【正文】 當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在 INT0 或 INT1 端產(chǎn)生一個(gè) 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求， 執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。由于采用的是 12MHz 的晶振，計(jì) 數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是 1μ s，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后 ，將計(jì) 數(shù)器 T0 中的數(shù)（即超聲波來回 所用 的時(shí)間 ）通過 與溫 度補(bǔ)償 后的聲 速，即 可得 障礙物 與汽車的距離。并 將測(cè) 量結(jié)果 進(jìn)行分析處理，根據(jù)決定顯示程序的內(nèi)容。 CC7555 器件圖如 215 所示 ： 圖 215 CC7555 器件圖 雙列 8 腳貼片封裝 ,單時(shí)基 定 電路 ,互補(bǔ) MOS 結(jié)構(gòu) ,電源 電壓 =2～ 18V,最大功耗 =,電源 電壓 =120uA,時(shí)間誤差 =2%,輸出上升時(shí)間 =40ns,輸出下降時(shí)間 =40ns,最大振蕩 頻率 =500kHz。可以說 , 對(duì)汽車車速的測(cè)量實(shí)質(zhì)上是對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率的測(cè)量?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。而在汽車上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調(diào)電機(jī)和雨刮器電機(jī)在開關(guān)時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，使機(jī)械式開關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧，產(chǎn)生較大的電磁干擾信號(hào)。這種霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器隨著轉(zhuǎn)速變化的磁場(chǎng)在帶電的半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生脈沖電壓，控制電控單元（ ECU）的初級(jí)電流。 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 圖 214 由式 (3)看出，當(dāng)已知傳感器原邊 和副邊線圈匝數(shù)時(shí) ，通過測(cè)量副邊補(bǔ)償電流 IM 的大小，即可推算匠邊電流 IN 的值，從而實(shí)現(xiàn)原邊電流的隔離測(cè)量。 如圖 214 所示 。 針對(duì)霍爾傳感器的電路形式，人們最容易想 到的是將霍爾元件的輸出電壓用運(yùn)算放大器直接放大，得到所需要的信號(hào)電壓，由此電壓值來標(biāo)定原邊被測(cè)電流的大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱為開環(huán)霍爾電流傳感器?；魻枺桑玫姆N類較多，大致可分為霍爾線性ＩＣ和霍爾開關(guān)ＩＣ。 圖 213 幾種加速傳感器的結(jié)構(gòu)及其靜態(tài)特性 人們?cè)诶没魻栃?yīng)開發(fā)的各種傳感器，磁羅盤、磁頭、電流傳感 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 器、非接觸開關(guān)、接近開關(guān)、位置、角度、速度、加速度傳感器、壓力變送器、無刷直流電機(jī)以及各種函數(shù)發(fā)生器、運(yùn)算器等，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和信息處理各個(gè)方面。 圖 212 集中霍爾壓力傳感器構(gòu)成原理 ⑥ 霍爾加速度傳感器 圖 213 示出霍爾加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理和靜態(tài)特性曲線。在圖６中，（ａ）的彈性元件為膜 盒，（ｂ）為彈 簧片，（ｃ） 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 為波紋管。從曲線可見，結(jié)構(gòu)（ｂ）在Ｚ＜２ｍｍ時(shí)，ＶＨ與Ｚ有良好的線性關(guān)系，且分辨力可達(dá)１ μｍ ，結(jié)構(gòu)（Ｃ ）的靈敏度高 ，但工作距離較小。選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)，上述關(guān)系可表示為等式。當(dāng)然，也可采取一些改進(jìn)措施來降低這些影響，例如選擇飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的磁芯材料；制成多層磁芯；采用多個(gè)霍爾元件來進(jìn)行檢測(cè)等等。但它的測(cè)量范圍、帶寬等受到一定的限制。人們研制了用于測(cè)量磁場(chǎng)的半導(dǎo)體器件即霍爾器件。 ② 測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度 霍爾效應(yīng)是霍爾器件的理論基礎(chǔ)。眭能有很大提高，特別是閉環(huán)霍爾電流／電壓傳感器的研制成功，大大擴(kuò)展了該產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，即使未加磁場(chǎng)，當(dāng) I 流過時(shí)， 4 兩點(diǎn)也會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差 0V 。在能斯特效應(yīng)的熱擴(kuò)散電流的載流子由于速度不同，一樣具有厄廷豪森效應(yīng)，又會(huì)在 4 點(diǎn)間形成溫差電動(dòng)勢(shì) RV 。焊點(diǎn) 2 間接觸電阻可能不同，通電發(fā)熱程度不同，故 2 兩 點(diǎn)間溫度可能不同，于是引起熱擴(kuò)散電流。由于電子實(shí)際 上并非以同一速度 v 沿 X 軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)，速度大的電子回轉(zhuǎn)半徑大，能較快地到達(dá)接點(diǎn) 3 的側(cè)面，從而導(dǎo)致 3 側(cè)面較 4側(cè)面集中較多能量高的電子，結(jié)果 4 側(cè)面出現(xiàn)溫差，產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)EV 。又因 neRH 1? （或 pe1 ），故可以通過測(cè)定霍爾系數(shù)來確定半導(dǎo)體材料的載流子濃度 n（或 p）（ n 和 p 分別為電子濃度和空穴濃度）。 高斯計(jì)就是利用霍爾效應(yīng)來測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 值的儀器。又因 HK 和樣品厚度 d 成反比，所以霍爾片都切得很薄，一般 d≈ 。 mF? 指向 Y 軸的負(fù)方向。 T)。 半導(dǎo)體 中的霍 爾效 應(yīng)比金 屬箔片 中更 為明顯 ，而 鐵磁金 屬在 居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。 工作電壓范圍 ～ , 工作頻率取 12MHz。由 于 2051 內(nèi)部設(shè)計(jì)全靜態(tài)工作，所以允許工作的時(shí)鐘為 0～ 20MHz,也就是說 ，允許在低速工作時(shí) ，不破壞 RAM 內(nèi)容。 圖 25 測(cè)量示意圖 (2) 電源 AT89C2051 有很寬的工作電源電壓，可為 ～ 6V,當(dāng)工作在 3V 時(shí)，電流相當(dāng)于 6V 工作時(shí)的 1/4。 AT89C2051 驅(qū)動(dòng)能力的 增強(qiáng)，使得它可以直 接驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管。 在引腳的驅(qū)動(dòng)能力上面， AT89C2051 具有很強(qiáng)的下拉能力， P1,P3 口的下拉能力均可達(dá)到 20mA。 RST 一旦變成高電平所有的 I/O 引腳復(fù)位到 “ 1” 。用作輸出端時(shí)，被外部拉底的 P3 口引腳將用上拉電阻而輸出電流（ IIL）。 ④ P3 口： P3 口的 ~, 是帶有上拉電阻的 7 個(gè)雙向 I/O引腳。 和 還分別作為片內(nèi) 精密模擬比較器的通向輸入（ AIN0）和反相輸入（ AIN1） P1 口輸出緩沖器可吸收 20mA 的電流，并能直接驅(qū)動(dòng) LED 顯示。其主要特點(diǎn)為采用 Flash 存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與 MCS51 完全兼容，可 以很 快被中 國(guó)廣大 用戶 接受， 其程序 的 可擦 寫特 性，使 得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易。根據(jù)多譜勒效應(yīng)原理，當(dāng)發(fā)射物體和反射物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生頻移 fd，并且以下公式成立： V＝ [(C*fd)/2f0] (2) 圖 22 發(fā)射波與回波波形 如圖 22，設(shè)發(fā)射信號(hào)上升和下降階段分別為 f(t+)、 f(t)， K 為斜率 ， 則： f(t+)＝ fmin+k 厘米波雷達(dá)中已 廣泛 采用的 信號(hào)處 理技 術(shù)，諸 如脈沖 壓縮、 視頻 積累、 極化分集、動(dòng)目標(biāo)顯示 (MTI)、擴(kuò)頻 、頻率捷變、極化捷變 和合成孔徑以及線性預(yù)測(cè)法、 Capon 型法、信號(hào)子空間法、參量目標(biāo)模型 濾波法等這些超分辨技術(shù)都已 經(jīng)在 毫米波 雷達(dá)中 得到 應(yīng)用。毫米波檢 波和 下變頻 ，光電 轉(zhuǎn)換 等方面 具有獨(dú) 特的優(yōu) 點(diǎn)。 實(shí)踐證明，在這些接收機(jī)中采用梁式引線 的砷化鎵半導(dǎo)體器件 ，對(duì)于頻率在 30～100GHz 范圍內(nèi)的接收機(jī)設(shè)計(jì)也是很合適的。準(zhǔn)光 學(xué)合 成利用 天線和 透鏡 在空間 將微波 及毫米 波固 態(tài)器件 的功率組合在一 起來 實(shí)現(xiàn)。俄羅斯和美國(guó)已經(jīng)采用回 旋管器件裝備雷達(dá)和制導(dǎo)系統(tǒng) 。 （ 2） 毫米波的接受與發(fā)射 發(fā)射／接收技術(shù)是毫米波雷達(dá)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 在遠(yuǎn)程 導(dǎo)彈 或航天 器重返 大氣層 時(shí)， 需采用 能順利穿透等離 子體 的毫米 波實(shí)現(xiàn) 通信 和制導(dǎo) 。 ⑥ 雷達(dá)分辨率高 。 ② 高跟蹤精度和制導(dǎo)精度 。 與光波相比，它們利用大氣窗口（毫米波與亞毫米 波在大氣中傳播時(shí)，由于氣體 分子 諧振吸 收所致 的某 些 衰減 為極小 值的頻 率） 傳播時(shí) 的衰減小，受自 然光 和熱輻 射源影 響小 。 ③ 穿透等離子體的能力強(qiáng)。與紅外、激 光、 電視等 光學(xué)導(dǎo) 引頭 相比， 毫米波 導(dǎo)引頭 穿透 霧、煙 、灰塵的能力強(qiáng) ，具 有全天 候 (大 雨天除 外 )全 天時(shí)的 特點(diǎn) 。 毫米波雷達(dá)原理 （ 1） 毫米波 簡(jiǎn)介 毫米波 是介于 微波 與光波 之間的 電磁 波 ,通 常毫 米波頻 段是 指 30～300GHz,相應(yīng)波長(zhǎng)為 1～ 10mm ， 毫米波 波長(zhǎng) 位于微波 與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長(zhǎng)范圍 ，因 而兼有 兩種波 譜的 特點(diǎn)。 本系統(tǒng) 以 單片機(jī) AT89C2051作為 系統(tǒng) 的控制器 [4]， 利用 其 實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理功能 , 完成系統(tǒng)的控制 ； 用 毫米波 雷達(dá) [6]作 為測(cè)距技術(shù)， 用 集成 霍爾元件實(shí)現(xiàn)對(duì)本車的測(cè)速 ,用發(fā)聲器件構(gòu)成報(bào)警電路 。 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)，考慮性能價(jià)格比，本系統(tǒng)采用毫米波雷達(dá)測(cè)距技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)。 CCD攝像機(jī)是一種用來模擬人眼的光電探測(cè)器，具有尺寸小，質(zhì)量輕、 功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確等特點(diǎn)。測(cè)出發(fā)射波與接收到反射波的時(shí)間差 T，即可求出距離： S=， c為光速度，一般取 3 10e8m/s。 ②是環(huán)境適應(yīng)性能好，受雨、雪、霧、污穢、陽光的干擾小，探測(cè)性能下降小。 工作頻率在 3OGHz以上 的雷達(dá)稱為毫米波雷達(dá)。 （ 3） 微波雷達(dá)測(cè)距 雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波的反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的。由于非掃描成像激光雷達(dá)測(cè)點(diǎn)數(shù)目大大減少 , 從而提高了系統(tǒng)三維成像速度。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測(cè)器測(cè)定反射鏡的角度即可測(cè)出目標(biāo)的方位。 因此，作為高速行駛車輛上的測(cè)距傳感儀器不可取， 日本研制成功了樣機(jī)，但沒有投入使用。 t 與超聲波傳播速度 c 相乘可求出被測(cè)距離 s, 即 ： s = ct /2 超聲波 特點(diǎn)是對(duì)雨、霧、雪的穿透能力強(qiáng) ，傳輸過程能量衰 減較小，反射能力較強(qiáng)。 以高準(zhǔn)確度和最低的錯(cuò)誤報(bào)警概率監(jiān)視汽車前方的交通區(qū)域 ， 因此相應(yīng)提出了很多方案，諸如超聲波、微波、激光、紅外、 GPS、 攝像系統(tǒng)測(cè)距 等技術(shù)，這幾種測(cè)距方式各有其特點(diǎn)。 因此，一種響應(yīng)快、可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)十分必要，而該系統(tǒng)的核心在于快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出汽車與障礙物間的距離，為駕駛?cè)藛T提供準(zhǔn)確的判斷信息，避免汽車追尾碰撞。 兼?zhèn)湓趥鞲衅?、駕駛輔助、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、防滑、乘員安全等各領(lǐng)域的技術(shù)專長(zhǎng)，才真正有條件整合主、被動(dòng)安全技術(shù)、全面提高未來汽車的舒適性和安全性。 TRW 行人保護(hù)系統(tǒng)能有效降低人車相撞的機(jī)率，或在碰撞在所難免時(shí)保護(hù)駕駛者和行人的安全。全球定位系統(tǒng)（ Global Positioning System）和智能化道路都屬于智能化傳輸系統(tǒng)。 智能化反饋好的預(yù)警系統(tǒng)是 善解人意 的。 這些通常也被稱為駕駛輔助系統(tǒng)。 預(yù)警駕駛輔助在集成化的第二階段，安全技術(shù)發(fā)展到具有一定的先知先覺能力。 在前座椅置于安全氣囊保護(hù)的最佳距離的同時(shí)， ACR 自動(dòng)收緊座椅安全帶以加強(qiáng)乘員保護(hù)。集成的主、被動(dòng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的安全性能，最大程度地保護(hù)車輛、乘員乃至行人的安全，其價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各自獨(dú)立、互不相干的防護(hù)系統(tǒng)。而被動(dòng)安全系統(tǒng)（也稱乘員安全系統(tǒng)）在事故發(fā)生時(shí)最大限度降低對(duì)人員的傷害。這要求汽車廠商和零部 件供應(yīng)商不斷 的 開發(fā)出先進(jìn)技 術(shù) ，創(chuàng)造更 安全 的車輛。轉(zhuǎn)向不足時(shí) ，為了校正循跡方向， ESP 則會(huì)對(duì)內(nèi)后輪制動(dòng)，從而校正行駛方向。同樣，汽車 在起步或急加速時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪也 有可 能打滑 ，在冰 雪等 光滑路 面上還 會(huì)使方 向失 控而出 危險(xiǎn)。汽車在制動(dòng)時(shí)，四只輪胎與 地面 的摩擦 力不一 樣， 容易造 成打滑 、傾斜 和車 輛側(cè)翻 事故。目前大多數(shù)轎車都裝有 ABS。 （ 3） 被動(dòng)安全之 “ 設(shè)備派 ” 通過采 用 智能 安全 氣囊 、 鋼化玻 璃與 夾層玻 璃 結(jié) 合的 安 全玻 璃 、 預(yù)緊式安全帶 、 乘員頭頸保護(hù)系統(tǒng) 等來 有效保護(hù)乘員的安全。 被動(dòng)安全 所謂被 動(dòng)安全 是指 當(dāng)車輛 發(fā)生碰 撞時(shí) 對(duì)乘客 及行 人的保 護(hù)能 力 ， 是通 過 設(shè) 置 安 全 帶 、 安 全 氣 囊 、 保 險(xiǎn) 杠 等 ,在 事 故 發(fā) 生 時(shí) 保 障 人 員 的 安全。但對(duì)新手，倒車就不是件容易的事了。對(duì)公路交通事故的分析表明： 80%以上的車禍?zhǔn)怯捎隈{駛員反應(yīng)不及所引起的追尾相撞、側(cè)面相撞。而這時(shí)最為可怕的卻還是車內(nèi)的乘員，因?yàn)樗麄円宰约旱难庵?qū)去和如此巨大的鋼鐵撞擊相抗?fàn)帯?inte grate d Hall unit alarm 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 前 言 現(xiàn)代社會(huì)高速公路的迅猛發(fā)展和汽車制造水平的快速提高 [1]，導(dǎo)致了汽車的行駛速度不斷上升。該 系統(tǒng) 裝置將單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能，與 毫米波雷達(dá) 的測(cè)距技術(shù)、傳感器技術(shù)相結(jié)合，可檢測(cè)汽車運(yùn)行中 前方、 后方障礙物與汽車的距離及汽車車速，通過數(shù)顯裝置顯示距離，并由發(fā)聲電路根據(jù)距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出警告聲。 作者（簽字）： 簽字日期： 201 年 2 月 15 日 版權(quán)使用授權(quán)書 武漢紡織大學(xué)有權(quán)保存學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔， 可以借閱 或上網(wǎng)公開本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容， 允許論文被查閱，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容?；趩纹瑱C(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) I 論文原創(chuàng)性聲明 我以誠(chéng)信聲明： 本人所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。對(duì)于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定 進(jìn)行法律 處理。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)，毫米波，防撞雷達(dá)，霍爾集成傳感