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 论文原创性声明 我以诚信声明: 本人所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同学习的同学对本次写论文做的贡献均会在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者(签字): 签字日期:2010年 12 月15 日 版权使用授权书 有权保存学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公开本学位论文的全部或部分内容，允许论文被查阅，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对于保密论文，按保密的有关规定进行法律处理。 作者(签字): 签字日期: 年 月 日 指导老师(签字): 签字日期: 年 月 日 I 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 ................................................................... 3 (一) 模数转换技术 ................................................................ 3 1. 模数转换模块(ADC) .................................................... 3 2. ADC工作原理 .................................................................. 4 3. 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 ............................................................................................. 29 II 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 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 III 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 Abstract With 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 Fusion 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 safety 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 detected 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;detection IV 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 一 引 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，努力探寻解决该问的可行，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。通过进一步改进可附加在成品汽车上，在整车设计中可把其作为一个的汽车电子配件。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 [3]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。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 1 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 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， 2 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 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、 [1]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. 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 3 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 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性。这些模拟模块、多路选择器和ADC都是通过实实在在的硬件连线连接在一起。 Vcc(1.5V) Pads0AV0模拟1AC0AG0Quad0AT0ATRTN0模拟AV1AC1AG1Quad1AT1 输入到FPGA的数据模拟多路选择(ADC转换结果)ADC…器 (MUX)…(1到32路) AV8模拟AC8AG8AT8Quad8ATRTN5模拟AV9AC9AG9Quad9AT9 31温度监控器内部二极管 图1 ADC与模拟多路选择器 2. ADC工作原理 Actel Fusion 器件中的ADC是一个12位逐次逼近型(SAR)ADC，它内部主要由采样保持电路、比较器、逐次逼近寄存器和DAC等模块组成，采样保持电路主要是对外部模拟信号进行采样，并保持采样得到的模拟信号，它将和DAC的输出结果通过比较器来比较，比较器的输出结果来控制逐次逼近寄存器中的移位寄存器是否继续移位，寄存器输出的结果送给DAC实现数字量与模拟量转换，最终又回到原先的比较器输入端，构成一个反馈系统，直到输入电压与DAC输出的电压相等时，移位寄存 [8]器停止工作，此时逐次逼近寄存器输出的值即为最后转换的数字结果。ADC结构图如图2所示。 4 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 ADC CLKVin 采样保持+ 比较器逐次逼近寄存器 (受移位寄存器控制) 数字转换结果- VrefVdac DAC 图2 ADC结构图 3( ADC采样时间和转换时间 在ADC的参数中，采样时间和转换时间是使用者非常关心的一个参数，它决定了外部输入信号的带宽。在Fusion的ADC中，采样时间和转换时间是不同的，采样时间定义为转换时间加上ADC控制器操作的时间，在Fusion中ADC控制器为ASSC(ADC采样序列控制器)，这个模块在生成 [9]模拟模块的时候可以自动生成。采样和转换的时间示意图如图3所示，ADC采样和转换时间描述如表1所示。 模模拟Quad 拟 多ADC结果SH„„„„ 路模拟软IPADC 选开始转换 择Tsample 模拟Quad器 Tprescaler或Tstrobe TturnaroundTacquisitionTconversionTsample_fusion 图3 采样和转换时间示意图 5 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 表1 ADC采样和转换时间描述 名称 含义 采样保持电路采样模拟信号的时 Tsample 间，储存在输入电容中，它的时 间(2+STC)× ADCCLK 当使用电压检测时并使用 Prescaler,则为 Tprescaler_setting或Tstrobe Tprecaler_setting—Precaler 的设置时间，没有使用时这个时 间是不存在的 当使用电流或温度检测时，则为 Tstorbe—选通时间，一定存在 获取和保持时间，包括Tsample 和Tprescaler_setting或Tacquisition_hold Tstrobe前两者的时间，在电压监 控中如果使用Prescaler，最小值 为10us，不使用则只有Tsample, 在电流和温度监控中最小值为 5us Tconversion 转换时间，包括 Tacquisition_hold和ADC内部处 理时间 ADC控制处理时间，从读取转换结 果到下次开采样的时间，根据控Tturnaround 制器的不同时间也不同，Fusion 自带的ADC控制器IP为ASSC，由 SmartGen软件生成，该时间与通 道数目、标准信号个数都有关系 Tsample_fusion Fusion的ADC两次采样的时间间 隔，从模拟信号输入到转换结果 输出并启动下次采样 (1)单通道转换时间计算公式: T_conversion=t_sync_read+t_acquisition_hold+t_distrib+t_post_cal+t_syn 6 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 c_write T_conversion=SYSCLK+[(2+STC)×ADCCLK+(Tprescaler_setting或 Tstrobe)]+(8/10/12)×ADCCLK+2×ADCCLK+SYSCLK ADCCLK=SYSCLK?[4×(1+TVC)] 其中: t_sync_read= SYSCLK， 模拟软IP锁存ADC结果的时间 t_acquisition_hold=Tsample+( Tprescaler_setting或Tstrobe) =(2+STC)×ADCCLK+(Tprescaler_setting或Tstrobe)， 获取和保持时间 t_distrib=(8/10/12) ×ADCCLK， ADC内部转换一次的时间 t_post_cal=2×ADCCLK， 后期校准的时间 t_sync_write= SYSCLK， 模拟软IP将ADC结果锁定输 【7】 出的时间 (2)单通道采样时间和采样率计算公式: 单通道采样时间 Tsample_fusion= T_conversion+ Tturnaround 单通道采样率 Fsample_fusion=1/ Tsample_fusion 其中:Tturnaround为ASSC的控制时间 (3)多通道采样时间和采样率关系: 假如ADC有多个通道同时使用，则总的采样率为每个通道的采样率 的和，可以根据如下关系计算: 总采样率=总通道数目/(每个通道的Tsample_fusion的总和) 每个通道的采样率=各通道的Tsample_fusion/各通道 [11] Tsample_fusion的总和×总采样率 (4)举个例子: 例1:系统时钟SYSCLK=40MHz，分频后ADC的时钟ADCCLK=10MHz，采样10位ADC模式，使用电压监控，不使用Prescaler，无标志信号，ASSC的处理时间 Tturnaround=0.25us，则: T_conversion=t_sync_read+t_acquisition_hold+t_distrib+t_post_cal+t_syn c_write =25ns+(2+0) ×100ns+10×100ns+2×100ns+25ns 7 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 =1.45us Tsample_fusion=1.45us+0.25us=1.7us Fsample_fusion=1?1.7us=588.23ksps 例2:假如有3个采样通道，每个通道的Tsample_fusion都为10us，则 总的采样率为=3?(3×10)=300ksps 每个通道的采样率=(10/30)×300ksps=100ksps 表2 采样保持时间寄存器(STC) STC[7:0] 采样时间= (STC+2) ×ADCCLK时钟周期 0 00000000 2个ADC时钟周期 1 00000001 3个ADC时钟周期 „„ „„ „„ 254 11111110 256个ADC时钟周期 255 11111111 257个ADC时钟周期 要实现最高600ksps的采样率必须满足一定的条件，首先，ADCCLK必须达到最高10MHz，选择8位ADC模式;其次，不能使用Prescaler以及内部的数字滤波功能，也就限制了外部的输入电压不能超过电压基准源的范围;第三，没有设定阀值变化信号;第四，只能对电压监控的条件下才能达到，在电流和温度监控下都无法实现最高600ksps的采样率。 (二). 寻迹导航技术 路径识别是体现智能小车智能水平的一个重要标志，而传感器是智能小车进行路径识别的关键检测元件。针对智能小车在特殊路劲条件下的路径识别，提出了基于模拟光电传感器的路径识别方案与基于数字光电传感器的路径识别方案，并对两种方案的应用性能进行了比较。具体分析如下: 1. 数字式光电传感器 数字式光电传感器的输出信号类型为开关量，所以也叫开关式光电传感器，对应于光电信号“有”、“无”受到光照两种状态，即输出特性是断续变化的开关信号。在应用中这类传感器要求光电元件灵敏度高，而对元件的光照特性要求不高。采用数字式光电传感器均匀分布于车模前端，但受车模宽度限制，分布后对道路的探测精度只能达到17mm左右，这样赛车在前进过程中很难达到很高的控制精度和响应速度。从本质上 8 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 讲，数字式光电传感器的劣势就在于它丢掉了路径探测中的大量信息。 2. 模拟式光电传感器 模拟式光电传感器的输出量为连续变化的光电流，因此在应用中要求 [2]光电器件的光照特性呈单值线性，光源的光照要求保持均匀稳定。模拟式光电传感器的发射和接收都是锥角一定的圆锥形空间，其电压大小与传感器距离黑色路径标记线的水平距离有定量关系:离黑线越近，电压越高，离黑线越远，则电压越低(具体的对应关系与发光二极管型号以及离地高度有关)，从理论上可以大大提高路径探测精度。因此，只要掌握了传感器电压和偏移距离特性关系，就可以根据传感器电压大小确定各传感器与黑色标记线的距离(而不是仅仅粗略判断该传感器是否在线上)，进而获得车身纵轴线相对路径标记线的位置，得到连续分布的路径信息。根据实车试验，可以将路径探测的精度提高到 1mm。这样传感器采集的信息就能保证Fusion FPGA AFS600可以获得精确的赛道信息，从而为提高赛车的精确控制提供了保证。模拟式光电传感器寻迹的优点是电路简单、信号处理速度快。在不受外部因素影响的前提下，模拟式光电传感器检测前方距离越远，行驶效率越高，即小车的前瞻性能越好。 [3]模拟式光电传感器电压与偏移距离关系示意图如图4所示。 基于上述理论分析，最终选择模拟式光电传感器。 传 感 器 电 压 正对黑线 水平偏移距离 位置图4 模拟式光电传感器电压与偏移距离关系示意图 (三)(红外检测技术 车距检测为系统重要的组成部分之一，为了能实现快速、可靠和稳定的智能避障效果，针对红外避障传感器的测距方案与超声波传感器的测距方案的应用性能做了比较。具体分析如下: 1.超声波传感器 9 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 超声波发生器总体上可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。 超声波测距原理是由超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即:s=340t/2。超声波传感器既可以作为发射器又可以作为接收器，传感器用一段时间发射一束超声波，只有待发送结束后才能启动接收，设发送波束的时间为T0，则在T0时间内从物体反射回的超声波是无法捕捉的;另外，超声波传感器具有一定的惯性，发射结束后还留有一定的余振，这种余振同样能产生电压信号，影响系统捕捉返回信号。因此，在余振未消失以前，是不能启动系统进行回波接收。根据上述两个原因可知，惯性和余振是影响超声波传感器测距的重要因素，而且超声波传感器电路比较复杂，信号处理也具有一定难度。此外，超声波传感器也容易受到外界环境的干扰。 2.红外避障传感器 红外避障传感器是集发射与接收于一体，主要用于障碍物的检测。对障碍物的感应距离可以根据要求通过后部的旋钮进行调节。这种传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。传感器正常工作电压为5VDC，输出电流为100mA，可监测3—80cm范围内的障碍物。在所调节范围内有障碍物时，信号管脚将输出低电平。应用中并不需要将其输出信号进行处理，可直接输入主控芯片。 基于上述理论分析，最终选择红外避障传感器。 (四)( 脉宽调制技术 1.采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的，但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵，更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 2.采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 10 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 3.采用L298N集成电路来驱动电机。L298N采用由达林顿管组成的H型脉宽调制(PWM)电路。PWM电路由四个大功率晶体管组成H桥电路构成，四个晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制达林顿管使之工作在开关状态，根据调整输入控脉冲的占空比，精确调整电动机转速。这种电路由于管子工作只在饱合和截止状态下，效率非常高。H型电路使实现转速和方向的控制的简单化，且电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调整技术。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个三相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压，可直接用单片机的IO口提供信号;而且电路简单，使用比较方便。 通过比较分析，使用L298N芯片可充分发挥速度调制的功能，能稳定地驱动直流电机，且价格不高。使用L298N时，可以直接由主控芯片输出时序信号，控制电机的加速、减速、停止和刹停，在一定程度上节省 [5]了主控芯片 IO口的使用，控制也不复杂，故选用L298N来驱动电机。 三 系统架构设计 (一) 系统功能结构设计 智能小车系统主要由电源管理模块、路径检测模块、电机驱动模块、车距检测模块、声光指示模块和ACTEL公司的Fusion StartKit FPGA开发板组合而成，以黑色路径为引导，寻迹导航行驶。智能小车能按指定路线行驶，在行驶过程中能自动进行加速、减速、避障、自动倒车以及相应声光指示。系统中充分体现了高速公路汽车放追尾的功能，两辆智能小车车1和车2，分别仿真超车和被超车，两车硬件略有不同，车1前端装有4个模拟光电传感器和一个红外避障传感器，主要完成寻迹避障功能;车2前端和后端均安装有4个模拟光电传感器，可完成寻迹避障和倒车功能，两车的不同点体现的前后端有无模拟光电传感器上，但车1在速度上是大于车2的。在安全距离内车1检测到前方有障碍物(行进中的车2或固定障碍物)时，智能小车红外指示灯将点亮，小车将自动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，与此同时，蜂鸣器的报警声和对应的转向指示灯会间歇性 [16]的闪烁。 车2除了能寻迹避障外，还额外增加了自动倒车功能。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 11 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 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车库停车标志时，小车停止，尾灯电亮，电机关闭，以示倒车完成。倒车过程中右侧转向指示灯与蜂鸣器及其指示灯将同频率间歇性进行声光指示，直至控制倒车过程结束。 系统基于Fusion StartKit FPGA开发板而设计，主要利用其独特的模拟部分和flash架构设计构成核心控制模块，并结合红外测距、路径检测、驱动电机控制、转向电机控制、电源管理、声光指示等6个模块共同实现系统前述的各项功能。系统功能框图如图5所示。 电源管理 红外测距驱动电机控制 FUSION FPGA AFS600 路径检测转向电机控制 A/D 声光指示 图5 系统功能框图 (二) 各模块功能分析 1.路径检测 [15]路径检测通过模拟光电传感器对外界路况信息进行实时检测。模拟光电传感器由高亮发光二极管和光敏电阻组成，由于高亮发光二极管发射的光线在黑色路径和白色跑道上反射光强度的不同，引起了光敏电阻接收光线强度的变化，通过变化来确定小车当前的位置和应执行的状态。光敏电阻的两端阻值是随接收光照强度大小而变化的，光照强度越小，两端的电阻值越大，电路中反馈信号的电压值越大。当模拟光电传感器的高亮发光二极管照射在黑色路径时，反射光的强度最小，得到的反馈信号电压值最大。在同一跑道上，光线的强弱与电压信号值的大小是成反比的。模拟光电传感器检测到的电压值经片内模数转换，程序判断后，实现相应的控制功能。 12 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 2.红外测距 红外测距模块为系统重要的一个组成部分，通过红外避障传感器可实现一定范围内的障碍物检测。它是一种集发射与接收于一体的光电传感器，检测距离在3cm-80cm范围内可调。系统中两辆智能小车前端均安装有一个红外避障传感器，二者可检测的距离不同，车1红外避障传感器检测距离设置为50cm，车2检测距离设置为20cm。在设定的范围内，当智能小车前端的红外避障传感器检测到前方有障碍物(固定或移动障碍物)时，经其内部处理后将信号反馈至Fusion FPGA AFS600。红外避障传感器反馈的信号类型为开关信号，检测到障碍物时，输出信号为低电平，否则为高电平。此外，红外避障传感器的工作状态由Fusion FPGA AFS600来控制，控制信号为低电平时，红外避障传感器开始工作，否则不工作。 3.驱动电机控制 驱动电机控制模块主要由Fusion FPGA AFS600主控芯片和L298N驱动芯片组成。L298N的输入端接Fusion FPGA AFS600的信号输出端，由Fusion FPGA AFS600来控制L298N的输出状态，从而达到控制电机的作用。驱动电机的控制主要体现在程序的设计上，通过改变占空比，实现智能小车的加速、减速、前进与后退。在系统中专门设计了个占空比调制模块，可以随时调整高低电平的占空比，实现较准确的速度控制，这里规定“10”为前行，“01”为倒车，“00”为停车。 4.转向电机控制 转向电机控制模块与上述的速度控制模块相似，控制功能主要由程序实现，可较准确的实现智能小车在行进过程中前轮转向与转动角度的控制。通过占空比调制模块，由Fusion FPGA AFS600输出信号控制L298N的输出状态，从而控制转向电机转动的方向及其转动角度的大小。转向电机占空比变量越大，转动的角度就越大;相反，转向电机占空比变量越小，转动的角度就越小。 5.声光指示 声光指示模块主要由蜂鸣器和发光二极管组成，在避障和自动倒车过程中都会伴有相应的声光指示。声光指示电路比较简单，难点在控制逻辑上，可通过Fusion FPGA AFS600控制相应的声光指示。当红外避障传感器在安全距离内检测到障碍物时，用于指示障碍物存在的发光二极管将点亮，同时蜂鸣器及其指示灯将同频率进行间歇性鸣响与闪烁以示 13 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 报警。智能小车遇到障碍物时，将会自动左转，其左侧转向指示灯将进行间歇性闪烁，频率与蜂鸣器相同。智能小车在快速车道上完成加速超车后，自动返回慢速车道，返回过程中其右侧转向指示灯与蜂鸣器将以同频率进行声光指示，直至智能小车进入慢速车道。 智能小车遇到停车标志时，执行自动倒车动作，同时车身两侧转向指示灯将同时点亮并保持，直至计时结束。在控制倒车的过程中，智能小车右侧转向指示灯与蜂鸣器也将以同频率间歇性进行声光指示，直至遇到车库停车标志。 6.电源管理 智能小车系统根据各部件正常工作的需要，对标准车模用7.2V 2200mAh Ni-MH电池组进行电压调节。其中，路径检测的模拟光电传感器、红外避障传感器和声光指示电路需要5V电压，为了电路更加简化，在这将电机驱动芯片L298N工作电压也设定为5V，Fusion FPGA AFS600工作 【5】电压为3.3V。因为开发板在获得5V电压供电后，根据其自身的硬件设计，本身就能输出+3.3V、+2.56V、+1.5V等不同数值的电压，所以Fusion FPGA AFS600 3.3V的工作电压就不用多加设计。 最常见的电源管理芯片是 7805和7806。考虑到由驱动电机引起的电压瞬间下降的现象，低压降的电压调节器如LM2940、LM2575等也被广泛地采用，在本系统中只用了7805电源管理芯片。综上所述，智能小车系统工作电压是由 +3.3V、+5V、7.2V三个系统混合组成。 四 系统硬件电路设计 (一)稳压电源电路设计 本系统正常工作电压为5V，主要由电池组与电源模块电路两部分共同提供。其中 电池组供电电压为7.2V，供电电流为2200mA，属镍氢系列电池。镍氢电池组如图6所示。 图6 镍氢电池组 14 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 电源模块电路主要由滤波、稳压、指示等三部分组成，其中滤波部分由C1、C2、C3三个电容分别完成稳压前滤波及稳压后滤波;稳压主要依靠稳压芯片7805实现，该芯片包括电压输入、输出与接地等三个管脚，可将7.2V电压稳压至5V，可为自制电路板和Fusion StartKit FPGA开发板同时供电，且开发板上还可输出+3.3V、+2.56V、+1.5V等不同数值的电压。稳压电路如图7所示。图中JP1用于连接7.2V电池组，“VDD_7.2V” [6]示意已连接电源。当电源接通时，发光二极管点亮。 VCCVDD_7.27805R6JP1SVinVout1K2C2GNDC31C1470uF1041000uF21 5V电源DS3 图7 稳压电路 在选择电池组时一定选择大容量的电池组，因为车替在运行时，驱动电机和转向电机的耗电量比较大，假如电池组的容量不能够提供足够的电量，则主控芯片会经常复位，导致整个系统工作不正常。 (二) 模拟光电传感器电路设计 模拟光电传感器采集电路由光敏电阻(R11-R18)、高亮发光二极管(DS9-DS16)和电阻(R19-R34)等元器件组成，其中AV0_USE0- AV7_USE7 为电路的数据输出端口，该端口通过导线连接Fusion StartKit FPGA开发板的AV0-AV7模拟输入端口，作为模拟数据输入。R27-R34阻值为470欧姆，R19-R26阻值为10K欧姆，当然这个阻值并不是一定的，可以根据 [15]情况的不同，取不同阻值的电阻。光敏电阻一端接地，一端接10K欧姆的普通电阻，信号输出端口从接10K欧姆的电阻端引出。利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。模拟光电传感器 [2]电路如图8所示。模拟光电传感器信号接口如图9所示。 在系统的应用中，主要是利用光敏电阻在白区和黑线范围内接收 15 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 反射光强的不同，引起其两端阻值的变化，使输出信号呈现不同的电压值，这是判断路径的主要依据。当模拟光电传感器向黑线移动时，反射光线变弱，阻值增大，输出电压变大;当模拟光电传感器向白区移动时，反射光线变强，阻值减小，输出电压变小。在同一系统设计中，电阻的阻值和接法最好一样，光敏电阻最好选择同一厂家生产的比较好，避免工艺的不同导致各模拟光电传感器测试结果偏差过大，在写程序时造成不必要的麻烦。模拟光电传感器实物图如图10所示。开发板ADC输入端口实物图如图11所示。 VCC R19R27R20R28R21R29R22R30 10K47010K47010K47010K470 LED1LED2LED3LED4 21212121AV0_USE0AV1_USE1AV2_USE2AV3_USE3 DS11R11DS9DS10R12R13R14DS12 VCC R23R31R24R32R25R33R26R34 10K47010K47010K47010K470 LED5LED6LED7LED8 21212121AV4_USE4AV5_USE5AV6_USE6AV7_USE7 DS15 DS13DS14 DS16 R15R16R17R18 图8 模拟光电传感器电路 333333222JP5JP6JP7JP8222111111 AV0_USE0AV1_USE1AV4_USE4AV5_USE5 33333333LED3LED1LED7LED52222JP9JP10JP11JP12222211111111 JP13JP14AV2_USE2AV3_USE3AV6_USE6AV7_USE7111122LED4LED22233LED8LED6333443442211 AV0_USE0AV4_USE4 AV1_USE1AV5_USE5 AV2_USE2AV6_USE6 AV3_USE3AV7_USE7 16 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 图9 模拟光电传感器信号接口 图10 模拟光电传感器实物图 图11 开发板ADC输入端口实物图 (三) 红外避障传感器控制电路设计 红外避障传感器是一种集发射与接收于一体的光电传感器。主要用于障碍物的检测，对障碍物的感应距离可以根据要求通过后部的旋钮进行调节。传感器前端增加了透镜，利用其聚焦作用，传感器可以最远探测80cm处的物体。 红外避障传感器的输出信号类型为开关量，可以直接和CPU连接使用。传感器内部集成了放大、比较、调制等电路，使得该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点， [2]可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。该传感器工作电压5V，电流100mA，可调探测距离3-80cm。红外避障传感器实物图如图12所示。 17 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 图12 红外避障传感器实物图 Fusion FPGA AFS600芯片工作电压为3.3V，输出信号高电平电压3.3V，低电平电压0V，而红外避障传感器工作电压为5V，所以在Fusion 【7】FPGA AFS600控制红外避障传感器时，需要对电平进行处理。红外避障传感器电路如图13所示。图中F_ISA_D8管脚利用三极管的导通特性，控制红外避障传感器的开启与关闭，当F_ISA_D8管脚被置为逻辑“0”时，其输出电压也为0，此时Q2即NPN型三极管8050截止，Q1即PNP型三极管8550基极被拉高而截止，红外避障传感器的VCC端为0V，红外避障传感器不工作，其输出管脚ADOUT为逻辑“1”，发光二极管不导通;当F_ISA_D8管脚被置逻辑“1”时，其输出电压为3.3V，这一电压可使Q2导通，Q1基极电压被拉低使Q1导通，5V电压就可以输入到VCC端，使红外避障传感器开始工作。当检测距离无障碍物时，红外避障传感器的输出 “1”，DS1不点亮，当安全距离内遇到障碍物时，此时VOUT输出为逻辑“0”，发光二极管导通点亮。F_ISA_D8与开发板Mini ISA接口D8相连，开发板Mini ISA接口如图17。 R2VCC33K R31K JP32F_ISA_D81R1Q131F_ISA_D92218550Q2F_ISA_D81KDS1180503 2F_ISA_D9 1红外避障传感器接口VCC2GND3HWVOUT 图13 红外避障传感器电路 18 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 (四) 声光指示电路设计 声光指示电路包括转向报警和转向指示，转向报警电路主要由蜂鸣器、三极管、发 光二极管和电阻组成，由Fusion FPGA AFS600输出信号控制三极管Q3的通断,间断的启动和点亮蜂鸣器和发光二极管。转向指示灯主要由电阻 [3]和发光二极管组成，由Fusion FPGA AFS600直接输出信号控制。 声光指示电路如图14所示。图中DS4、DS5和DS6、DS7分别为小车进行超车转向时前、后两组指示灯，当小车超车过程中向左/右转向行驶时，相应方向的指示灯将闪烁，直到小车完成超车动作。与此同时，蜂鸣器及其指示灯DS2也会在小车进行超车动作时间歇性鸣响与闪烁，其频率与转向时指示灯的闪烁频率相同。F_ISA_D12、F_ISA_D13、F_ISA_A0管脚分别与开发板Mini ISA接口D12、D13、A0(或H16管脚)相连。开发板Mini ISA接口如图17。 VCCBellVCC R521R7R8JP4R9R101KDS21K1KF_ISA_D1231K1K3F_ISA_D132222121211F_ISA_A011DS4DS6DS7DS52 R4Q31F_ISA_A0855010K 转向报警转向指示灯3 F_ISA_D12 图14 声光指示电路 F_ISA_D13(五) 电机驱动电路设计 电机驱动电路主芯片是恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N。L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个两相直流电机，或一个三相步进电机。 L298N可接受标准TTL逻辑电平信号V，V可接4(5,7 V电压。4SSSS 脚V接电源电压，V电压范围V为，2(5,46 V。输出电流可达2(5 A，SSIH 可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电 [6]流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。E，E接控制使能端，控制电机的停转，在系统中nAnB 19 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 将其直接接电源，只用5，7，10，12脚的输入电平控制电机的正反转和 【15,16】停转。L298N功能模块见图15和表3。 图15 L298N内部功能模块 表3 L298N功能模块 E In1 In2 运行状态 nA 0 X X 停止 1 1 0 正转 1 0 1 反转 1 1 1 刹停 1 0 0 停止 In3，In4的逻辑图与表3相同。由表3可知E为低电平时，输入电nA 平对电机控制不起作用，当E为高电平，输入电平为一高一低时，电机nA 正转或反转。输入同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。 电机驱动电路如图16所示。图中IN1、IN2和OUT1、OUT2作为控制驱动电机的输入/输出，IN3、IN4和OUT3、OUT4用于控制转向舵机的输入输出，IN1、IN2、IN3、IN4分别与开发板Mini ISA接口D0、D1、D2、D3相连，当IN1、IN2输入为00/11、01、10几种逻辑电平信号，驱动电机将分别完成停止、刹停、正转和反转等动作。(转向电机控制原理与驱动电机相同，不再重述)。开发板Mini ISA接口如图17。 20 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 Driver Motor M VCCJP21F_ISA_D0F_ISA_D01SensorA132F_ISA_D1F_ISA_D12OUT2OUT1254F_ISA_D23IN1VS3VCC76F_ISA_D2F_ISA_D34IN2ENA498F_ISA_D3VSSGND1110ENBIN31312OUT3IN41514SensorBOUT4 Turnning MotorL298NM 图16 电机驱动电路 图17 开发板Mini ISA接口 五 系统测试 (一) 系统测试工具 1(数字万用表(DT9205) 本仪表以大规模集成电路、双积分A/D(模/数)转换器为核心，配以全功能过载保护电路，可用来测量直流和交流电压、电流、电阻、电容、 [14]二极管、三极管、温度、频率、电路通断等。精确度:?(%读数+第四位上的字数)。注意:括号内的第2部分，为精确度的修正值，应放在该档位的最后一位数字上。精确度保证期为1年。环境温度:230C?50C;相对湿度: <75%。 (1).功能选择具有32个量程。量程与LCD有一定的对应关系:选择一个量程，如果量程是一位数，则LCD上显示一位整数，小数点后显示三位小数;如果是两位数，则LCD上显示两位整数，小数点后显示两位小数;如果是三位数，则LCD上显示三位整数,小数点后显示一位小数;有几个量程，对应的LCD没有小数显示。 (2)测试数据显示在LCD中 (3)过量程时，LCD的第一位显示 "1"，其他位没有显示 21 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 (4)最大显示值为1999(液晶显示的后三位可从0变到9，第一位从0到1只有两种状态，这样的显示方式叫做三位半) (5)全量程过载保护 (6)工作温度: 00?-400? 储存温度:-100? - +500? (7)电池不足指示:LCD液晶屏左下方显示 2.自制直流稳压电源 ?输入电压:交流220V，50,60Hz，允许电压变化?10, ?输出电压:直流1.2,28.2V， 9,1800mA，可调 ?调整范围:?0.01V ?电压稳定度:?2×10-3 ?负载稳定度:?2×10-3 ?输出文波:?5mV 3.MCS—51单片机开发系统 ?主要器件:STC 89C51 RC40C-PDIP，ATMLU818，MAX232，SM3381等 ?实现功能:LED显示，数据存储，红外遥控，键盘输入，蜂鸣器报警等 ?供电电压:DC 5V ?支持下载:串口，JTAG ?晶振频率:11.0592MHz 4.Fusion StartKit FPGA开发板 (1)Fusion系列芯片具有Flash 架构的FPGA 所有特点(安全性、可靠性、单芯片、上电即行、非易失性、低功耗等);其内部集成了独特的模拟部分，具有:分辨率高达 12 位、采样率高达600kbps、30 个输入通道、2.56V 内部参考源的AD;高达 30 个模拟的输入I/O，可以承受?12V 输入电压，并有10 个MOSFET 门驱动输出，驱动能力可调;可实现电压、温度、电流检测;片内集成 100MHz、精度为%1 的RC 振荡器;外部可接 32KHz~20MHz 的晶振;具有可编程的实时计数器(RTC);片内 [16]具有 1.5V 稳压源，可提供内核电压，实现睡眠和待机的低功耗模式。 (2)芯片其他资源包括 4Mbit 的用户可用的Flash Memory、1kbit 的FlashROM、 108kbit 的RAM;2 个PLL，最高频率可达350MHz;支持多种 I/O 电平标准，其中差分的I/O 标准有:LVPECL、LVDS、BLVDS、M-LVDS;具 22 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 有 AES、FlashLock 加密技术;几乎具有 ProASIC3 的所有资源。 (3)开发板外设资源有:512K 字节的SRAM、、SP5301 USB PHY，带有迷你USB 接口、1602 液晶、LVDS 接口，发送和接收各一路、四个可用的串口，两个带有座子、MiniISA 接口，可以扩展ZLG 的MiniISA 工控板、用户可用的多路模拟 I/O 接口、ADR525 提供2.5V AD 基准源、32.768KHz 以及48MHz 晶振、核心板温度、电压、电流检测电路、四路 MOSFET 驱动电路、5 个按键、8 个LED、交流蜂鸣器、VGA 接口、鼠标键盘接口。 (二) 测试结果与分析 各模块布局示意图如图18所示。 图18 各模块布局示意图 1. 电源模块测试 将7.2V电池组按正负极正确接在自制电路板上，按下开关，当DS3电源指示灯点亮时，表示电源已经接通。用数字万用表测得7805输出端电压约5V左右，即稳压电路工作正常。 2. 模拟光电传感器测试 图18中，模拟光电传感器接口在自制电路板的右侧，按编号正确地将模拟光电传感器接在自制电路板上，黑线表示地线，黄线表示信号线， 23 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 红线表示电源线。接通电源， 用数字万用表分别测出各模拟光电传感器信号端输出电压，不断移动模拟光电传感器相对道路上黑线的位置，并 [13]记录各位置的电压。AV0和AV1电压测试结果如表8所示。 表4 AV0和AV1电压测试结果 向左侧白区移动?—黑线区域 ———?向右侧白区—— 移动 AV0(V) 2.49 2.62 2.78 2.94 3.11 3.27 2.94 2.62 2.49 2.33 AV1(V) 2.49 2.62 2.78 2.94 3.11 3.25 2.94 2.62 2.49 2.33 相对位移-1.2 1 -0.8 -0.6 -0.5 0 0.5 0.6 0.8 1 (cm) 从表4中可知，模拟光电传感器在黑线区域内的电压最大，向两侧移动时，电压是逐渐减小的，符合光敏电阻的工作原理，测试结果正常。其它各个模拟光电传感器测试方法与AV0和AV1相同，在这就不一一列出其电压值。表4还证实了一个结论，利用模拟光电传感器检测路径精度比较高，在最小偏差1mm时，电压值也有比较明显的变化。 3.红外避障传感器测试 图18中，DS1为红外避障传感器指示灯，当红外避障传感器检测到障碍物时，DS1点亮。避开程序控制测试，可直接在D8端口接入3.3V电压，并接通电源，在红外避障传感器前方设立一个高度一定的障碍物， [12]假如DS1被点亮，表示其工作正常。 4. 声光指示电路测试 从图14中可知，蜂鸣器为低电平驱动，在通上电源后，将A0(图20)端口直接接地，蜂鸣器响，表示工作正常。将转向指示灯引出端直接接地，发光二极管被点亮，表示工作正常。 5. 电机驱动电路测试 图18中，D0、D1、D2和D3为L298N的控制输入端(IN1、IN2、IN3和IN4)，避开程序控制测试，将D0接高电平、D1接低电平或D0接低电平、D1接高电平，看电机能否正反转动，能表示L298N工作正常，否则反之;将D2接高电平、D3接低电平或D2接低电平、D3接高电平，看电机能否正反转动，能表示L298N工作正常，否则反之。 24 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 结束语 系统以Fusion FPGA AFS600芯片为核心控制器件，结合红外测距、路径检测、驱动电机控制、转向电机控制、电源管理等模块实现了高速公路汽车防追尾系统模型的设计。在系统的研究与设计中有以下几点总结: (一)安装散热片有助于提高芯片的工作时间和稳定性 在稳压电路和驱动电路中主要使用了7805和L298N两个芯片，分别用于将电池组7.2V电压稳压至5V和驱动电机转动。小车在行驶过程中，由于电机需要的电流量比较大，所以随着小车行驶时间的增长，7805和L298N两个芯片会发烫，远远超过了其本身的散热能力，随着温度的不断升高，工作的稳定性逐渐下降，最终影响了整个系统工作的稳定性。在实际应用中需分别在这两个芯片上安装面积较大的散热片，以便提高其散热效果，提高其工作稳定性和使用寿命。 (二)红外避障传感器安装位置相近，会产生相互影响 此前为了能够达到设计目的，在小车的前端安装了两个红外避障传感器，一个用于检测安全距离，一个用于检测危险距离。在使用中发现，单个使用时，检测距离能达到设置要求，但两个红外避障传感器同时使用时，会对相互产生干扰，使二者的检测距离都产生了不定值的变化，导致系统工作不稳定。为了减少两个红外避障传感器之间的干扰，在两个传感器之间增加了一块黑色不透明挡板，虽然效果有所改善，但仍然不理想，两者之间还存在一定的干扰，最终在小车前端只安装了一个红外避障传感器。 (三)负重影响小车舵机转向灵活度 由于购买的电池组重量较大，在小车行驶中，当小车负载有电池组时，不仅会降低车速，而且还会使舵机转向灵活度大为下降，经分析这是由于小车负重增加后，其前轮与地面的接触面积变大，摩擦力也变大，使 25 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 舵机转向时的阻力增大，对此，采用提高车速的方法来解决，车速提高后，小车车轮与地面的接触时间将缩短，阻力也相对减小，小车舵机转向时的阻力也会相对减小，灵活度也将有所提高，但车速太快，检测与转换控制的滞后性容易使小车冲出跑道，因此，要综合考虑二者对车速进行适当的提高。之后的实践证明这一推断是正确的，在保证小车寻迹行驶的情况下，舵机的转向灵活度有所提高。 (四)小车在电机选择时需要注意的几个指标 通过研究发现，在选择小车时要注意的是前后两个电机的质量和前轮的转向灵活度，在购买时如果小车电机旋转的噪音较大，有杂音，那很可能该小车的电机质量较差，且耗电量较大;倘偌小车前轮在悬空时手动将其转动后不能自动复位，则可判断小车的转向灵活度不高，这会造成小车行进中自然状态下难以实现直线行驶。在以后的研究开发中，可考虑使用左右轮分别用电机控制的小车，在一定程度上转向灵活度会有所提升。 (五)避障与超车 为减少红外避障传感器间的干扰，在小车前端只安装一个红外避障传感器，这种做法有个弊端，就是当红外避障传感器、检测到前方有障碍物时，小车就需要做出相应的动作，只能通过一定的延时加速才能避开障碍物，动作比较单一。为了提高系统的合理性，在今后的设计中，将逐步解决红外避障传感器间的干扰问题。在小车的后部右侧再装红外避障传感器，以便能够准确地判断出车是否已经完成超车，准确地返回慢车道。 26 基于单片机的汽车防追尾碰撞报警系统设计 参考文献 [1] 高有堂.电子电路设计制板与仿真(PROTELDXP).郑州:郑州大学出 版社,2005:38,101. 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