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1、基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计目 录摘要.II一 引 言1（一） 社会背景及意义1（二） 国内外研究现状1（三） 设计思路1（四） 论文组织结构3二 系统关键技术分析3（一） 模数转换技术31. 模数转换模块（ADC）32. ADC工作原理43. ADC采样时间和转换时间5（二） 寻迹导航技术8（三） 红外检测技术9（四） 脉宽调制技术10三 系统架构设计11（一） 系统功能结构设计11（二） 各模块功能分析12四 系统硬件电路设计14（一）稳压电源电路设计14（二） 模拟光电传感器电路设计15（三） 红外避障传感器控制电路设计17（四） 声光指示
2、电路设计19（五） 电机驱动电路设计19五 系统测试21（一）系统测试工具21（二） 测试结果与分析23结束语25参考文献27致谢29I摘要随着人们生活水平的日益提高，汽车数量也与日俱增，因此汽车的行驶安全就显得尤为重要。介绍一种基于单片机Fusion FPGA AFS600芯片的汽车防追尾碰撞报警系统，他是自动检测行进中汽车前后方障碍物的距离，当达到安全极限距离时，会发出声光报警，提示驾驶员进行相应的操作。给出该报警系统的软硬件设计，实践证明该系统有效且准确。为提高汽车运行的安全性和降低碰撞发生的可能,本文讲述一种主动型汽车防追尾碰撞报警系统。该系统装置将单片机的实时控制及数据处理功能，与毫
3、米波雷达的测距技术、传感器技术相结合，可检测汽车运行中前方、后方障碍物与汽车的距离及汽车车速，通过数显装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出警告声。 关键词：单片机；碰撞；报警；检测AbstractWith rising of living stangard,the number of cars increased every day,so cars driving safety is particularly important. The system of automobile anti-collision alarming system based on single Fusio
4、n FPGA AFS600-chip is introduced,it can auto detect distance frontage an rear fraise,when reach critical security distance,alarming of sound an light are given,the system hardware composition anf software project are showed,Experiment results prove validity and veracity.In order to enhance the safet
5、y of cars and reduce the possibility of a collision, the paper about a pro-active anti-vehicle collision warning system. The system will be installed real-time control of the microcontroller and data processing functions, and millimeter-wave radar ranging technology, sensor technology, could be dete
6、cted in the vehicle running in front, the rear vehicle barriers and the distance and vehicle speed, through the significant number of Device shows that distance by distance voice circuits based on the situation issued a warning sound.Keywords:single chip computer; collision; alarming;detection29一 引
7、言（一） 社会背景及意义为有效降低小汽车碰撞事故的高发率，近年来广大电子爱好者始终都在试图通过制作模型的方式，努力探寻解决该问题的可行方案，而模型制作所需的硬件基础尤其成为解决问题的关键。第二届“Actel”杯中国大学生电子竞赛的举办，为这一问题的解决提供了契机，主办方提供的Fusion StartKit FPGA开发板上AFS600芯片独特的资源设计和强大的执行能力，为高速公路汽车防追尾系统模型的研究与实现奠定了坚实的硬件基础。这一系统研究的成功将为汽车安全驾驶提供一个具有价值的参考，在一定程度上可减少或消除追尾事故的发生，防止行车过程中对行人造成安全隐患，从而达到安全行驶的目的。（二） 国
8、内外研究现状通过资料的收集和网上相关的查阅，得知汽车防追尾的话题在国内外一直很受关注。国内近年来也出现了轮胎气压检测、汽车防追尾仪和防追尾指示灯等汽车防追尾装置的研发与投产，但这类装置有些只为解决由于汽车硬件故障造成防追尾事故而设计，有些装置虽然以发出警示信息等方式，为驾驶者在突发状况下采取应急措施提供条件，但都在很大程度上忽略了人为因素对追尾事故的影响，此外这类装置较高的成本也阻碍其投产与推广。基于Fusion StartKit FPGA的高速公路汽车防追尾系统模型的研究将对以后这类产品的研究提供一个更好的构想。本课题将以人为本作为核心出发点，弥补驾驶者因主观失误造成事故而设计。通过进一步改
9、进可附加在成品汽车上，在整车设计中可把其作为一个标准的汽车电子配件。随着时间和技术的推移，市场中将会出现更多汽车安全类的产品，但由于市场接受需要一个过程，截止目前，还没有一个类似的安全产品在成品汽车上应用。（三） 设计思路本系统模型采用两辆智能小车进行汽车防追尾的设计与实现3。智能小车有两个电机，后轮为驱动电机，前轮为转向电机，可通过PWM控制电机的转向和转速。黑色路径为智能小车的识别标志，模拟高速公路中的实际道路。系统中设计了两条黑色路径，一条为慢车道，另一条为快速车道，也就是超车道。设计的重点在路径识别和智能避障上，首先要实现智能小车在指定的路线上行驶，之后实现智能小车的避障功能。考虑到实
10、际道路中不同的情况，系统在设计中放置了固定障碍物和移动中的障碍物（车速较慢的智能小车2，以下简称车2），为了能够更好的体现路况，着重对直道、普通弯道和S形弯道等3种走向的黑色路径做了设计。黑色路径识别是通过模拟光电传感器来实现的，根据光敏电阻的阻值随光强度变化而变化的原理，在检测中取其一端电压为输出信号，当模拟光电传感器在跑道上不同位置时，通过输出信号电压的变化来判断和识别智能小车的位置；障碍物检测是通过红外避障传感器来实现的，在3-80cm范围内可调，可根据不同的情况调整其检测的距离。根据动量守恒原理，速度越快惯性越大，所以在应用中，调车2的检测距离为20cm，调车1（速度较快的智能小车，以
11、下简称车1）的检测距离为50cm。系统开发了智能小车高性能的仿真平台，对模拟光电传感器的前瞻性能进行了深入研究。由于转向电机、驱动电机和车身都是高阶惯性延迟环节，从输入到输出需要一定的时间，越早知道前方道路的信息，就越能减小从输入到输出的滞后。为了使智能小车达到一定速度，模拟光电传感器在安装时，采用了一定的前瞻性。前瞻能检测车前方一定距离的赛道，在一定的前瞻范围内，前瞻越远的传感器方案，其极限速度就会越高，其高速行驶过程中对引导线的跟随精度也相对较高，系统的整体响应性能较好。因此路径识别模块将模拟光电传感器置于车身的前方，以利于更好地调整车辆的姿态。 除了车1速度上的优势和车2的倒车功能外，两
12、车几乎具有完成相同的功能。在行驶中，将两车同时放在慢车道上，车1在前车2在后，因为车1的速度较快，所以在行驶过程中车1必然会追上车2，这样就模拟了高速公路上防追尾和超车的功能，有效的解决了在同一车道上，因为两车速度的不同而发生的追尾事故。因为在沿途中还放置有固定障碍物，模拟车坏在路上或前方道路维修等情况，所以车2也追加了避障功能，这样使整个模型显得更具有说服力。硬件设计以Fusion StartKit FPGA开发板为核心，结合自制的电源电路、数据采集电路、电机驱动电路、声光指示电路和车距检测电路共同实现要求的功能。智能小车通过模拟光电传感器采集路径信息，并将所检测到信号送至控制系统，控制系统
13、经判断后选择相应的执行程序，控制智能小车将要执行的状态。利用红外避障传感器检测前方路面的情况，当检测到前方有障碍物时，小车将减速或驶向快速车道，在快速车道上能自动实现加速超车功能，并返回慢速车道。车2还额外的增加了倒车功能，当前端的模拟光电传感器检测到倒车标志时，小车会自动停车，并开启后端模拟光电传感器，检测车后路况信息，执行倒车功能；当后端模拟光电传感器检测到停车标志时，小车停止，尾灯电亮，电机关闭，以示倒车完成。智能小车车速与转向功能是通过PWM调节来控制的，控制中心根据外界路况信息调节PWM占空比，实现小车的智能控制。（四）论文组织结构 论文分五部分介绍整个设计过程：第一部分主要介绍课题
14、来源的背景和课题研究的社会意义；分析国内外类似课题的研究状况；对课题的设计思路和整个系统模型的创新性做了介绍；概述论文的整体结构和各章节内容要点。第二部分对系统中应用的关键技术做了分析，主要包括模数转换技术、寻迹导航技术、红外检测技术和脉宽调制技术。第三部分结合系统功能框图整体描述了系统的功能设计，并对各模块功能进行了分析。第四部分介绍了系统硬件电路设计，对系统中各模块的应用电路做了较为详细的分析。第五部分首先介绍了系统所需的测试工具及其性能指标，之后对系统硬件电路各个模块进行了测试，并对测试结果进行了较为详细的分析。二 系统关键技术分析（一） 模数转换技术Fusion StartKit 是基
15、于Actel 公司的Fusion 混合信号FPGA 而设计的开发平台，核心芯片采用Actel 公司Fusion 系列60 万门的AFS600，该系列是世界上首个混合信号FPGA，将模拟的AD、RC 振荡器、模拟I/O、RTC等融入到数字的FPGA 中，为实现真正的SOC 提供特有的解决方案1。1. 模数转换模块（ADC）系统在应用中并不需要外加ADC转换器，结合Fusion内部的模数转换功能对模拟信号进行采集和处理。Fusion模拟系统的核心是一个可编程的逐次逼近型（SAR）模数转换器ADC。可通过设计将其配置为8位、10位和12位的操作模式，利用片内一个32：1的多路选择器实现32个采样通道输入。在8位操作模式下，ADC单个通道的采样率最高可达600ksps，多个通道同时使用时，则所有通道分时采样，平分采样速率。ADC与模拟多路选择器如图1所示。图中显示了模拟Quad、模拟输入多路选择器MUX和ADC的系统框图，ADC提供多个自监测的模式（例如：监测内核电压、内部的温度等）以保证在上电和运行期间的稳定性和高可靠
