汽车防碰撞系统设计_汽车防撞系统电路设计

1.语音倒车报警器接线方法

2.汽车防撞系统是怎么工作的？

3.超声波测距离

4.主动刹车系统

汽车防撞系统不能使用的原因有驻车制动故障、驻车制动更换开关故障、驻车制动更换开关故障、驻车制动传感器故障、驻车制动传感器更换故障、驻车传感器模块故障、驻车制动模块更换电路故障，并检查修理驻车电路。

防撞系统功能:

1.产品组装到车上后，当车前有障碍物并对车造成威胁时，可实现自动报警、自动减速、自动刹车，将碰撞风险降到最低；

2.实现主动避碰。主要适用于疲劳驾驶、注意力不集中、驾驶经验较少的人群。长途卡车、公共汽车、轿车、特种作业车等车型均可配备安装。使用该产品可使高速公路追尾事故率降低80%以上；

3.作为一款高科技产品，要想很好地展示产品性能，就要考虑如何将产品准确、方便地安装在车上，其中关键步骤是探头、传感器、导轮、线束等的安装。，然后是整机的调试和各种部件的摆放。产品的安装和摆放应本着不改变原车结构和线路、美观和方便客户的原则。

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语音倒车报警器接线方法

安全气囊属于哪个电路系统？

安全气囊系统主要包括碰撞传感器、气囊电脑、系统指示灯、气囊组件以及连接线路，气囊组件主要包括气囊、气体发生器以及点火器等。

安全气囊系统的工作原理（以驾驶人安全气囊为例）是：当汽车发生正面碰撞事故时安全气囊控制系统通过碰撞传感器检测到冲击力（车辆减速度）超过设定值时，安全气囊电脑立即接通充气元件中的电爆管电路，点燃电爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03s内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲破转向盘上装饰盖板鼓向驾驶人，使驾驶人的头部和胸部压在充满气体的气囊上，缓冲对驾驶人的冲击，随后又将气囊中的气体放出。

汽车防撞系统是怎么工作的？

语音倒车报警器接线方法是，拆下后行李箱内的后车灯组总成，然后找倒车灯的位置，使用尖嘴钳与斜口或剥线器，将倒车灯上的两电线从中间将绝缘外皮剥开。

将倒车喇叭固定在后灯座总成旁的可安装位置，或车外后保险杠的下方，装在下方的音响较大，但是电路也易受损坏短路，将倒车喇叭的两电源线与灯泡组上两剥开的电线相接，再用胶带将接线外包好以防漏电。

产品资料

汽车防撞预警系统是基于智能视频分析处理的汽车防撞预警系统，通过动态视频摄像技术计算机图像处理技术来实现其预警功能。

主要功能为车距监测及追尾预警碰撞预警车道偏离预警导航功能黑匣子功能，相对于国内外现有的汽车防撞预警系统。

如超声波防撞预警，系统雷达防撞，预警系统激光防撞，预警系统红外线防撞，预警系统等，功能稳定性准确性人性化价格上都具有无可比拟的优势，可全天候长时间稳定运行，极大提高了汽车驾驶的舒适性和安全性。

超声波测距离

汽车防撞钢梁是用来减轻车辆受到碰撞时吸收碰撞能量的一种装置，由主梁、吸能盒，连接汽车的安装板组成，主梁、吸能盒都可以在车辆发生低速碰撞时有效吸收碰撞能量，尽可能减小撞击力对车身纵梁的损害，通过这样就发挥了它对车辆的保护作用。

防撞梁的作用主要用于中低速碰撞时减少维修成本，并能在一定程度上减轻对成员的伤害。

防撞钢梁其实是一种车身加强件，可以分为前防撞钢梁、后防撞钢梁和车门防撞钢梁三种，它们的作用是不一样的，以下分别介绍。

前防撞钢梁

大家如果看看汽车的车身结构图就会发现：汽车前部是由两个纵梁、前围挡板和前防撞钢梁组成的一个“口”字形结构，在这里，前防撞钢梁起着至关重要的作用，如果没有它，汽车前部就是一个开放式的结构，如果发生正面碰撞，会直接伤害车身纵梁，如果碰撞恰好发生在两道纵梁之间，就会直接伤害发动机舱中的一些重要零部件；如果发生侧面碰撞，由于两道纵梁之间没有连接，会导致纵梁变形。所以，前防撞钢梁是车身结构的重要组成部分。

我们平常所说的保险杠是由外板、缓冲材料和防撞钢梁三部分组成。其中外板和缓冲材料是用塑料制成的，防撞钢梁是用冷轧钢板冲压而成的U形槽；外板和缓冲材料附着在防撞钢梁上，防撞钢梁与车架纵梁连接。保险杠是吸收和缓和外界冲击力、防护车身前后部的重要安全装置，是汽车的第一道安全屏障。

很多人说保险杠里面就是泡沫是偷工减料，是黑心厂，其实是错误的。这层泡沫是一种缓冲材料，能够在发生碰撞时保护行人。是汽车安全行人保护系统中重要的一项。你设想一下：如果一辆汽车撞了行人，你是愿意保险杠损坏行人安全还是愿意保险杠没事而行人受伤？

当汽车发生前部正面碰撞时，力的传导是这样的：

也就是说，防撞钢梁首先承受撞击力，然后吸能盒溃缩吸能，吸收部分碰撞能量，剩余的碰撞能量传导至后方的连接部位上，让纵梁和乘员舱来承受。这样就对前防撞钢梁提出了要求：不能太软，直接撞烂了，起不到吸收能量的作用；也不能太硬，不能变形吸能，碰撞能量全部传递到纵梁去了。所以，防撞钢梁的强度是经过精密计算的，不能仅以防撞钢梁的材质、厚度、结构形式来判断它是否安全。

后防撞钢梁

大家经常说的汽车没有防撞钢梁，其实就是说没有后防撞钢梁。那么汽车后防撞钢梁究竟有什么作用呢？

大家再来看看车身的后部结构。可以看到，在汽车后部的两道纵梁之间是由不是空的，一般都是汽车的后尾箱，能在一定程度是起到加强车身强度的作用，还有些车在后部两道纵梁之间直接加装了横梁，以加强纵梁的刚度。所以，在这种结构下，后防撞钢梁对车身结构的加强作用是微不足道的。

那么后防撞钢梁的主要作用是什么呢？

后防撞钢梁的主要作用是降低低速碰撞时车辆的损伤，一般由钢、铝、橡胶或者塑料制成，个别的使用泡沫缓冲材料。主要工作原理是通过低速碰撞时挤压变形的方式吸收能量。

如果没有后防撞钢梁，当车辆尾部遭受撞击，吸能材料吸收一部分撞击能量之后，不可避免地会把能量传递到车辆的整个后围板平面上，最终导致车辆后围板变形。后加强件的支撑点在左右纵梁上，如果前车有后加强件，遭受到撞击时吸能盒可以吸收大部分能量，对车体造成的损伤也会降低，维修费用会因此大幅下降。

与加强件最密切相关的其实是保险公司。加强件虽然对乘员安全性没有太大影响，但可以大幅降低碰撞中的维修费用。美国公路安全保险协会（IIHS）对车体损伤也作出了要求，损伤低则保险费用低。由于IIHS在美国不论是政治领域还是经济领域都有极大的影响力，所以美国政府的政策优势也会受到他们的左右。

主动刹车系统

一种用于汽车倒车避撞的超声波无线距离测量系统

Research of Ultrasonic Distance Measurement System

Abstract: A kind of ultrasonic distance measurement system used in the car is designed in this paper. The system includes the lower microcomputer system and the upper microcomputer system. The lower microcomputer system is mainly composed of ultrasonic transmitting circuit, receiving circuit ，wireless communicating module and microcomputer. The data from the lower microcomputer system is transmitted to the upper microcomputer system by the wireless way. The design principle of ultrasonic distance measurement circuit is analyzed. The design method that the data is transmitted is also introduced. The system is of the characteristics of measurement convenience, fast response and stability.

Key words : wireless communicating；microcomputer； ultrasonic；distance measurement；temperature compensation

摘 要：本文介绍一种用于汽车倒车避撞的超声波无线距离测量系统。系统由下位机与上位机两部分组成，下位机主要由超声波发射电路、超声波接收电路、无线收发模块及单片机组成，上位机由单片机、无线收发模块、显示电路等组成，下位机与上位机之间通过无线收发模块传输信息。文中分析了超声波测距电路的设计方法，叙述了采用无线通信技术实现数据远程传输的设计思路。该系统测量距离方便、灵活、稳定。

关键词：无线通信；单片机；超声波；距离测量；温度补偿

1. 引言

随着经济的发展，人们的生活水平越来越高。当今，对许多人来说，汽车进入家庭已不再是奢望，但随之而来的事情就是如何保证汽车使用过程中的安全问题，特别是如何防止汽车与其他物体碰撞的事情发生。据初步调查统计，l5%的汽车事故是由汽车倒车“后视”不良造成的。因此，增强汽车的后视能力，对于提高行车安全，减轻司机的劳动强度和心理压力，是十分重要的。如果车辆能适时检测与周围障碍物的距离并给出警告信息，使司机及早采取行动，可避免车辆相撞事故的发生。

随着科学技术的发展，用超声波进行无接触测量得到了广泛的应用。超声波是由机械振动产生的,可在不同介质中以不同的速度传播，它具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小，反射能力较强，在恶劣工作环境下具有一定的适应能力等优点。因此可用于液位测量、车辆自动导航[2]等领域。本文介绍一种基于无线数据传输方式的超声波车辆倒车避撞预警系统。

2. 超声波测距原理

发射的超声波遇到障碍物时就会发生反射，反射波可由接收器接收，这样只要测出超声波从发送点到反射回来的时间间隔Δt，然后根据公式（1）即可求出超生波从发射处到障碍物之间的距离。

S=CΔt/2 （1）

式中：S—超生波发射处与障碍物间的距离

C—超声波在介质中的传播速度

由于超声波是一种声波，其声速C受环境温度的影响，关系如式（2），因此使用超生波测量距离时应该采用温度补偿的方法对式（1）中的声速值加以校正。

C=331.4+ 0.61×T （2）

式中：T—环境温度

3. 硬件电路设计

如图1，硬件电路主要由单片机、超声波传感器、温度测量电路、无线收发模块等组成。

系统中单片机均采用ATMEL公司的AT89S51作为核心控制芯片，它与MCS-51的指令和引脚兼容[1]，并且具有ISP在线编程功能，便于系统的设计和调试。

超声波传感器是超声波测距电路中的重要元件,其性能优劣直接影响到测距准确度和可靠性。通常超声波传感器有两类:一类是发射电路和接收电路互相独立的分体式超声波传感器,此类传感器测距有效范围比较大,但不具备防尘、防水性能。另一类是同时具有发射与接收功能的收发一体式超声波传感器，此类超声波测距有效范围比较小,但防尘、防水性能好。该系统选择分体式超声波传感器。

考虑到超声波具有指向性，本系统在汽车尾部左、右两个部位各安装一个超声波传

感器，适当调整安装位置，可准确测量汽

车后部障碍物。

如图1所示，下位机的P1.1、P1.2引脚分别用于控制两路超声波发射，INT0，INT1分别用于两路超声波信号检测，P1.3用于温度检测，串口RXD、TXD分别连接无线收发模块A的输入、输出端。同样，上位机串口RXD、TXD分别连接无线收发模块B的输入、输出端，当接收到下位机发送的测量数据时，下位机进行处理，然后显示测量结果，当车辆离障碍物的距离超过安全警戒线时发出报警信号。

实际安装时，该系统的下位机部分安装在汽车的尾部，上位机部分安装于驾驶室内。

3.1 超声波发射电路

超声波发射电路由超声波换能器（或称超声波振头）和超声波发生器两部分组成，电路如图2所示。系统中，超声波换能器的型号为CSB40T，它将超声波发生器提供的电信号转换为机械振动并发射出去。40KHz的超声波信号是利用NE555时基电路振荡产生的，振荡频率f ≈1.44/((R22+2×R23)×C21)，通过R23调节信号频率，使之与换能器的40KHz固有频率一致。工作时，下位机通过P1.1口定时向超声波发生电路发出控制信号，超声波发生电路产生40KHz的调制脉冲，经换能器转换为超声波信号向前方空间发射。

3.2 超声波接收电路

超声波接收电路采用了集成电路CX20106A，CX20106A是日本索尼公司生产的红外遥控信号接收集成电路，它由前置放大、自动偏压控制、振幅放大、峰值检波和整形电路组成。该集成电路红外发射的频率38KHZ，超声波换能器的固有频率是40KHz，适当设计CX20106A外围电路参数,就可以将其用于超声波的接收放大电路，如图3所示，引脚1为CX20106A信号输入端，引脚2为CX20106A的RC网络连接端，引脚3为CX20106A检波电容连接端，

引脚4为CX20106A的接地端，引脚5为CX20106A带通滤波器中心设置端，引脚6为CX20106A积分电容连接端，引脚7为CX20106A信号输出端，引脚8为CX20106A供电电源端。

工作时，换能器CSB40T将所接收到的微弱声波振动信号转化成为电信号，送给CX20106A的输入端1，当CX20106A接收到信号时，7脚就会输出一个低电平，可用于下位机的中断信号源。当下位机接收到中断信号时，说明检测到了反射回来的超声波，下位机就进入中断状态，开始距离计算，并将计算结果发送给上位机。

3.3温度检测电路

温度检测电路采用DALLS公司的1-WIRE式总线器件DS18B20数字温度传感器，电路连接非常简单，但是必须保证时序与单片机严格同步。DS18B20具有9，10，11，和12位转换精度，未编程时默认精度为12位，测量精度一般为0.5℃，软件处理后可达0.1℃。温度输出以16位符号扩展的二进制数形式提供，低位在先，以0.0625℃/ LSB形式表达，高五位为扩展符号位。转换周期与转换精度设定有关，9位精度时，最大转换时间为93.75ms；12位精度时，最大转化时间为750ms。在本系统中采用默认的12位精度。关于DS18B20的使用方法可参考有关书籍。

3．4 数据无线收发模块

为避免在车内铺设电缆，系统的上位机部分与下位机部分采用无线的方式进行通信。

无线通信模块采用PTR2000，它是收发一体的工作在国际通用数传频段433MHz的无线通信模块，最高传输速率可以达到20Kbit/s，功耗低，待机状态下仅为8μA，可以直接与单片机的串口连接使用。PTR2000的引脚定义如下：TXE是发送控制端；PWR是节能控制端；DI是数据输入端；DO是数据输出端；CS是频道选择端。

硬件连接时，由单片机3个通用I/O口分别控制TXE、PWR、CS，单片机的串口与DI，DO连接。TXE为1时，为发送状态，TXE为0时，为接收状态。状态转换需要5毫秒。PWR为0时，为节电待机状态，此时模块无法进行接收或者发送。

无线通信具有无需布线、便于安装、灵活性强等诸多优点，但是数据在传输过程中难以避免的会产生误码，而且产生误码的几率要远远大于有线网络，并且误码的产生与多方面的因素有关，因此有很大的不确定性。所以必须采用一种差错控制机制，该系统采用停止等待协议来实现差错控制。此外，还采用校验机制以确定何时需要重传，CRC校验码的检错能力很强，它除了能检查出离散传输错误外，还能检查出突发传输错误。考虑到硬件和传输的开销问题，使用CRC16校验码。

PTR2000灵敏性很高，在无载波的情况下在接收端会产生随机的数据，因此需制定传输协议，格式如表1所示。通信协议中，必须在有效数据前加上两个或多个固定的前导字符作为同步信号，使得接收端能够辨别出有效数据的开始。

前导字符采用0xAA、0xAA、0xFF、0x00共4字节，其中前两个字节为同步信号，后两个字节为帧开始标志，接收端只要能够接收到0xAA、0xAA、0xFF与0x00，就可以认为新的一帧开始了。帧类型分为数据帧、有序数据帧、控制命令帧、确认帧等多种帧类型。帧编号为可选项，与帧类型相关，只有帧类型是有序数据帧时才有效。校验为2字节CRC16校验码。帧结束标志：为0x00。

4.软件设计

4.1下位机程序设计

下位机程序主要由数据通信程序、距离计算程序、温度补偿程序等组成。

距离计算程序流程图如图4所示。

温度补偿通常有两种方法：一种方法是每次按照公式C=331.4+ 0.61×T计算当前声速C，进行温度补偿。其特点是：根据当时的温度得到精确声速，从而计算得到的距离值也比较精确，但程序中牵涉到浮点数运算，由微处理器系统实现，难度较大。另一种方法是将温度与声速的对应关系列成温度---声速二维表，固化到系统中。温度补偿时，根据温度---声速表，查取最接近当前温度的那个温度所对应的声速值，此声速值即作为当前声速。其特点是：避开了复杂的浮点运算和浮点运算后各字节的提取操作，这样既保证了一定的精度要求，又可以避免浮点运算。因此本系统采用方法二进行温度补偿。程序流程图略。

4．2 上位机主程序设计

上位机与下位机通信时，上位机按照通信协议格式将开始测量命令发送给下位机，下位机接收到命令后就开始测量汽车离障碍物的距离，然后将测量结果发送给上位机，上位机先判断前导字符来确定是否为有效数据，若是有效数据，则解开封包进行相应操作，否则丢弃该数据包，上位机再按照同样的方式继续发命令、接收数据，直到接收到正确的数据为止。程序流程图如图5所示。

5 结束语

通过对系统硬件电路和软件的合理设计，本系统能在-20℃到50℃之间正常工作，三位数码管以厘米为单位显示距离，能准确判断距离汽车1.5米内的物体并及时报警，提高了汽车倒车的安全性。本文的创新点是在汽车防撞系统中采用了数据无线通信策略，减少了车内布线。

参考文献：

[1]MCS-51系列单片机应用系统设计，何立民，北京航空航天大学出版社，1990年.

[2]高准确度超声波测距仪的研制，赵珂，向瑛等，传感器技术,2003年第2期.

[3]无线通信在嵌入式系统中的应用，曹玲芝，石军等，微计算机信息，2005年第11期

作者简介：

曹玲芝，女，1965年生，硕士，副教授，主要从事远程测控技术研究。

****：郑州轻工业学院电气信息工程学院办公室 邮编 450002

Email: caolingzhi@zzuli.edu.cn

任亚萍，女，1973年生,硕士生,主要从事计算机技术研究.

主动刹车系统属于汽车防撞系统里的一部分。

主动刹车系统属于汽车防撞系统里的一部分。是一种利用通讯、控制与资讯科技侦测车辆周遭的动态状况，以辅助汽车驾驶人的安全科技。主动刹车系统基本是由三大部分组成：探测用的摄像头或者雷达传感器、对数据进行处理的车载电脑和制动控制系统。

通过车身上的雷达感测器，实时监视前方交通情况，将前方的障碍物以数据方式传给车载电脑。车载电脑对传感器和探测器测算的数据进行计算和分析，达到预先设定的刹车制动距离的数值，就会下达是刹车还是避让等相关指令，制动控制系统就会对轮胎采取刹车制动，而无需驾驶员操作。

主动刹车系统的利弊

1、优点

明显地提高了外出行车的安全性，利用雷达波检测驾驶员车周围的盲区，通过语音信号等不同的方式，提醒驾驶员注意行车安全，对于城市拥堵路况和红路灯路口，更是充分的体现出了主动刹车系统的实用性非常的高。

2、劣势

体现在突然的刹车、刹车成功概率低、刹车反应级别等极多质量问题，对于主动刹车对它所期盼能够完全避免车祸会难免不现实，其真正意义上是降低车祸所带来的危害程度。