基于51單片機的汽車防碰撞系統(tǒng)的設(shè)計

　　1.引言

　　隨著汽車技術(shù)的不斷進步，尤其是自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，越來越多的距離檢測設(shè)備將會不斷面世。目前，運用于汽車測距主要有以下四種方式：毫米波雷達(dá)測距方式；攝像系統(tǒng)測距方式；激光測距方式；超聲波測距方式。毫米波雷達(dá)存在電磁波相互干擾問題，攝像系統(tǒng)則造價高昂，均難以在汽車上普及。激光測距具有測量時間短、量程大、精度高等優(yōu)點，適應(yīng)汽車從低速前進到高速前進的測距需求，避免汽車高速行駛時因測距速度慢造成的測距失準(zhǔn)現(xiàn)象。超聲波測距原理簡單，制作方便，成本比較低，但其只適用于較短距離低速測距，故將其應(yīng)用于汽車倒車時測距。本文提出的將激光測距和超聲波測距相結(jié)合的安全報警系統(tǒng)，旨在幫助駕駛員在汽車多種行駛狀況、多方位探知并顯示車輛與周圍障礙物的距離，當(dāng)障礙物距離小于設(shè)定安全距離時給駕駛員警報，避免駕駛員反應(yīng)不及時引發(fā)交通事故。

　　2.防碰撞系統(tǒng)的方案設(shè)計

　　實現(xiàn)汽車防碰撞，關(guān)鍵還在于測距防碰撞系統(tǒng)的應(yīng)用。本系統(tǒng)由測距模塊、控制計算單元、顯示單元、報警單元、執(zhí)行單元等組成。其中測距模塊包括汽車前進時工作的激光測距模塊和汽車倒車時工作的超聲波測距模塊。兩者分別通過各自的通訊電路與控制單元相連，可在汽車前進后退等多種工況對汽車周邊障礙物進行全方位監(jiān)測，并把汽車與障礙物距離傳遞至控制單元，控制單元通過連接的執(zhí)行單元，報警單元等進行聲光報警，主動制動等防碰撞功能的執(zhí)行。系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　3.測距原理

　　超聲波測距的原理是脈沖反射式，即利用其反射特性來工作。原理如圖2所示。

　　通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為C,而根據(jù)計時器測出發(fā)射和接收回波的時間差t,就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S,即：S=Ct/2.

　　激光測距的原理（原理圖如圖3所示）與超聲波測距原理不同，利用的是三角法測距。

　　發(fā)射器向前發(fā)射脈沖，碰到障礙物后反射回來的回波被接收器接收，回波的圖像通過透鏡匯聚到傳感器上形成像點。當(dāng)激光照射的物體移動時，像點也在傳感器上移動，在基線長度已知、光源和傳感器及透鏡的相對位置確定的前提下，通過測量傳感器上像點的位置就能準(zhǔn)確確定被測物體與儀器之間的距離。

　　4.系統(tǒng)硬件及其運行

　　控制與計算單元的主體采用STC89C52RC單片機，該單片機是STC公司生產(chǎn)的一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器的低電壓、高性能COMOS8的微處理器。

　　擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,能夠為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。蜂鳴器和led燈組成報警單元，能夠及時進行聲光報警。

　　此外，本系統(tǒng)采用深圳盈勤科技有限公司生產(chǎn)的REALWAVE SRF020M01A激光距離傳感器。該傳感器采用高性能專用芯片設(shè)計而成，精度高穩(wěn)定性好。單次測距輸入指令為“a/A”,返回數(shù)據(jù)通過幀的方式包裝發(fā)送。超聲波傳感器則采用市面常用的傳感器。

　　汽車前進時，車速較高，除超聲波模塊部分系統(tǒng)全部開始工作。控制單元（單片機）通過RS232串行通訊電路向激光測距模塊發(fā)送測距命令（“a/A”），控制激光測距模塊向前發(fā)射光脈沖，模塊接收到遇到障礙物反射回來的激光脈沖后分析計算汽車與障礙物距離，并通過RS232通訊電路將數(shù)據(jù)以16進制數(shù)包裝發(fā)送給單片機，具體數(shù)值為“ee+06+* * * *+cc”,ee為幀頭，cc為幀尾，第3個*表示16進制的測量結(jié)果。