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1、江西蓝天学院本科生毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 选题意义汽车作为现代人类的交通工具，改变了人们的生活方式，推动了社会经济的发展和人类文化的进步，给人们的生活带来了极大的便利，但同时也带来了严重的交通安全问题。据红十字会的数据：全世界每年死于道路交通事故的人数达 70 万人，另有10001500万人受伤，每年因道路交通事故造成的经济损失约为 5180 亿美元。道路交通事故给家庭、集体和国家都会带来巨大的损失，成为世界性的严重社会问题。预计至 2020 年，交通事故将成为继心血管病和精神压力症之后造成人类非正常死亡的第三大直接原因 。高速公路作为交通运输的重要组成部分，在这所有的交通事故中占
2、有很大的分量。高速公路交通事故的死亡率也一直居高不下，高速公路是集人、车、路、环境和管理于一体的复杂系统，引起事故的原因很多，发生的交通事故的类型也各不相同，但追尾碰撞引起的事故占最多数。据统计，汽车追尾在交通事故中占到了 30-40，而追尾事故所造成的财产损失和人员伤亡更是占到了总损伤的 60 。为了减少交通事故和人员伤亡，各国都在积极的研究对策，利用各种方法和措施来 减少交通事故的发生。近年来由于电子技术的飞跃发展，使得相关技术日新月异，尤其是信息产业的迅速发展，使得研制高度信息化的交通安全系统有了基础。在过去20-30年中，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面，例如，在汽车的前部或后
3、部安装保险杠、在汽车外壳四周安装某种弹性材料、在车内相关部位安装各种形式的安全带及安全气囊等等，以减轻汽车碰撞带来的危害。安装防撞保险杠固然能在某种程度上减轻碰撞给本车造成损坏，却无法消除对被撞物体的伤害；此外，车上安装的安全气囊系统，在发生车祸时不一定能有效地保护车内乘务员的安全。所有这些被动安全措施都不能从根本上解决汽车在行驶中发生碰撞造成的问题。如果从预防撞车事故的发生的角度着眼，在提高汽车主动安全性方面下功夫，则可在汽车安全性领域有较大的突破。人们越来越认识到，如何利用先进技术，辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路等环境进行实时监控和报警，防止汽车碰撞事故的发生，显得尤其重要。
4、发展汽车防撞技术，对提高汽车智能化水平有重要意义。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30%，路面相关事故的50%; 1秒钟的预警时间可防止90%的追尾碰撞。理论上，汽车防撞装置可在任何天气、任何车速状态下探测出将要发生的危险情况并及时提醒司机及早采取措施或自动紧急制动，避免严重事故发生。汽车防撞装置是借助于遥测技术监视汽车前方的车辆、障碍物，并根据当时的车速自动判断是否达到危险距离，及时向司机发出警告罗玉元汽车安全装置中的防碰撞系统J.上海汽车,2004 (3)。针对我国高速公路交通安全的需要，以及国内外汽车电子技术的应用现状和发展趋势，综合汽车工程学
5、、汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论，从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发，提出开发研制汽车防撞报警系统。目的在于当行车处于危险状态时，发出报警，提醒驾驶员或自动采用相应措施，从而减少或避免高速公路碰撞事故的发生。1.2 国内外研究的现状利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法提高的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统（AVCSS）的主要研究内容。世界各大汽车公司、大学在政府的支持下，都在开展这方面的研究与开发工作。日本各大汽车制造 企业如丰田、日产、马、本田、三菱等公司，为实现其运输省提出的发展先进的安全汽车(ASV)计划致力于新型安全汽车技术研究开发，并取得了重要的进展。丰田
6、汽车公司使用毫米波雷达和CCD摄像机对本车的距离进行动态监测，当两车距离小于规定值时，系统将发出直观报警信号提醒本车驾驶员。日产汽车公司使用紧急制动劝告系统，利用先进的车距监测系统对跟车距离进行动态监测，当需要减速或制动时，用制动灯亮来提醒驾驶员，并及时监测驾驶员操纵驾驶踏板的踏踩状态，必要时使汽车的自动制动系统前起作用降低车速，在最危险时刻自动制动。本田公司使用具有扇形激光束扫描的雷达传感器，即使车辆在弯道行使也能检测到本车与前方汽车或障碍物的距离降到规定值时，驾驶员仍未及时采取相应措施，便发出警告信号。三菱和日立公司在毫米波雷达防撞方面也做了大量的研究，其雷达中心频率主要选择6061GHz
7、或7677GHz, 探测距离为 120米，尼桑公司为41LV-Z配备了自适应巡航控制系统，该系统利用毫米波雷达作为探测器，为巡航驾驶提供了判断依据。 德国和法国等欧洲国家也对毫米波雷达技术进行了研究，特别是奔驰、宝马等著名汽车生产厂商，其采用的雷达为调频毫米波雷达（Frequency Modulation Continuous Wave）,频段选择7677GHz。如奔驰汽车公司和英国劳伦斯电子公司联合研制的汽车防撞报警系统，探测距离为150米，当测得的实际车间距离小于安全车间距离时，发出声光报警信号。该系统已经得到应用。 美国的汽车防碰撞技术已经相当先进，福特汽车公司开发的汽车防碰撞系统的工作
8、频率为24.725 GHz, 探测距离约106米。据说该系统理论上能根据转弯的角度信息自动适应路面的转弯情况，仅探测本车道内车辆的信息，从而可避免旁车道上目标物的影响。戴姆勒-克莱斯勒公司的防撞结构主要是两个测距仪和一个影像系统，她能够测出安全距离，发现前方有障碍物，计算机能够自动引发制动装置。戴姆勒-克莱斯勒公司的实验结果显示，车速以每小时32.18公里/小时的速度行驶，在距离障碍物2.54cm的地方停下来。我国汽车防碰撞系统的研究开发同国外发达国家相比，存在较大差距，近几年相继有一些科研院所、大专院校和公司厂家进行此方面的研究。近距离报警如倒车雷达现已蓬勃地车辆上安装使用，但国内目前生产的
9、中远距离测量普遍达不到要求，表现在最远测距距离近，测距误差大，远远不满足高速公路的安全车距离要求，需进一步研究。1.3本论文的特色本论文分前进和倒车为汽车设计了两套报警装置。采用了不同的测距方式和报警装置。第2章 汽车防撞报警分析2.1传感器类型的选择2.1.1传感器的主要类型汽车防撞器最关键和最基本的技术是车辆测距技术,现在运用在汽车上的测距方法主要有超声波测距，雷达测距，摄像系统测距，激光测距，和夜间应用的红外线测距等几种方法蒋飞. 汽车主动避撞雷达系统的研究D. 武汉理工大学, 2006。 1) 超声波测距 超声波一般指频率在20 KHz以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等
10、特点，超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时,超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲,并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。 超声波测距原理简单，成本低、制作方便，但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性，这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样；另一方面是对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距常用于短距离测距，最佳距离为 45 米，一般应用在汽车倒车防撞
11、系统上。 2) 激光测距 激光测距装置是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点,在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。 非成像式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是：从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后，用扫描镜左右扫描，向空间发射，照射在前方车辆或其他目标上，其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤，被导入到信号处理装置内的光电二极管，利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差，即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标
12、的方位。 成像式激光雷达又可分为扫描成像激光雷达和非扫描成像激光雷达。扫描成像激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来，利用扫描器控制激光的射出方向，通过对整个视场进行逐点扫描测量，即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成像式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出，照射待测区域。由于非扫描成像激光雷达测点数目大大减少，从而提高了系统三维成像速度。 在汽车测距系统中，非成像式激光雷达更具有实用价值。同成像式激光雷达相比，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光雷达测距仪器工作环境处于高速运动的车体中，振动大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也
13、受到了一定的限制，同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。这些决定了其光源只能采用半导体激光器。目前，在汽车上，上述各种激光雷达测距仪均有应用，但成像式激光雷达还在进一步研究之中。 3) CCD 摄像系统测距CCD（Charge Coupled Device）摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确等优良特性，在汽车行业也得到了广泛的应用。利用面阵 CCD，可获得被测视野的二维图像，但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD 摄像机的系统称为单目摄像系统，在汽车上常用于倒车后视系统，辅助驾驶员获得后视死角信息，以避免倒车撞物。为
14、获得目标三维信息，模拟人的双目视觉原理，利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成像，通过对这两幅图像进行计算机分析处理，即可确定视野中每个物体的三维坐标，这一系统称为双目摄像系统。 双目摄像系统模仿人体视觉原理，测量精度高。但目前价格较高，同时由于受软件和硬件的制约，成像速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高，最终将得到广泛应用。 4) 红外线测距红外线的波长比可见光长，是肉眼看不见的光，有显著的热效应和较强的穿透云雾的能力。同时，任何物体在任何时候都会发出红外线。车载仪器通过发射并接收前方物体反射回的红外线，依据信号的强弱及波长的不同，同时分析时间差，可分析出前方物体的性质及与汽车的距离。 由
15、于红外线人类肉眼感知不到，具有极强的隐蔽性，夜间同样不妨碍测距仪的工作，故该种测距仪广泛应用在军用汽车上具有极强的隐蔽性，夜间同样不妨碍测距仪的工作，故该种测距仪广泛应用在军用汽车上。 5) 雷达测距 雷达的名称来自无线电探测和测距(Radio Detection And anging)，顾名思义，它向目标发射一定的无线电波，通过其反射回来的电波信号检测目标，并利用收发信号的时延测量目标的距离。雷达诞生于上世纪三十年代的第二次世界大战期间，当时由于军事上的迫切要求，雷达获得了广泛的应用和发展。之后，随着科技的发展，雷达技术日臻完善，现代雷达不仅能完成对目标的探测和测距，还能完成测角、测速、跟踪
16、和成像等功能。虽然雷达技术主要用于军事方面，但其在民用领域也发挥着越来越大的作用。雷达在民用服务的主要应用包括有气象雷达，探地雷达和应用于机场、港口、和公路的交通管制雷达从上世纪七十年代起，人们开始将雷达技术用于汽车自动防撞器中，称之为汽车防撞预警雷达(Automotive Collision Avoidance and Warning Radar),简称汽车防撞雷达(Automotive Anti-collision Radar)。由于雷达能在雨、雪、雾等恶劣天气环境下工作,作用距离较远，比上述几种技术具有优越性。2.1.2 倒车过程中选用的传感器在倒车过程中由于车速慢，与障碍物之间的距离短
17、，因此对传感器的要求不是很高，因此我们选用原理简单，成本低、制作方便的超声波传感器。2.1.3 高速行驶过程中选用的传感器在高速行驶过程中由于车速快，与前车的距离较远（远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距常用于短距离测距），天气变化莫测（超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样），因此我们选用抗干扰强的雷达测距，但是由于高性能的毫米波测距雷达大多为国外产品，价格昂贵，所以本系统暂时采用国产微波传感器来测距测速。该传感器-3DB 辐射角度为 12.5 度，探测距离 1-300m。微波振荡器输出频率为 10.525GHz，功率为 20 毫瓦。2.2
18、测距原理2.2.1高速行驶过程中的测距原理马骏.高速公路行车安全距离的分析与研究.西安公路交通大学学报，1998,18(4)汽车的制动过程可以分为以下四个阶段：(1) 驾驶员反应阶段，包括驾驶员发现障碍物并做出判断和把脚从加速踏板换到制 动踏板上的时间。(2) 制动器协调阶段，包括消除各铰链和轴承间间隙的时间以及制动摩擦片完全贴 靠在制动盘上的时间。 (3) 减速度增长阶段，指制动减速度从零增加到最大值的时间。持续制动时间为，车速为设驾驶员反应时间为 ，制动器协调时间为，制动减速度增长时间为。(4) 持续制动阶段，指汽车以某一个基本恒定的减速度减速到车速为零的时间。在道路上行驶的汽车，其驾驶员
19、、汽车和道路环境构成了典型的人一车一路系统。在该系统中，驾驶员是关键因素，对行车安全起着主导作用。根据对人行为的刺激-机体-反应经典模式，驾驶汽车可分为三个阶段，即感知阶段、判断决策阶段和执行阶段。 (1)感知阶段。感知阶段主要通过视觉、听觉和触觉来获得道路环境和自车的运行工况信息，这一阶段主要由感觉器官完成。在感知阶段，驾驶员对己存在的道路交通信息的判别和正确理解，是随后合理进行动作的保证和基础。对于驾驶员来说，如果没有完全和准确的驾驶信息和运行状态的获得，极有可能导致判断失误和动作失误，因此，驾驶状态意识在驾驶行为中相当重要。(2)判断决策阶段。判断决策阶段是驾驶员在感知信息的基础上，结合
20、自己的驾驶经验和技能，经过分析，做出判断，确定有利于安全行驶的措施，这一段主要由人的大脑完成。识别道路交通环境中的各个关键要素是首位。在汽车行驶时，驾驶员需要知道其他车辆和障碍物在哪里,以及它们的运动状态、自己车辆的状态和运动特性。驾驶员可以从道路环境、车内显示仪表板或直接通过感觉器官来识别道路交通状态中的要素及相应特性。(3)执行阶段。执行阶段是指驾驶员依据判断决策所做出的实际反应和行动，具体指手、脚对汽车实施的控制，如加速、制动、转向等，这一阶段主要由运动器官完成。这样，驾驶行为不仅是信息感知、判断和执行三个阶段不间断的多次组合，而且也是三者的连锁反应。这就要求驾驶员在非常短的时间内，根据
21、综合判断的结果及对现有状态的认识和理解，来确定要素的瞬时或者随后状态，以便于正确的决策和协调动作。驾驶员通常是按照自己的经验来判断自车行驶的安全状态，当感觉危险存在时，通常采用降低车速或者改变行驶方向的方法来避免危险情况的发生，但这种对行车安全状况的判断往往并不够准确。如何保持合适的车间距离是汽车行驶过程中的关键问题。间距过大，则会导致道路通行能力降低；间距过小，车辆行驶时发生交通事故的可能性增大。汽车防碰撞系统作为汽车驾驶的辅助系统，应当建立相对比较合理的安全跟车距离模型，准确判断前方目标物潜在的危险性程度，既保证车辆行驶的安全性，又保持良好的道路通行能力，即尽可能保持理想的安全间距。设 4
22、1：自车速度，单位 m/s：前车速度，单位 m/s：相对速度，单位 m/s ：自车制动减速度，单位 m/s ：前车制动减速度，单位 m/s ：驾驶员反应时间，单位 m/s：制动器协调时间，单位 m/s ：制动减速度增长时间，单位m/s：自车走过的距离，单位 m：前车走过的距离，单位 m ：安全附加间距，单位 m ：危险报警距离，单位 m ：提醒报警距离，单位 m：报警距离统一符号，单位 m根据车间距离过小易发生追尾事故的情况分类，可建立三种危险状况下的安全跟车距离模型，以下是各种情况的分析和报警距离计算。(1) 前车静止或前方为障碍物时：，所以，1)危险报警距离：前车处于静止状态或前方为障碍物
23、时，两车间的最危险时刻是自车停止，且与障碍物相隔最近的时刻，为了保证此刻自车的绝对安全，两车间应存在一定的安全间距，此时图2.1 自车和前车的相对位置示意图 式(2.1)2)提醒报警距离：提醒报警距离是在危险报警距离的基础上，考虑了自车在驾驶员反应动作时间内行驶的距离，所以，其计算公式如下: 式(2.2)(2)前车匀速时：1)危险报警距离：前车做匀速运动或加速运动时，两车间的最危险时刻是后车的速度减小至与前车 同速时。如果在两车速度相等的时刻还没有发生碰撞事故，之后就不再可能发生碰撞事故了，因为最危险时刻以后，前车继续保持匀速运动，而后车仍在做减速运动，两车间距将变得越来越大，因此只需保证两车
24、速度相等时不发生碰撞，整个过程就能保证绝对安全。若自车在 阶段内速度就达到了前车的速度，自车制动减速度就不用达到最大值自车速度就会比前车速度还低，设此时自车制动减速度的增长时间为。 式(2.3) 其中2)提醒报警距离：如果自车在阶段内速度就达到了前车的速度则 式(2.4)如果自车在制动力最大后持续制动一段时间，速度达到了前车的速度则 式(2.5) 当前车加速时仍采用上述模型公式更能保证自车行驶的安全性(2)前车减速时： 1)危险报警距离：令 式(2.6)3)提醒报警距离 式(2.7)对于前车匀速这种情况来讲，用小轿车作试验，设在干燥路面上制动减速度为26，它的制动减速度增长时间约为0.2s，则
25、自车在末速度会降低0.6m/s（2.16km/h）。在通常情况下，由于高速公路上行车车距较大，两车匀速行驶时若相对速度在3 km/h内则可认为两车不会发生追尾事故，故在前车匀速状态下，可认为当自车刹车时在阶段速度才能达到前车的速度。此时报警距离计算公式在本质上与前车静止或前方为障碍物时是一样的，两车的相对速度相当于当前车静止或前方为障碍物时自车速度，因此两个公式可以统一起来，模型最终简化为：前车为静止或前方为障碍物和前车匀速时： 式(2.8) 式(2.9)前车减速时 式(2.10) 式(2.11)本模型要确定的参数主要有自车速度与相对速度，制动器协调时间与制动减速度增长时间，驾驶员反应时间，制
26、动减速度及安全附加距离 YANG Ying, ZHANG Qingsong, ZHAO Guangyao. The Research of Expressway Vehicles Collision Warning Systems Based on Millimeter Wave Radar. Proceedings of the 7th International Symposium on Test and Measurement, 2007。(1)自车速度由转速传感器测得，相对速度由毫米波雷达测得，根据公式 可得前车的速度。(2) 、的确定驾驶员反应动作时间的准确性对系统模型非常重要，若反
27、应动作时间选取过长，则提醒报警距离的计算值偏大，会造成过多的虚报警，使驾驶员对警示系统产生厌烦感；若反应动作时间选取过短，则会导致系统的安全保障能力下降，不能完全避免事故的发生。由于驾驶员个体年龄、性别、情绪和反应能力等生理心理素质因人而异、因时而异，再加上车速、目标物的大小、状态等多种外在因素的影响，驾驶员反应动作时间是一个很不确定的值。大量的实验资料表明，驾驶员的反应动作时间一般为 0.31.0s。据有关测试，在正常情况下，车速为40km/h，驾驶员反应时间为 0.6s 左右；车速增加到80km/h，反应时间增加到1.2s 左右。另外驾驶员在高速公路上长时间驾驶汽车，其反应时间也会加长，故
28、取 1.2s 较合适。按照欧洲经济共同体的规定，小轿车在车速为 80km/h 时，制动协调时间与制动减速度增长时间之和应小于0.36s。制动减速度增长时间通常为 0.2s，那么换算过来制动协调时间应为 0.1s。(3) 、的确定 和值的大小对安全跟车距离模型中提醒报警距离和危险报警距离的计算有很大的影响。汽车制动减速度随轮胎类型、车辆的装载情况和路面附着条件的不同而不同。实时检测自车的附着系数会使计算更精确，但目前国内外均处于理论探讨的阶段，还没有研制出性能优越的车载实时测量工具。在实际的行车过程中，前车为主动制动，后车为被动制动，后车制动的减速度一般会大于前车制动的减速度。在设计汽车制动时，
29、对汽车最大制动性能的要求是相同的，制动减速度主要取决于路面的附着系数，因此，为了简化计算，同一路面上前后行驶的两车的减速度均按最大制动减速度选取，且两车的减速度 和 取相同值，系统根据路面及轮胎不同情况，设置了八个按键，由驾驶员根据路面情况来选择表2. 2 不同轮胎和路面情况的附着系数轮胎情况路面状况 高压轮胎普通轮胎柏油或水泥路面干燥0.500.700.700.80潮湿0.350.450.450.55结冰路面0.080.150.100.20(4)安全附加距离的确定为了保证绝对安全，自车制动至完全停止后，两车之间应保持一定的间距 ，该值选取的越大，系统的虚警率越高；选取的越小，系统的安全保障能
30、力越小。国内外的资料一般选取25m，考虑到安全问题和系统延迟及前后车制动减速度可能不一致等问题，本模型取最大值5m 2.2.2 倒车过程中的测距原理振动在弹性介质内的传播为波动，简称波。频率在162*104HZ之间的机械波，能为人耳所闻，称为声波;低于16HZ的机械波称为次声波；高于2*104HZ的机械波称为超声波。图2.3 声域图超声波在液体、固体中衰减很少，穿透能力强，特别是对不透光的固体，超声波穿透几十米的厚度。当超声波从一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，在介质面上会产生反射、折射、漫射和波形转换等现象。超声波的这些特性使它在检测技术中获得了广泛的应用 张锡富.
31、传感器M.北京：机械工业出版社.2002。汽车防撞报警器利用的就是超声波反射原理来进行测距。超声波测距采用的方法是时间差测距法，即测取超声波从发射地至目的地传输所经过的时间，也称渡越时间检测法。当超声波发生器发射出超声波，开始计时，到超声波经空气传播至目标，再反射至超声波接收器，计时停止，测得的传输时间为t。由下式可以求出声波发射地与目标之间的距离L。L = ct2。c为超声波在空气中的传播速度。渡越时间t的测量，采用单片机脉冲计数的方法，可以精确地测出。把时间t转换成脉冲计数量N，则有，式中N为计数脉冲个数，为计数脉冲频率。由于声波速度受温度影响较大，其传播速度c与环境温度T的关系可由下式描
32、述。在测量中需按上式对声波速度进行修正，以减少测量误差。赵海鸣,卜英勇.一种高精度超声波测距系统的研制J.矿业研究与开发.2006年3期第3章 硬件设计3.1行驶过程中的防撞报警器的硬件设计3.1.1总体设计主控制模块 信息采集处理模块报警模块电源管理模块3.1.2 信息采集处理模块的设计对于雷达信号处理，设计采用了芯片LM358、LM339、MAX197。如图3.1所示，从测速测距传感器输出的信号是正弦波，正弦波的幅值代表物体间的相对距离，频率代表相对速度。该模拟信号要能被微处理器识别必须先进行放大及A/D转换。本系统使用集成运算放大器LM358对正弦信号进行放大，放大后的信号分为两路：一路
33、送给A/D转换芯片进行数据转换，转换后的数据送给微处理器进行处理；另一路送给比较器LM339，将正弦波转换为方波，送给微处理器，采取计数的方式算出方波的周期，由周期与频率的关系可得方波的频率（即位正弦波的频率），从而算出移动物体的速度。图3.1 雷达信号处理由实验可以得出输出信号的幅值与相对距离成线性关系， 相对距离越近输出信号幅值越大,相对距离越远输出信号幅度越小，输出信号幅值与相对运动的速度无关。输出信号的幅值与相对距离成线性关系， 相对距离越近输出信号幅值越大,相对距离越远输出信号幅度越小，输出信号幅值与相对运动的速度无关，因此测量不同相对距离下输出信号的幅值，然后采用最小二乘法对实验数
34、据进行曲线拟合即可得出微波雷达 输出信号幅值与相对距离的关系式。 使用Tektronix TDS210 示波器在不同相对距离下传感器输出信号幅值进行测量，测量数据见表3.1。表3.2不同相对距离下传感器输出信号幅值图 3.3 MATLAB输出图形设传感器输出信号幅值 Y(单位：mv)与相对距离 X(单位：m)的关系式为：Y=AX+B 式(3.1)将表 3.1 的数据代入式(3.1)可得A=-1.66 B=190.7即传感器输出信号幅值与相对距离的关系式为：Y=-1.66X+190.7因此，根据传感器输出信号的幅值 Y(mv)即可计算运动物体的相对距为为 Y=-1.66X+190.7 式(3.2
35、)两车之间的车速，可根据本车车速及多普勒效应公式推导出前车车速，具体公式： 式(3.2)其中本车车速，波固有频率，波在静止介质之中的传播速度，V2前车车速。LM358中， 以等LM358将信号放大20倍。LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1)失调电压小，典型值为2mV；2)电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3)对比较信号源的内阻限制较宽；4)共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5)差动输入电压范围较大，大到可于电源电压；6)输出端电位可灵活方便地选用 YANG Ying, ZHANG Qingsong, ZHAO Guang
36、yao. The Research of Expressway Vehicles Collision Warning Systems Based on Millimeter Wave Radar. Proceedings of the 7th International Symposium on Test and Measurement, 2007。LM339工作原理：LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电
37、压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态。MAX197芯片是12位逐次比较型多通道输入、并行输出高速A/D转换器，其性能特点如下：1) 12b分辨率, 1/2 LSB线性。2) 可用软件选择的输入量程, 10 V , 5 V , 010 V , 05V。3) 8模拟输入通道。4) 6us转换时间, 100kb/s 采样率。5) 内部或外部采样控制。6) 内部4.096V或外部基准。7) 内部或外部时钟PD1, PD0 用于选择时钟和工作模式。00：正常工作, 外部时钟模式01： 正常工作, 内部时钟模式10
38、：省电模式, 时钟模式无影响 11：全省电模式, 时钟模式无影响A2,A1,A0用于模拟量通道选择。000： CH0 通道001： CH1 通道111： CH7 通道图3.4 MAX197A/D转换本系统选用内部时钟方式，CLK引脚接一个100pF电容，频率为1.56MHz，+5V供电，从通道0采样，外部控制的转换模式，控制字为60H。REF、REFADJ引脚分别通过4.7uF、0.01uF电容接地表示系统采用内部参考电压，信号从CH0输入，转换结束后的中断信号送给微处理器的外部中断2。(3)车速传感器车速传感器类型较多，测量原理、测量方法和输出信号形式各有不同。因为系统所要求的测量精度较高，
39、且车载环境对传感器耐油、水、热、电磁干扰等的要求也较为苛刻，所以经过比较分析，系统宜采用霍尔车速传感器张锡富.传感器M.北京：机械工业出版社.2002：55-58。霍尔效应：当电流通过放在磁场中的半导体基片且电流方向和磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁通的半导体基片的横截面上即产生一个电压，这个电压即称为霍尔电压。当变速箱运转时，与之耦合的传感器的轴旋转，与传感器一体的磁体也一起旋转，使得霍尔元件感应的磁场B发生变化，因而输出矩形脉冲信号。霍尔车速传感器是一种基于霍尔效应的磁电传感器，具有精度高、灵敏度高、线性度好、体积小、频率相应宽、动态范围大、结构简单、无接触等优点。传感器主要由齿圈、霍尔元
40、件、永久磁铁和电子线路等组成，如图3.5。图3.5 霍尔传感器(4)附着系数的输入由表2.1选取8个路面附着系数0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.05，0.10，0.15由驾驶员根据路面及天气情况选择输入。选择输入开关如图3.6，三开关组合使用，可对单片机输入八种不同信号。图3.6 附着系数输入开关3.1.3电源模块设计由于车用蓄电池的电压一般为12V，可以考虑通过电源转换芯片将12V电压转换为合适的电压给系统供电。汽车的电源标称值为 12V，由于车身电器的影响，会出现瞬间过压、欠压或尖峰电压等现象。过压和欠压轻则导致系统的工作电压超出允许的范围，影响系统的正常工作，重则破坏系统:尖
41、峰电压虽然持续时间短，不会毁坏系统，但是会使处理器系统逻辑功能紊乱。为了消除来自汽车供电系统的干扰，本系统选用集成稳压芯片专门设计了稳压电源，将汽车供电系统提供的12V 电压转换为系统正常工作所需要的电压，如图3.7所示。图3.7 电源管理电路图3.7 电源管理电路3.1.4控制模块设计本设计控制处理器采用AT89S52，如图3.8所示，AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程 Flash 存储器。使用Atmel公司高密度8K在系统可编程 Flash 存储器。使用Atmel公司高密度全兼容。片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单
42、芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案AT89S52具有以下标准功能：8k字节 Flash，256字节RAM，32位 I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结。P0 口：P0 口是一
43、个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0端口写1时，引脚用作高阻抗输入。访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低 8位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻毛谦敏.单片机原理及应用系统设计M.北京：国防工业出版社.2005。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1 端口写1时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被
44、外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和 P1.2分别作定时器/计数器 2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器 2的触发输入（P1.1/T2EX），在 flash编程和校验时，P1口接收低 8位地址字节。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写1时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址
45、。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash编程和校验时，P2口也接收高 8位地址字节和一些控制信号。图3.8 AT89S52接线图P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对P3端口写1时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流P3口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，在 flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出 96个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在fla