器用于檢測在警報(bào)發(fā)生時(shí)，駕駛員是否踩下了剎車系統(tǒng)，以此判斷是否對警報(bào)進(jìn)行抑制。與油門踏板傳感器類似，只需要監(jiān)測制動(dòng)踏板上的壓力變化即可。
系統(tǒng)統(tǒng)一采用HT—PD壓力傳感器對油門踏板和制動(dòng)踏板上的壓力進(jìn)行檢測。該傳感器的主要特性是：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕；高抗沖擊和振動(dòng)能力；高IP防護(hù)能力；可靠性、穩(wěn)定性高。
2．3 報(bào)警模塊
當(dāng)主控模塊通過信息處理模塊傳送的數(shù)據(jù)判斷出車輛處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，則通過報(bào)警模塊向駕駛員發(fā)出警報(bào)。報(bào)警模塊由紅、黃、綠3個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)蜂鳴器、一塊AM160160—34D57液晶顯示器組成。當(dāng)車輛處于安全狀態(tài)時(shí)，綠色二極管點(diǎn)亮；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出提醒警報(bào)時(shí)，黃燈亮，蜂鳴器間隔嗚叫；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出危險(xiǎn)警報(bào)時(shí)，紅燈亮，同時(shí)蜂鳴器一直鳴叫。液晶顯示器用于顯示車輛當(dāng)前行駛速度和車距。
2．4 制動(dòng)模塊
當(dāng)危險(xiǎn)警報(bào)發(fā)生時(shí)，由于某些原因，駕駛員可能沒能及時(shí)剎車，因此需要系統(tǒng)強(qiáng)制啟動(dòng)剎車系統(tǒng)。當(dāng)警報(bào)發(fā)生時(shí)，利用制動(dòng)踏板上的壓力傳感器，可以知道駕駛員是否進(jìn)行了剎車。如果駕駛員未及時(shí)剎車，則由主控模塊控制電磁換向閥的移動(dòng)，改變油壓，強(qiáng)制啟動(dòng)剎車系統(tǒng)。