一种基于防汽车追尾的车载测距安全预警装置的研制

目前随着高速公路的飞速发展, 汽车的行驶速度越来越快, 车流量也越来越大, 汽车碰撞事故越来越多。据有关资料对公路交通事故的统计分析, 发现在司机、汽车、道路三个环节中, 司机是可靠性最差的一个环节, 特别是在汽车高速行驶情况, 80 %以上的事故是由于司机反映不及时或判断失误引起的。 本文研究的是利用先进的激光雷达测距技术, 用32 位嵌入式系统（ARM） 技术进行数据处理, 用凌阳16 位单片机具有强大的语音存储功能（128 秒） ,完成语音提示与声光报警技术制成的一种防汽车追尾的测距预警装置, 能够辅助高速行驶的汽车驾驶者对前方车辆进行实时监控, 保持安全的行驶距离, 防止汽车追尾事故的发生。 1 装置设计原理 图1 为装置的原理图框架。首先是由激光雷达测距仪测得车间距, 通过数据线把模拟信号传给嵌入式系统RAM 的A/ D 模数转换器, 之后将数字信号送给8 位的COMS 存储器。由此, 一路信号送到LCD液晶显示器, 直接将实际的距离显示出来, 单位为米, 驾驶者可以由此看到准确的距离显示,有助于其图1 装置原理框图做出判断, 并采取有效的措施; 另一路将来自车速传感器的数据汇总分析处理, 再根据车间距离和安全车间距离的比较后给16 位凌阳单片机信号进行语音报警“注意!”或“危险!”, 同时发出警报声或报警灯闪烁, 提示驾驶者注意。 车速传感器采用磁电式传感器, 输出交变电流信号, 在欧洲、北美和亚洲的各种汽车上比较广泛采用磁电式传感器。 2 系统设计实现 显然, 此测距装置重要的部分在测距。如何测定汽车的安全距离, 目前一般采用的技术有超声波测距、微波雷达测距和激光测距三种。 超声波测距就是利用其反射特性。超声波发生器不断地发射出40kHz 超声波, 遇到障碍物后反射回反射波, 超声波接受器接收到发射波信号, 并将其转换为电信号。由于其测距范围小, 基本上被用在汽车倒车避撞装置上。 微波雷达测距是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置。根据微波雷达的用途不同, 所测定的目标可以是飞机、导弹、车辆、建筑物、云雨等。 激光测距的工作原理与微波雷达测距相似, 具体的测距方式有连续波和脉冲波两种。此装置采用激光测距的脉冲波方式。 2.1 激光雷达测距 该装置结构如图2 所示。装置结构由发光部、受光部、计算车间距离的激光雷达、信号处理模块、显示装置、车速传感器等组成。 激光镜头使脉冲状的红外激光束向前方照射, 并利用汽车后部反光镜的反射光, 通过受光装置检测其距离, 如图3 所示。 使用汽车反光镜, 检测距离超过l00m , 最大检测宽度3.5m 以上。关于报警发生范围, 通过控制电路的控制, 三个激光束中的左右激光束, 取其315m以上, 宽度控制在3.5m , 中央激光束的检测距离取其100m 以上, 这样就能够更早地检测插入车流的车辆, 并发出警报, 同时它还能抑制弯道上的标识物而发出报警, 使之达到最优状态; 其中, 宽度的控制能较好的控制报警的准确性。如图4 （A 、B） 所示。 2.2 信号处理及控制 控制部分由32 位嵌入式系统完成以下功能, 运算本车车速、车间距离; 并用LCD 实时显示; （显示装置安装在仪表盘上进行距离显示） 。根据车间距离和安全车间距离的比较发出警报声或报警灯闪烁。 中华人民共和国道路交通安全法实施条例第八十条规定, 机动车在高速公路上行驶, 车速超过每小时100km 时, 应当与同车道前车保持100m 以上的距离, 车速低于每小时100km 时, 与同车道前车距离可以适当缩短, 但最小距离不得少于50m。交管部门有关人士解释说, 当机动车时速为60km 时, 行车间距应为60m 以上; 时速为80km 时, 行车间距为80m 以上。由此, 安全距离要跟据具体的车速来定,危险程度推理数学模型为:当V ≥100 时, S > 100当100 > V 时, S > Vt/ 1000 > 50 ; （最小距离不得少于50m）S 为安全的行车距离, 单位m ; V 为本车速度,单位km/ h ; t 为每小时。 信号处理及控制使用16 位的凌阳单片机, 对车速传感器及激光雷达的信号分析, 并发出警报信号。 具体实现如以下程序所示: # include " SPCE061V004. H J uli （） ; void Sound （int n） ; void Xianshi （float S） ; ChuanKOU （） ;/ / 从ARM 串连的数据; main （）float v ,S ,v1 ,v2 ;int shisu = 200 ;＊ P_IOA_Dir = 0x0fff ;/ / IOA 的低14 位使外接AD 口; ＊ P_IOA_Data = 0 ; ＊ P_ IOB_Dir = 0x0000 ;/ / IOB0～～～16为数码管接口; ＊ P_IOB_Data = 0 ; while （1）｛v1 = ChuanKOU （ ）;/ / 从ARM串连的数据低16 位; v2 = ChuanKOU （ ）;/ / 从ARM串连的数据高16 位; v = （v1/ 0xffff）＊ shisu ; v = v + （v2/0xffff） ＊ shisu S =J uli（）; / / 测距子函数 Xianshi （S）;/ / 显示子函数 if （v > = 100 &S < 100）｛Sound （0） ; / / 语音报警｝if （v < 100 &（50 > S| v/ 1000 > S） ）｛Sound （1） ; / / 语音报警｝｝｝ 2.3 警报发生模组 此装置的报警模组由凌阳单片机控制的发光二极管以及扬声器。当车距达到、超过安全距离时, 单片机发出信号: 发光二极管闪烁同时有语音报警。其中, 有8 个红色发光二极管; 由扬声器发出语音报警: “注意!”或“危险!”。 3 结束语 基于防汽车追尾车载测距安全预警装置的研究,采用了激光雷达测距, 控制部分用具有强大的处理数据能力的ARM 技术, 语音提示与声光报警用凌阳单片机完成。该预警装置具有技术先进, 性能可靠, 性能价格比高等特点。具有实用价值。