【正文】 斷 并幫助 駕車 者進(jìn)行 處理 ， 這一系 統(tǒng)能 夠在汽 車與其它物體發(fā)生撞前的瞬間，進(jìn)行 提前預(yù)警 以保證安全。 安全帶 、 安全氣囊 、各種安全 電子 裝置即具有這樣的防護(hù)作用。 該階段的技術(shù)整合所采用的制動(dòng)輔助系統(tǒng)，在潛在碰撞發(fā)生前啟動(dòng)安全防護(hù) 措施。早期，駕駛輔助主要提供駕駛便利，而在今后將逐步發(fā)展成為主動(dòng)安全技術(shù)中不可或缺的部分。 以智能化道路為例，這種系統(tǒng)利用 傳感器 和衛(wèi)星 數(shù)據(jù)追蹤汽車位置，并在潛在意外發(fā)生前－如臨近交叉路 口時(shí) 及時(shí)提醒駕駛者注意路況。作為 汽車 行業(yè)內(nèi) 眾多 的安全產(chǎn)品研發(fā)者和供應(yīng)商，多個(gè)大型汽車集團(tuán)正在以開(kāi)發(fā)先進(jìn)傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，走向驅(qū)動(dòng)汽車安全集成化 的進(jìn)程。 （ 1） 超聲波測(cè)距 超聲波是指諧振頻率在 20KHZ以上的機(jī)械波 。 （ 2） 激光測(cè)距 目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測(cè)距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達(dá)和成像式激光雷達(dá)。 激光測(cè)距是一種光學(xué)雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測(cè)量時(shí)間短，量程大， 測(cè)距精度很高 ， 車道分辨率 高 等優(yōu)點(diǎn)。作為車載雷達(dá)，一般選擇 60GHz， 120GHZ， 180GHZ波段，其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為 毫米級(jí)，故稱為毫米 波雷達(dá)。其基本原理是：紅外線發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線的狀態(tài)，當(dāng)紅外接收器第一次接收到前方汽車反射回的紅外 線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)計(jì)數(shù)啟動(dòng)信號(hào)，計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)器開(kāi)始以一定頻率計(jì)數(shù)；當(dāng)紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)停止計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 本文介紹的汽車 防碰撞 報(bào)警 系統(tǒng)是關(guān)于汽車安全系統(tǒng)的主動(dòng)安全方面 ， 利用安裝在汽車前保險(xiǎn)杠上的雷達(dá)傳感器測(cè)量自車與前方目標(biāo)物間的距離和相對(duì)速度 , 通過(guò)霍爾集成 傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)自車車速的測(cè)量，再由主控單元對(duì)采集的車輛實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分析并判斷當(dāng)前的行車安全狀態(tài) ,采取相應(yīng)的報(bào)警方式 ， 警示當(dāng)前的行車狀況，使駕駛員提前采取相應(yīng)的措施，提高駕駛安全性。 各自的 理論和 技術(shù) 分別是 微波向高頻的延 伸和 光波向 低頻的 發(fā)展 。 ④ 多普勒頻移大，測(cè)速靈敏度高。 ③ 不易受電子干擾 。高分 辨率的 毫米 波輻射 計(jì)適用于氣象參 數(shù)的 遙感。在目前研制出 來(lái)的 各類固 態(tài)器 件中 。隨著毫米波集成電路技術(shù)的發(fā)展，通 常把 振蕩、 放大、 混頻 和其他 控制器 件集成 為 一 個(gè)子系 統(tǒng)，這樣接收機(jī) ／發(fā) 射機(jī)集 成在一 起， 能大幅 度降低 尺寸和 質(zhì)量 ，同時(shí) 也降低了成本。 隨著計(jì) 算機(jī)技 術(shù)、 光學(xué)技 術(shù)以及毫米波技 術(shù)的 不斷發(fā) 展，采 用光 學(xué)互連 的極高 速信號(hào) 處理 器正受 到技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的重視。 (1) 引腳 AT89C2051 的共有 20 條引腳，引腳如圖 23 所示 ： 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 23 AT89C2051 引腳圖 引腳功能說(shuō)明 ： ① Vcc:電源端 ② GND:接地端 ③ P1 口 : P1 口共 8 腳，準(zhǔn)雙向端口。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸入信號(hào)，并且作為一通用 I/O 引腳而不訪問(wèn)。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給 RST 引腳的兩個(gè)機(jī)器周期需要 12 個(gè)振蕩器和時(shí)鐘周期。 為了增加對(duì)模擬量的輸入功能， 2051 在內(nèi)部構(gòu)造了一 個(gè)模擬信號(hào)比較器，其輸入端連到 和 口，比較結(jié)果存 入 對(duì)應(yīng)寄存器，（ 在 2051 外 部無(wú)引腳），原理見(jiàn)圖 24。相比之下，一般 8031 對(duì)最低工作 時(shí)鐘限制為 ，因?yàn)槠鋬?nèi)部的 RAM是動(dòng)態(tài)刷新的。 將一塊半導(dǎo)體或?qū)w材料，沿 Z 方向加以磁場(chǎng) B? ，沿 X 方向通以工作電流 I，則在 Y 方向產(chǎn)生出電動(dòng)勢(shì) HV ，如圖 27 所示，這現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。自由電子受力偏轉(zhuǎn)的結(jié)果，向 A 側(cè)面積聚，同時(shí)在 B 側(cè)面上出現(xiàn)同數(shù)量的正電荷，在兩側(cè)面間形成一個(gè)沿 Y軸負(fù)方向上的橫向電場(chǎng) HE? （即霍爾電場(chǎng)），使運(yùn)動(dòng)電子受到一個(gè)沿 Y 軸正方向的電場(chǎng)力 eF? ， A、 B 面之間的電位差為 HV （即霍爾電壓），則 jbVejeEEeEqF HHHHe ????? ????? (4) 將阻礙 電荷的積聚，最后達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)有 0?? em FF ?? 0??? jbVejeVB H ?? 即 bVeeVB H? 得 VBbVH? (5) 此時(shí) B 端電位高于 A 端電位。它是選定霍爾元件，即 HK 已確定，保持控制電流 I 不變，則霍爾 電壓 HV 與被測(cè)磁感 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 應(yīng)強(qiáng)度 B 成正比?？梢宰C明 IBVE? 。 RV 的正負(fù)僅與 B 的方向有關(guān)，而與I 的方向無(wú)關(guān)。 霍爾元件應(yīng)用十分廣泛大致可分為以下幾個(gè)方向。 圖 29 ③ 測(cè)量電流強(qiáng)度 將圖 210 中霍爾器件的輸出（必要時(shí)可進(jìn)行放大）送到經(jīng)校準(zhǔn)的顯示器上，即可由霍爾輸出電壓的數(shù)值直接得出被測(cè)電流值。這類霍爾電流傳感器的價(jià)格也相對(duì)便宜，使用非常方便，已得到極為廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外已有許多廠家生產(chǎn)。用霍爾元件測(cè)量位移的優(yōu)點(diǎn)很多：慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長(zhǎng)。在盒體的Ｏ點(diǎn)上固定均質(zhì)彈簧片Ｓ，片Ｓ的中部Ｕ處裝一慣性塊Ｍ，片Ｓ的末端ｂ處固定測(cè)量位移的霍爾元件Ｈ，Ｈ的上下方裝上一對(duì)永磁體，它們同極性相對(duì)安裝。前者的輸出與磁場(chǎng)成正比，用于各種參量的測(cè)量：后者的輸出為高、低電平兩利，狀態(tài)，常用于無(wú)刷電機(jī)和汽車點(diǎn)火裝置中。 即原邊電流 (IN)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)副邊線圈的電流 (IM)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償 。相對(duì)于機(jī)械斷電器而言，霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器無(wú)磨損免維護(hù)，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，還能精確地控制點(diǎn)火正時(shí)，能夠較大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，具 有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前的霍爾器件都可承受一定的振動(dòng)，可在零下 40 攝氏 度到零上 150 攝氏度范圍內(nèi)工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應(yīng)汽車的惡劣工作環(huán)境。從微秒到小時(shí)定 時(shí) ， 可在單穩(wěn)態(tài)或多諧振蕩方式工作 ， 可調(diào)節(jié)占空比 ， 輸出端可供給或吸入 200mA 電流 ， 輸出和 電源 與 TTL 兼容 ， 溫度穩(wěn)定性 優(yōu)于 %/℃ ， 常開(kāi)與常關(guān) 輸出端 。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制 BCD 碼方 式送往 LED 顯示約 ，然后再發(fā) 射超 聲波脈 沖重復(fù) 測(cè)量 過(guò)程。 系 統(tǒng) 的 控制程 序 程序功能：測(cè)試障礙物距離，用數(shù)碼管顯示結(jié)果 出口參數(shù)： P0， 計(jì)算超聲波傳播時(shí)間 在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。 軟件設(shè)計(jì)的主要思路是將預(yù)置、發(fā)射、接收、顯示等功能編成獨(dú)立的模塊，當(dāng) 按下 控制鍵 后，在 一定 的周期 內(nèi)一次 接收各 個(gè)模 塊，調(diào) 用預(yù)置子程序、 發(fā) 射 子程序 、查詢 子程 序、定 時(shí)子程 序。 汽車車速的測(cè)量是通過(guò)霍爾集成傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ， 即將裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)盤的輸入軸與車輪的轉(zhuǎn)軸相連 , 當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) , 轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng) , 此時(shí) , 轉(zhuǎn)盤上的永久磁鐵會(huì)經(jīng)過(guò)霍爾集成傳感器 , 從而在霍爾集成傳感器的輸入端得到一個(gè)磁信號(hào) , 如果 轉(zhuǎn)盤不停轉(zhuǎn)動(dòng) , 霍爾集成傳感器便會(huì)輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)。許多人都知道，轎車的自動(dòng)化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。當(dāng)原副 邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁芯中達(dá)到平衡時(shí) 式 (3)成立 ： N*IN =n*IM (3) 式中 ： IN 為原邊電流； N 為原邊線圈的匝； IM 為副邊補(bǔ)償電流； n 為副邊線圈的匝數(shù)。在實(shí)際使用中，經(jīng)常將霍爾集成電路 ， 有時(shí)也用霍爾元件與永磁體、軟磁材料等封裝在一起，組成適用于特定應(yīng)用場(chǎng)合的霍爾傳感器組件?？蓮模郑扰c加速度的關(guān)系曲線上求得加速度。 圖 211 幾 種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng) 和 幾種 霍爾位移傳感器的特性曲線 ⑤ 壓力傳感器 霍爾壓力傳感器由彈性元件，磁系統(tǒng)和霍爾元件等部分組成，如圖212 所示。眾所周知 ，當(dāng)電流流過(guò)一根長(zhǎng)的直導(dǎo) 線 時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流的大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過(guò)軟磁材料來(lái)聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)，由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線性關(guān)系，因此，可以用測(cè)得的輸 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 出信號(hào)，直接反應(yīng)導(dǎo)線中電流的大小，即 I∝ B∝ U2式中， I 為通過(guò)導(dǎo)線中的電流； B 為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度； U 為霍爾器件在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的霍爾電壓?？蓽y(cè)直流、交流和各種波形的電流。 只要測(cè)出霍爾電壓ＶＢＢ ′，即可算出磁場(chǎng)Ｂ的大小；并且若知載流子類型ｎ型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為電子，Ｐ型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為空穴，則由Ｖ ＢＢ＇的正負(fù)可測(cè)出磁場(chǎng)方向，反之，若已知磁場(chǎng)方向，則可判斷載流子類型。由于制造上困難及材料的不均勻性， 4 兩點(diǎn)實(shí)際上不可能在同一條等勢(shì)線上。 ② 能斯特（ Nernst）效應(yīng)引起的電勢(shì)差 NV 。 由（ 7）式知 IBdVR HH ? 因此將待測(cè)的厚度為 d 的半導(dǎo)體樣品，放在均 勻磁場(chǎng)中，通以控制電流 I，測(cè)出霍爾電壓 HV ，再用高斯計(jì)測(cè)出磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 值，就可測(cè)定樣品的霍爾系數(shù) HR 。因 HK 和載流子濃度 n 成反比，而半導(dǎo)體的載流子濃度遠(yuǎn)比金屬的載流子濃度小，所以采用半導(dǎo)體材料作霍爾元件靈敏度較高。 + ++ +++ V HE HeFmFbIdBABZXY+ ++ +++ V HE HF mF eBbId AB (a) (b) 圖 27 霍爾效應(yīng)原理圖 實(shí)驗(yàn)表明，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電位 差 HV 與電流強(qiáng)度 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B成正比，與板的 厚度 d 成反比，即 dIBRV HH ? (1) 或 IBKV HH ? (2) 式（ 1）中 HR 稱為霍爾系數(shù)，式（ 2）中 HK 稱為霍爾元件的靈敏度，單位為 mv / (mA （ 4） 內(nèi)部 I/O 控制 AT89C2051 在內(nèi)部 I/O 控制上繼承了 MCS51 的 特性： 5 路 2 級(jí)優(yōu)待中斷，串等口， 2 路定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，內(nèi)部組成參見(jiàn)圖 26 圖 26 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 AT89C2051 是一個(gè)低功耗、高性能的 CMOS 8 位微處 理器 , 與 MCS251 系列指令集和引腳兼容 , 具有以下特點(diǎn) : 128 bytes 內(nèi)部 RAM , 2K bytes EPROM（ Erasable Programmable ROM，可擦除 可編程 ROM） , 15 根 IO線 , 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器 , 5 個(gè)兩級(jí)中斷源 , 1 個(gè) 全雙工串行口 , 一個(gè)片內(nèi)精密 模擬 比較器 和片內(nèi) 振蕩 器 , 低 功耗的 閑置和 掉電 模式。其中， R 用于測(cè)量門限的調(diào)節(jié)， IN 端接輸入模擬信號(hào)。 ⑦ XTAL2:作為振蕩器反相放大輸出。當(dāng) P3 口引腳寫入 “ 1” 時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。 引腳 ~ 提供內(nèi)部上拉電阻。對(duì) FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）汽車?yán)走_(dá)，發(fā)射波頻率按周期性三角波變化，設(shè)發(fā)射波和回波時(shí)間差 td，則： 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 2R＝ C td (1) 式中： R 為目標(biāo)距離； C 為光速。特 別是 在利用 光學(xué)外 差作用 產(chǎn)生 精確的 毫米波信號(hào)，準(zhǔn)光學(xué)極化處理 、濾波、功率合成 、收發(fā)雙工 、控制放大器增益。準(zhǔn) 光學(xué)功 率合成 是美國(guó) 提出 的一種 具有很好的應(yīng)用 前景 的功率 合成技 術(shù)， 利用它 能制造 出更為 緊湊 的毫米 波導(dǎo)引頭。用在 軍事領(lǐng) 域比 較多比 如在雷達(dá)、制導(dǎo)、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略通信、電子對(duì)抗、遙感、輻射測(cè)量等 [8]。 ⑤ 多目標(biāo)鑒別性能好 。 ② 器件加工精度要求高。同 厘米 波導(dǎo)引頭相比， 毫米 波導(dǎo)引 頭具有 體積 小、質(zhì) 量輕和 空間 分 辨率 高的特 點(diǎn)。 ： 汽車防 追尾碰 撞報(bào)警系統(tǒng)的原理 :利用安裝在汽車前保險(xiǎn)杠上的 毫米波 雷達(dá)傳感器 [5],實(shí)時(shí)測(cè)量自車與前方目標(biāo)物間的距離和相對(duì)速度等信息 ,再由主控單元判斷當(dāng)前的行車安全狀態(tài) ,采取相應(yīng)的報(bào)警方式 。 （ 5）攝像系統(tǒng)測(cè)距 攝像系統(tǒng)指電荷藕合器件 CCD常用攝像系統(tǒng)。 用毫米波雷達(dá)測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)有 : ① 檢測(cè)障礙物時(shí)對(duì)環(huán)境的變化有很強(qiáng)的穩(wěn)定性， 與光學(xué)式相比，它不易受對(duì)象表面形狀和顏色影響 。缺點(diǎn)是：由于光波束很窄 ； 掃描速度比較慢 ， 必須采取特殊的技術(shù)措施 ， 才能覆蓋車道 ， 另外受各種光源、天氣的影 響比較大。它的工作原理是 :從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后 ,用掃描鏡左右掃描 ,向空間發(fā)射 , 照射在前方車輛或其他目標(biāo)上 ,其反射光經(jīng)掃描鏡、