基于ARM的防汽車追尾報警系統(tǒng)的調(diào)研報告

1、齊 齊 哈 爾 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計調(diào)研報告 題目：基于單片機的防汽車追尾報警系統(tǒng)學(xué) 院：通信與電子信息工程學(xué)院 班 級： 姓 名 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 日 期：2012.3.25 基于單片機的防汽車追尾報警系統(tǒng)調(diào)研報告1. 調(diào)研的基本情況調(diào)研時間：2013年3月1日2013年3月26日調(diào)研途徑：網(wǎng)上查詢相關(guān)資料并翻閱有關(guān)書籍調(diào)研目的和意義：目前我國公路總長度已經(jīng)越居世界第二其帶來了巨大的經(jīng)濟利益和社會利益。同時由于一些措施的不到位也為安全帶來了很大的消極影響。追尾事故占交通事故總量的20%以上高速公路上發(fā)生的追尾事故高達36%以上。追尾是指同車道行駛的車輛尾隨而行時后車車頭與前車車尾相撞的行為。主

2、要由于跟進間距小于最小安全間距和駕駛員反應(yīng)遲緩或制動系統(tǒng)性能不良所致。提起追尾事故很多駕駛員都知道在快車道上發(fā)生的追尾事故所產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)最為強烈因為車速普遍較快所以一旦有兩車追尾后面很可能就會牽連一串這也就是人們通常所說的“串車”現(xiàn)象。我們熟知的醉駕引起追尾的主要原因就是司機無法對前方路況做出及時反應(yīng)。當今為了解決汽車的安全問題政府和汽車廠商采取的更多的是被動的安全措施如減速帶安全氣囊和汽車的abs防抱死系統(tǒng)。2007年美國通用汽車公司研制出第一款汽車防追尾系統(tǒng)“v2v”,但由于其功能復(fù)雜成本較高且需要大面積安裝以實現(xiàn)其信息交換的功能所以尚未普及只有少數(shù)高端汽車配備了該系統(tǒng)絕大多數(shù)汽車由于該

3、系統(tǒng)成本的昂貴并沒有配備該系統(tǒng)。該汽車防追尾系統(tǒng)主要功能是在檢測到輛車間距小于安全距離時及時向司機發(fā)出報警使司機有充足的時間做出反應(yīng)以避免追尾事故的發(fā)生當追尾事故將要難以避免時自動控制剎車系統(tǒng)剎車。該系統(tǒng)基于at89c8051單片機結(jié)合超聲波測距與紅外線測速技術(shù)準確計算出兩車間距在一塊12864液晶屏上顯示安全級別led信號燈及蜂鳴器進行提示車尾加裝度高亮度led燈。部分電路需與剎車系統(tǒng)聯(lián)動以確保準確輸出剎車信號。當大于安全距離時綠燈亮液晶屏顯示安全小于安全距離時紅燈及車尾高亮度led燈亮蜂鳴器發(fā)出報警。當車距小到追尾事故將要難以避免時控制剎車系統(tǒng)采取剎車措施。 在車前部加裝三組壓電式超聲波發(fā)

4、生器和接收器。車軸處裝一反光片，用紅外線照射車軸。超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波遇到前方障礙后反射回來由接收器接收可以得出所用時間t聲速已知c。紅外線照射到反光片時光線反射到光敏三極管引起高低電平變化由其變化頻率可得車速v。汽車行駛的安全距離是其行駛3s所走的路程。由此可以確定其安全距離s。2*s(c-v)=t當tt時系統(tǒng)報警尾部高亮度led燈點亮。當小于最小的安全時間時系統(tǒng)自動控制剎車系統(tǒng)進行剎車。2. 調(diào)研報告的內(nèi)容2.1紅外傳輸技術(shù)的應(yīng)用紅外傳輸技術(shù)是一種利用紅外線作為進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。在日常生活中，紅外傳輸技術(shù)的應(yīng)用隨處可見，最典型的莫過于通過紅外遙控器對電視機、空調(diào)等家用電器進行控制。隨著

5、科技的進步、大眾生活水平的不斷提高，人們對家居智能化的要求也越來越高，諸如燈光控制、背景音樂、安防報警等應(yīng)用也逐漸開始向智能化控制的方向發(fā)展，而紅外傳輸在其中發(fā)揮著重要的作用。紅外線是可見光譜中位于紅色光之外的光線，盡管肉眼看不到這種光線。但利用紅外線發(fā)送和接收裝置卻可以發(fā)送和接收紅外線信號，實施紅外線通信。利用紅外線通信無需連線，只需將兩設(shè)備的紅外線裝置對正即可傳輸數(shù)據(jù)。紅外數(shù)據(jù)傳輸就是利用紅外線作為傳輸介質(zhì)在計算機與外設(shè)(或計算機)之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā＜t外通訊一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外線，波長在0.7525um之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(infrared data association，簡稱

6、irda)成立后，為了保證不同廠商的紅外產(chǎn)品能夠獲得最佳的通訊效果，紅外通訊協(xié)議將紅外數(shù)據(jù)通訊所采用的光波波長的范圍限定在850950nm之內(nèi)。紅外傳輸是一種點對點的傳輸方式，無線，不能離的太遠，要對準方向，且中間不能有障礙物也就是不能穿墻而過，幾乎無法控制信息傳輸?shù)倪M度；irda已經(jīng)是一套標準，hg收/發(fā)的組件也是標準化產(chǎn)品。紅外傳輸組成結(jié)構(gòu)主要包括：紅外發(fā)射器，通信信道，紅外接收器三大部分組成。發(fā)送端采用方波方式，將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的方波序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射二極管以光方波的形式發(fā)送出去；通信通道是利用940 nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體；接收端將收到的光方波轉(zhuǎn)換成電

7、信號。再經(jīng)過放大、濾波處理后送給解調(diào)電路，還原為二進制數(shù)字信號后輸出。由于光的直線傳播，所以應(yīng)讓紅外發(fā)射二極管（hg）對準紅外接收器，保證紅外發(fā)射二極管（hg）發(fā)出的紅外光能被接收器接收，紅外傳輸原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.2 at89c8051單片機at89c8051是美國atmel 公司生產(chǎn)的低電壓高性cmos 8位單片機片內(nèi)含4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器perom和128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器ram器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)兼容標準mcs-5l指令系統(tǒng)片內(nèi)臵通用8位央處理器和flash存儲單元功能強大。主要性能參數(shù)功能特性概述at89c

8、2051提供以下標準功能4k字節(jié)flash 閃速存儲器128字節(jié)內(nèi)部ram32個io口線兩個16位定時計數(shù)器個5向量兩級斷結(jié)構(gòu)一個全雙工串行通信口內(nèi)臵個精密比較器片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時at89c8051可降至0hz 的靜態(tài)邏輯操作并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu 的工作但允許ram定時計數(shù)器串行通信口及斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram 中的內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。2.3 超聲波測距1. 超聲波測距的原理為：檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，激光氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間，將這個時間與氣體中聲速相乘所得結(jié)果除以二就是兩車間距。2.該

9、測量電路由單片機發(fā)出40khz的方波信號。方波的周期為1/40ms即25微秒，半周期為12.5微秒。每隔半周期時間，讓方波輸出腳的電平取反，便可以產(chǎn)生40khz方波。由于晶振為12mhz所以單片機只能產(chǎn)生半周期為12微秒或13微秒的方波，頻率分別為41.67khz和38.46khz。本系統(tǒng)在編程時采用38.46khz的方波。3.由于反射回來的信號非常弱所以接收電路需要在其基礎(chǔ)上進行放大。放大的信號通過檢波電路解調(diào)后的信號即把多個脈沖解調(diào)成多個大脈沖波。單片機at89c8051發(fā)出短暫的40khz信號，經(jīng)放大后通過超聲波換能器輸出；反射后的超聲波經(jīng)超聲波換能器作為系統(tǒng)的輸入，鎖相環(huán)對此信號鎖定，

10、產(chǎn)生鎖定信號啟動單片機中斷程序，讀出時間t，再由系統(tǒng)軟件對其進行計算、判別后，相應(yīng)的計算結(jié)果被送至led數(shù)碼管進行顯示。限制超聲波系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質(zhì)地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。開始測量超聲波信號開定時器關(guān)定時器數(shù)據(jù)運算顯示器接收檢測電聲換能器電聲換能器驅(qū)動電路圖1-3 超聲波測距系統(tǒng)框圖按照系統(tǒng)設(shè)計的功能的要求，初步確定設(shè)計系統(tǒng)由單片機主控模塊、顯示模塊、超聲波發(fā)射模塊、接收模塊共四個模塊組成。單片機使用51系列的at89c8051單片機，該單片機工作性能穩(wěn)定。發(fā)射電路由單片機輸

11、出端直接驅(qū)動超聲波發(fā)送。接收電路使用三極管組成的放大電路，該電路簡單，調(diào)試工作小較小。硬件電路的設(shè)計主要包括單片機系統(tǒng)及顯示電路、超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路三部分。單片機采用at89c8051。采用12mhz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定時鐘頻率，減小測量誤差。單片機輸出超聲波換能器所需的40khz的方波信號并監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號。顯示電路采用簡單實用的3位共陽led數(shù)碼管，數(shù)碼管位驅(qū)運用pnp三極管s9012三極管驅(qū)動。超聲波接收頭接收到反射的回波后，經(jīng)過接收電路處理后，向單片機輸入一個低電平脈沖。單片機控制著超聲波的發(fā)送，超聲波發(fā)送完畢后，立即啟動內(nèi)部計時器t0計時，當檢測到由

12、高電平變?yōu)榈碗娖胶?，立即停止?nèi)部計時器計時。單片機將測得的時間與聲速相乘再除以2即可得到測量值，最后經(jīng)3位數(shù)碼管將測得的結(jié)果顯示出來。2.4 紅外線測速1.測量汽車速度可以轉(zhuǎn)化為測量汽車軸承的轉(zhuǎn)速，并將其轉(zhuǎn)化為對信號頻率的檢測。2.在汽車轉(zhuǎn)軸處加裝一反光片，當轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時如有光照在反光片上就會有光反射到光敏三極管上引起高低電平的變化。低電平的信號經(jīng)過整形電路和電平轉(zhuǎn)化以后可得一周期為t頻率為f的波形。將其接入單片機系統(tǒng)的中斷端。3.通過車輪的直徑與車輪轉(zhuǎn)速即可確定車速。在汽車轉(zhuǎn)軸的表面裝一片反光片。當轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時, 如有光照在反光片上, 就會有光反射到光敏三級管上, a 點為低電平, 反之為高電平

13、。因此, 當物體在不停旋轉(zhuǎn)時, a 點的信號通過整形電路和電平轉(zhuǎn)換以后, 在b 點得到波形, 其中t為信號的周期, f為信號的頻率。而c點為b 點經(jīng)過分頻后的信號, 其接入8031單片機系統(tǒng)的中斷端。如果假設(shè)轉(zhuǎn)動物體的轉(zhuǎn)速為n, 則t、f 與n 有如下的關(guān)系:f = 1 /t t = 60 /n( s) n = f* 60 = 60 /tn 的單位為轉(zhuǎn)/m in。從上式可知, n小則t 大, n 大t 小。因此, 通過檢測信號的周期t (或頻率f ) 就可計算出轉(zhuǎn)速n。這樣一來, 測轉(zhuǎn)速的問題就轉(zhuǎn)化為檢測信號周期(或頻率) 的問題。本文從一個新的角度來確定n 值。對于一個計數(shù)器而言, 它的位數(shù)

14、是有限的。假設(shè)為p 位。這樣, n 個周期能達到的最大值mn = 2p 1如果再假設(shè)這時的轉(zhuǎn)速為n, 則有:tn= ( 2p - 1)* tman= 2*n /( 2p - 1) = 120 / ( 2p - 1) 2 /n*tm tn 是一個固定的數(shù)。因此, 在確定檢測時間tn 滿足要求tn = ( 2p - 1)* tm=tg ( tg 為規(guī)定的時間) 的情況下, 只需要考查an是否滿足要求。對一個轉(zhuǎn)速n 而言, 當計數(shù)器達到滿刻度時, 對應(yīng)的誤差an是最小的。因此, 為使檢測的誤差最小, 就可以以計數(shù)器是否達到滿刻度為標準來確定一個轉(zhuǎn)速n對應(yīng)的n。這時n 與n 的關(guān)系為:n = n*(

15、2p - 1) * tm /60可見這時侯不同的n 有不同的n 值。為使計數(shù)器達到滿刻度時的n 值, 具體做法是: 再用一個計數(shù)器對被測信號進行計數(shù)。當mn = 2p - 1左右時, 取該計數(shù)器的值就可得到要求的n值。這樣就不要象通常的多倍周期法那樣, 預(yù)先確定一個n 值。得到了n 值以后, 就可計算出轉(zhuǎn)速n:n = 60* n / ( 2p - 1) *tm ( 轉(zhuǎn)/m in)這樣測得的n可以保證是最小的。測速算法實現(xiàn)我們將由分頻器輸出的c 點信號接入8051 單片機的端int1端。利用定時器1 的定時和int1的中斷功能來確定mn和n, 此時定時器的值mn 均達到216 - 1, 算法實現(xiàn)

16、如下:1) 定時器1初始化: 允許中斷、模式1、tr1= 1和gata= 1;int1初始化: 后沿觸發(fā)和允許中斷;2) 定時器1溢出次數(shù)的計數(shù)單w = 0, 周期倍數(shù)計數(shù)單位n = 1;3) 定時器1: th 1= 0, tl1= 0;4) 在int1的前沿, 定時器1開始定時;在int1的后沿, 定時器1停止定時;5) int1的后沿中斷一次;6) 定時器1每溢出一次, 產(chǎn)生一次中斷, 并且w = w + 1;7) 在int1的中斷服務(wù)程序中, n = n + 1。然后, 判斷w =1?如果w 1, 表明定時器1未達到滿刻度, 中斷返回, 繼續(xù)4) 7) 的操作。如果w=1, 表明定時器1

17、已達到滿刻度。同時, 取w 單元、n 單元和th 1、tl1 的值。設(shè)8051的時鐘頻率為fo sc。則有:tm = 6 /fo scmn = w* 216 + (th 1*tl 1) n = n 單元的值t = (mn *tm ) /n= 216* w + (th 1* tl1) 6 /(n* fosc )f = 1 /t = (n*fo sc ) /6 216* w + (th 1* tl 1) (h z)n = 60 /t = ( 60* n*fo sc ) /6 216* w + (th 1*tl1) (轉(zhuǎn)/m in)計算完后, 將n 單元置1、w 單元和th1、tl1 清0, 中斷返回, 繼續(xù)4) 7)的操作。int1 的中斷服務(wù)程序int1: 進入中斷程序后, 首先判斷是否是計數(shù)功能, 是則對中斷次數(shù)進行計數(shù), 并將結(jié)果轉(zhuǎn)換成bcd碼, 送顯示緩沖區(qū), 再中斷返回。如果不是計數(shù)功能, 則有 ( 24h ) + 1, 即n