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1、太原理工大学 硕士学位论文 汽车防撞预警系统 姓名：贾楠 申请学位级别：硕士 专业： 指导教师：王才 20100101 太原理工大学硕士研究生学位论文 I 汽车防撞预警系统汽车防撞预警系统 摘 要 随着社会经济的发展交通运输业日益兴旺， 汽车的数量在大副攀 升。交通拥挤状况也日趋严重，撞车事件屡屡发生，造成了不可避免 的人身伤亡和经济损失。针对这种情况，设计一种响应快，可靠性高 且较为经济的汽车防撞预警系统势在必行。 本文研究设计了一种基于 CAN 总线和超声波测距的汽车防撞预 警系统。其核心在于快速、准确地测量出汽车与障碍物之间的距离， 并及时发出报警信号，同时通知其它的汽车控制系统（如刹车
2、系统） 以达到防止碰撞的目的。 基于这一思想本系统主要由超声波发射接收 电路和数据传输电路两部分组成。其中超声波发射、接收部分以空气 中超声波的传播速度为确定条件， 利用发射超声波与反射回波时间差 来测量汽车与障碍之间的距离。 温度对超声波波速的影响以及测量盲 区的存在是超声波测距时误差和误测的主要根源.本设计采取了温度 补偿和加入自动增益可调电路来减小了系统的测量误差。 数据传输部 分采用 CAN 总线传输将整个防撞系统设计为汽车智能 CAN 总线网 络的一个节点，能够将测距部分的测量数据实时、准确地传给相应的 控制系统。 论文从原理分析、硬件实现、软件实现、实验分析四个方面进行 讨论。论文
3、做了如下工作： 原理分析：CAN 总线传输的体系结构、实现途径，研究了 CAN 太原理工大学硕士研究生学位论文 II 总线传输的核心技术和实现原理等； 超声波测距部分分析了超声波的 特点和类型、超声波传感器的原理和主要参数、超声波测距原理等， 在此基础上进一步讨论了影响超声波测距的因素及提高超声波测距 系统测距精度的措施。 硬件实现：根据原理分析的结果进行方案论证和器件选型，在此 基础上设计和实现了 CAN 总线通信模块和超声波测距模块的硬件电 路。 软件实现：设计中需要考虑软件编程的器件较多，大致可分为如 下三个部分，CAN 总线数据传输、数字温度传感器 DS18B20 测温控 制、超声波测
4、距控制。 实验分析： 针对超声波测距的特点分别从超声波对不同材质障碍 物的敏感度、温度对超声波测距的影响、超声波测距的可重复性、检 测测距盲区等方面设计了若干实验，并对实验结果进行了分析，最后 对系统的性能给予了科学的评价并提出了改进方案。 本设计具有性能稳定可靠、测距精度高、成本低廉等诸多优点， 具体在以下几个方面得以体现： 1 系统 CPU 采用 Atmel 公司的 AT89S51 微处理器。它具有可 靠性高、性能稳定、功能强大、成本低等优点，是目前使用最广泛的 嵌入式处理器之一，广泛应用于汽车电子、家用电器、仪器仪表等众 多领域。其复位端采用施密特触发输入，可以使外部扩展的 I/O 电路
5、 和微处理器得到同步复位，实时性很好。 2 本系统直接由 AT89S51 微处理器通过定时器产生 40kHz 方 太原理工大学硕士研究生学位论文 III 波信号去驱动超声波发射器， 在发射超声波的同时微处理器同步启动 计数器，开始计时并检测回波信号。而传统的超声波测距电路采用两 片 NE555 产生 40kHz 方波信号。本系统与之相比具有控制精准、实 时性好、波形稳定、线路简单等优点。 3 超声波在空气中传播，其速度主要受温度影响，因此在超声 波测距电路中采取了温度补偿措施。 其实现为通过采用具有较高测量 精度的Dallas半导体公司的数字温度传感器DS18B20测量环境温度， 据此根据超声
6、波速度与温度之间的对应关系实现对测量距离的修正， 从而实现了超声波测距电路的温度补偿，进而具有较高的测距精度。 4 为了减小测量盲区在信号调理电路中采用数字电位控制计 x9313w 实现增益的自动调节，它可以根据障碍物的远近自动调节回 波信号的幅值，减小信号失真，从而达到减小测量盲区的目的。 5 CAN 总线接口的实现采用了 Philips 公司生产的 CAN 总线 控制器 SJA1000 和 CAN 总线驱动器 PCA82C250， 这与通常的采用集 成 CAN 总线接口单片机的方法相比不需要专门的开发工具，使设计 更加灵活。 关键词：CAN 总线，智能节点控制，超声波，超声测距，单片 机，
7、温度补偿 太原理工大学硕士研究生学位论文 IV AUTOMOTIVE ANTI-COLLISION WARNING SYSTEM ABSTRACT The number of vehicles rise increasingly in the mate with socio-economic development as a thriving transportation.Worsening traffic situation and collisions occurring frequently have been resulting in the inevitable deaths- in
8、juries and economic losses.To aim at this situation, it is imperative to design the automotive anti-collision warning system that has a fast response, high reliability and more economical advantages. In this paper, I design a anti-collision warning system based on CAN-Bus and ultrasonic measuring-di
9、stance for vehicles. In order to avoid automotive collisions, the anti-collision system designed can fast-accurately measure the distance between a automobile and obstacles nearby and quickly send out warning signals to notify the other vehicle control systems.Based on this idea,the system is mainly
10、 composed of ultrasonic transmitter circuit，receiver circuits and data transmission circuits.In the ultrason- ic transmitter and receiver circuits the velocity of ultrasonics is used as a determined condition and the time difference of ultrasonics transmitting and receiving is used to calculate the
11、distance between obstacles and the vehicle. Effect of temperature on ultrasonics velocity and existence of blind area are the main sources of errors and 太原理工大学硕士研究生学位论文 V mistakes.This design has utilized temperature compensation and adjustable automatic gain circuit to reduce the measurement error
12、of the system. The whole anit-collision system is designed to a node of vehicle CAN bus network by using CAN bus to realize data transmission which can transmit accurately real-time measuring data to the corresponding control systems. from the principle analysis, hardware implementation, software im
13、plementation, experimental analysis the Paper has following work: Principle Analysis: This paper analysized the CAN bus transmission architecture, the way of realization and studied core technology and principle of the CAN bus tansmission; Ultrasonic Ranging part analysize the characteristics and ty
14、pe of ultrasound, ultrasonic sensors and the main parameters and the principles of ultrasonic testing and so on .Based on this the paper discussed the factors that affect the ultrasonic range and improvement which can inprove the accuracy of ultrasonic ranging measurement. Hardware Implementation: I
15、n accordance with the principle of analysis and device demonstration program selection, I designed and implementated the hardware of CAN bus communication module and ultrasonic ranging measurement module. Software: more of the programble devices needed to take into account in the design of software
16、can be divided into three parts as 太原理工大学硕士研究生学位论文 VI follows, CAN bus data transmission, digital temperature sensor DS18B20 temperature control, ultrasonic ranging control. Experimental Analysis: The characteristics of ultrasound ranging from ultrasound obstacles to the sensitivity of different materials, temperature range of the impact of ultrasound, ultrasonic distance measurement repeatability, ra
