高速公路汽車(chē)追尾預警系統設計

摘要 針對高速公路汽車(chē)追尾預警系統進(jìn)行了總體結構設計，將系統分為主控模塊、信息處理模塊、電源模塊、報警模塊、制動(dòng)模塊、存儲模塊以及通信模塊7個(gè)部分。從硬件的角度對各個(gè)模塊進(jìn)行了功能分析、器件的選型。最終從軟件的角度，對整個(gè)流程進(jìn)行了設計。設計該系統以期達到降低交通事故發(fā)生率，體現經(jīng)濟性和實(shí)用性原則。
關(guān)鍵詞 高速公路；汽車(chē)追尾；預警系統

汽車(chē)改變了人類(lèi)的生活方式，給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)了巨大的便利，推動(dòng)了社會(huì )的進(jìn)步。隨著(zhù)汽車(chē)數量的增多，道路交通事故越來(lái)越多，給家庭和公共財產(chǎn)造成了巨大損失。據統計，全世界每年有70萬(wàn)人死于道路交通事故，1 000～1 500萬(wàn)人在交通事故中受傷，平均每5分鐘就有1人死于車(chē)禍，每1分鐘就有1人因車(chē)禍導致傷殘。如果能在交通事故發(fā)生之前，提醒汽車(chē)駕駛員并采取相應的措施，那么交通事故將大幅減少。因此，文中對高速公路中的汽車(chē)行駛狀況進(jìn)行了研究，設計了一套高速公路汽車(chē)追尾預警系統，以期減少交通事故。

1 系統總體結構設計
高速公路汽車(chē)追尾預警系統總體結構如圖1所示。該系統主要包括7大模塊：主控模塊、電源模塊、信息處理模塊、通信模塊、報警模塊、制動(dòng)模塊和存儲模塊。

該系統的工作原理是：測距傳感器安裝在汽車(chē)前保險杠上，負責與前車(chē)之間距離和相對速度的測量；轉向傳感器負責監測是否處于轉向狀態(tài)；油門(mén)踏板傳感器負責檢測駕駛員有沒(méi)有松開(kāi)油門(mén)；制動(dòng)踏板傳感器負責監測駕駛員是否踩下剎車(chē)系統；傳感器采集到的信息統一傳送給信息處理模塊，信息處理模塊做完相應的數據處理后，通過(guò)CAN總線(xiàn)傳給主控模塊。主控模塊根據傳送來(lái)的信息，判斷自車(chē)是否處于安全行駛距離內。如果處于安全狀態(tài)，則在報警界面實(shí)時(shí)顯示車(chē)速和車(chē)距；如果處于不安全狀態(tài)，則通過(guò)報警系統發(fā)出警報，提醒駕駛員采取相應措施。系統采用2次報警，分別是提醒報警和危險報警。當自車(chē)與前方車(chē)輛之間的距離大于提醒報警距離時(shí)，系統不報警；當自車(chē)與前方車(chē)輛之間的距離小于提醒報警距離而大于危險距離時(shí)，發(fā)出警報提醒駕駛員松開(kāi)油門(mén)；當自車(chē)與前方車(chē)輛之間的距離小于危險報警距離時(shí)，系統自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)系統，強制剎車(chē)。通信模塊負責與其他設備之間的信息交換；存儲模塊負責存儲自車(chē)行駛狀態(tài)等信息；電源模塊負責不同電源之間的轉換，給所有模塊供電。

2 系統硬件設計
2．1 主控模塊
主控模塊是系統的核心，主要負責向信息處理模塊發(fā)送和接收數據采集指令，根據傳送來(lái)的信息判斷自車(chē)是否處于安全狀態(tài)，并向報警模塊發(fā)出相應的信息。
系統采用美國Atmel公司的低功耗AVR微處理器芯片ATmega128L。它的特點(diǎn)是最高工作頻率可達16 MHz，具有128 kB Flash內部存儲器、4 kB EEPROM和4 kB SRAM數據存儲空間，同時(shí)還可以擴展外部存儲器，具有8個(gè)10位ADC通道、2個(gè)8位和2個(gè)16位硬件定時(shí)／計數器，并可在多種不同的模式下工作；此外，它還有8個(gè)PWM通道，可編程看門(mén)狗定時(shí)器和片上振蕩器，片上模擬比較器，UART，SPI，I2C總線(xiàn)接口，TAG口為開(kāi)發(fā)和調試提供了方便的接口。
2．2 信息處理模塊
2．2．1 測距傳感器
測距傳感器用于確定自車(chē)與前方車(chē)輛之間的距離、自車(chē)與前方車(chē)輛之間的相對速度。為實(shí)現這一目的，系統采用德國ADC公司生產(chǎn)的毫米波雷達傳感器，型號為ARS100—3。該傳感器具有3根可動(dòng)天線(xiàn)，發(fā)出3束雷達；發(fā)射頻率76～77 GHz；平均發(fā)射功率200μW；探測距離7～150 m；距離分辨率為1 m；相對速度-50～+200 km／h；速度分辨率為1 km／h；正常功率18 W，最大功率25 W；工作溫度-25～+70℃；啟動(dòng)電壓10～18 V。
2．2．2 車(chē)速傳感器
自車(chē)的轉速可以通過(guò)轉速傳感器測得?；魻杺鞲衅骶哂徐`敏度高、精度高、體積小、抗干擾能力強等特點(diǎn)。系統選用CSHG-06霍爾效應轉速傳感器。它的主要特性是固定的旋進(jìn)長(cháng)度；測量低頻信號；溫度范圍寬；防止短路和反磁性保護；工作電壓8～36 V；固定旋進(jìn)長(cháng)度0．5 mm；工作溫度-40～+120℃。
2．2．3 轉向傳感器
車(chē)輛在轉彎時(shí)，雷達會(huì )把道路兩旁的路障或隔離物當作目標，從而做出危險判斷，發(fā)出警報。為抑制這種情況系統采用型號為GC03-SP3000的轉向傳感器。該傳感器的主要特性是：壽命長(cháng)；機械角度87°，電氣角度45°；適合汽車(chē)，農業(yè)設備等場(chǎng)合使用。
2．2．4 油門(mén)踏板傳感器和制動(dòng)踏板傳感器
油門(mén)踏板傳感器用于檢測在警報發(fā)生時(shí)，駕駛員是否松開(kāi)了油門(mén)，以此判斷是否對警報進(jìn)行抑制。為實(shí)現這一目的，只需監測油門(mén)踏板的壓力變化即可。
制動(dòng)踏板傳感器用于檢測在警報發(fā)生時(shí)，駕駛員是否踩下了剎車(chē)系統，以此判斷是否對警報進(jìn)行抑制。與油門(mén)踏板傳感器類(lèi)似，只需要監測制動(dòng)踏板上的壓力變化即可。
系統統一采用HT—PD壓力傳感器對油門(mén)踏板和制動(dòng)踏板上的壓力進(jìn)行檢測。該傳感器的主要特性是：結構緊湊、重量輕；高抗沖擊和振動(dòng)能力；高IP防護能力；可靠性、穩定性高。
2．3 報警模塊
當主控模塊通過(guò)信息處理模塊傳送的數據判斷出車(chē)輛處于危險狀態(tài)時(shí)，則通過(guò)報警模塊向駕駛員發(fā)出警報。報警模塊由紅、黃、綠3個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)蜂鳴器、一塊AM160160—34D57液晶顯示器組成。當車(chē)輛處于安全狀態(tài)時(shí)，綠色二極管點(diǎn)亮；當系統發(fā)出提醒警報時(shí)，黃燈亮，蜂鳴器間隔嗚叫；當系統發(fā)出危險警報時(shí)，紅燈亮，同時(shí)蜂鳴器一直鳴叫。液晶顯示器用于顯示車(chē)輛當前行駛速度和車(chē)距。
2．4 制動(dòng)模塊
當危險警報發(fā)生時(shí)，由于某些原因，駕駛員可能沒(méi)能及時(shí)剎車(chē)，因此需要系統強制啟動(dòng)剎車(chē)系統。當警報發(fā)生時(shí)，利用制動(dòng)踏板上的壓力傳感器，可以知道駕駛員是否進(jìn)行了剎車(chē)。如果駕駛員未及時(shí)剎車(chē)，則由主控模塊控制電磁換向閥的移動(dòng)，改變油壓，強制啟動(dòng)剎車(chē)系統。