基于激光的車(chē)載防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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聲明和授權(quán)書(shū)不用改畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕題目：基于激光的車(chē)載防撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)院：電氣與電子信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)：202320210122學(xué)生姓名：金思俊指導(dǎo)教師：袁夢(mèng)霞201年月日學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：這次所提交的論文完全是我自己以導(dǎo)師的指導(dǎo)為前提一個(gè)人完成的，本次研究所取得的研究成果中，除了有些引用的內(nèi)容加標(biāo)注外，不包括其他人和集體業(yè)已公布的成果內(nèi)容。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承當(dāng)。作者簽名：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)在寫(xiě)本論文之前，我已經(jīng)熟讀并了解了學(xué)校有關(guān)學(xué)位論文的規(guī)章制度，我授權(quán)學(xué)校給一些學(xué)位論文管理部門(mén)或者一些其他機(jī)構(gòu)傳送關(guān)于該論文的復(fù)印件及其電子版，可以讓別人查詢(xún)和借閱該論文。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或局部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、保密□，在_________年解密后適用本授權(quán)書(shū)。2、不保密□。〔請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√〞〕作者簽名：年月日導(dǎo)師簽名：年月日摘要在我國(guó)，尤其是最近幾年，公路交通平安壓力非常大，全國(guó)幾乎每秒都有交通事故發(fā)生。汽車(chē)擁有量每年增加速度非?？?，與此對(duì)應(yīng)的是，交通事故也以驚人的速度增加，造成了數(shù)量驚人的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損傷，在這樣的現(xiàn)實(shí)條件下，研制一種車(chē)載防撞系統(tǒng)就顯得十分的緊迫，所以，本文提出的在激光根底上開(kāi)發(fā)的車(chē)載防撞系統(tǒng)就就顯得十分的重要。論文中主要介紹了一種基于激光的車(chē)載防撞系統(tǒng)，并給出了可能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方法，描述了該車(chē)載防撞系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，提出了有效防止車(chē)輛相撞的方案。論文包括對(duì)硬件選型的描述，硬件電路的設(shè)計(jì)，以及軟件框圖的實(shí)現(xiàn)方法。距離傳感器采用的是激光傳感器，單片機(jī)采用的是fresscale的MC9S12C32型號(hào)。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采取兩種措施，一種是蜂鳴器報(bào)警，另一種是在極端緊急的情況下，通過(guò)CAN總線(xiàn)對(duì)ABS發(fā)出制動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行緊急剎車(chē)。基于激光的車(chē)載防撞系統(tǒng)，通過(guò)發(fā)射激光束，在激光傳感器上收集信號(hào)，如果處于危險(xiǎn)狀態(tài)，單片機(jī)產(chǎn)生某種信號(hào)以便進(jìn)行控制，這種信號(hào)可以觸發(fā)聲音報(bào)警電路產(chǎn)生提示意義的報(bào)警信號(hào)，如果處于緊急情況，單片機(jī)通過(guò)汽車(chē)CAN總線(xiàn)向制動(dòng)裝置ABS發(fā)出控制信號(hào)，采取自動(dòng)剎車(chē)。關(guān)鍵詞：防撞預(yù)警；激光測(cè)距；單片機(jī)；CAN總線(xiàn)ABSTRACTInrecentyears,thesituationofroadtrafficsafetyinourcountryisstillverygrim.Increasesmassivelyalongwiththeautomobile,doesnotmaketheroadtrafficaccidentyeartoincreaselargescalebythe,causesthemassivepersonnelcasualtyandthepropertydamage.Thepapermainlyintroducesakindofdesignmethodbasedonlaserradarofvehiclecollisionavoidancesystemispresented,andthepossibilityofachieving,describesthefunctionofthecollisionavoidancesystemiscapableofachievingan,andputforwardtheeffectivewaytoavoidvehiclecollisionscheme.Thepaperincludesthedescriptionofthehardwareselection,thedesignofthehardwarecircuit,andtherealizationmethodofthesoftwareblockdiagram.Rangesensorusingalasersensor,themicrocontrollerisusedintheMC9S12C32FRESSCALEmodel.Inthispaper,thedesignofthesystemtotaketwomeasures,oneisthebuzzeralarm,andtheotherisinthecaseofextremeemergency,throughtheCANbustotheABSissuedabrakesignal,theemergencybrake.Throughacommunicationmodulecontinuouslytolasersensortocollectdata,throughsoftwareprogramcalculation,determineswhetherthevehicleisinasafestate,ifyouareinasafestatemicrocontrollertodataacquisition,ifinadangerousstate,theSCMsendsoutacontrolsignal,drivethesoundalarming,ifitisanemergency,microcontrollerthroughtheCANbustobrakeABSissuedcontrolsignal,takeautomaticbraking.KEYWORDS:anticollisionwarning,laserdistancemeasurement,singlechipmicrocomputer,CANbus目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論61.1研究背景及意義61.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)各模塊的介紹112.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)112.2測(cè)距傳感器的選擇112.3激光的工作原理122.4系統(tǒng)各個(gè)模塊的介紹152.4.1單片機(jī)的選擇及介紹152.4.2通信模塊162.4.3CAN總線(xiàn)16第3章硬件電路的設(shè)計(jì)213.1電源模塊213.2單片機(jī)復(fù)位電路213.3單片機(jī)晶振電路223.4激光傳感器與單片機(jī)之間的通信模塊MAX232 223.5聲音報(bào)警電路233.6CAN收發(fā)模塊82C250接口電路24第4章軟件局部的設(shè)計(jì)264.1系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能264.2系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理264.3基于CAN總線(xiàn)的單片機(jī)與汽車(chē)ABS之間的通信28結(jié)論30參考文獻(xiàn)31致謝32附錄33第1章緒論在我國(guó)社會(huì)越來(lái)越先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)開(kāi)展也是十分的迅猛，而與此同時(shí)，老百姓的生活也發(fā)生了天翻地覆的變化，而公路交通在開(kāi)展經(jīng)濟(jì)中的作用十分的重要，越來(lái)越受到大家的重視，無(wú)論是國(guó)家還是各個(gè)政府部門(mén)都對(duì)公路建設(shè)傾注了非常的關(guān)注，在公路建設(shè)當(dāng)中，提供了非常多的資金以及人。在我國(guó)的第九個(gè)五年方案期間，只高速公路一項(xiàng)，歷程就超過(guò)了11萬(wàn)公里，而要求車(chē)輛速度根本上都在80km/h以上，在這種情況下，稍有不慎，就會(huì)發(fā)生碰撞等事故，而造成的后果令人非常嘆息，所以，在開(kāi)車(chē)時(shí)，駕駛員必須使用百分百的精力，隨時(shí)留意周?chē)墓返那闆r，這樣，長(zhǎng)期開(kāi)車(chē)使得駕駛員非常的疲勞[1]。再一個(gè)，由于公路的大量建設(shè)，也進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)自主汽車(chē)工業(yè)迅猛開(kāi)展。上個(gè)世紀(jì)末，我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)量比1993年翻一番，2023年，汽車(chē)產(chǎn)量又翻了一番，汽車(chē)數(shù)量逐年增長(zhǎng)，越來(lái)越多的人擁有私人汽車(chē)，近年來(lái)，借助于電子控制技術(shù)的飛速開(kāi)展，汽車(chē)的操縱性能和運(yùn)動(dòng)性能得到很快的提高。平安氣囊與ABS慢慢的走入大家的生活中來(lái)，但是，平安氣囊屬于被動(dòng)的平安措施，只要交通事故發(fā)生，那么，肯定會(huì)有大量的財(cái)產(chǎn)損失，從有關(guān)資料來(lái)看，大約7成-9成的交通事故發(fā)生是由于人為因素而造成的[2]，而這些因素當(dāng)中，判斷不正確與識(shí)別錯(cuò)誤是最大的問(wèn)題。根據(jù)德國(guó)奔馳公司的研究報(bào)告可以得出，在一些較為危險(xiǎn)的情況下要是能夠給與駕駛?cè)藛T半秒鐘的反響時(shí)間，那么能夠有效的減少撞車(chē)尾事故，事故能夠減少3成，和路面相關(guān)的事故減少到5成，而迎面撞車(chē)的減少到4成[3]。所以，這里再一次說(shuō)明了汽車(chē)防撞系統(tǒng)技術(shù)的重要性，實(shí)行合理的測(cè)量車(chē)輛之間的距離的方法，以報(bào)警的方式或者智能的完成某個(gè)設(shè)定的操作例如如何制動(dòng)，進(jìn)而防止因?yàn)轳{駛員駕駛疲勞、粗心大意、錯(cuò)誤判斷而引起的各個(gè)交通事故。在這樣的條件下，平安駕駛也逐漸成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，駕駛輔助系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的意義便顯得特別突出，各種汽車(chē)平安輔助工具應(yīng)運(yùn)而生，車(chē)載防撞系統(tǒng)也是其中之一。1.1研究背景及意義從上個(gè)世紀(jì)末期，有汽車(chē)以來(lái)，經(jīng)歷了近一百年的開(kāi)展，在某種程度上，汽車(chē)就代表著現(xiàn)代文明，或者說(shuō)是因?yàn)樗鐣?huì)變的更加進(jìn)步了，與此同時(shí)，它也變成了老百姓生活中必須的組成局部。因?yàn)槠?chē)自身的優(yōu)點(diǎn)比其它工具更有優(yōu)越性，它讓現(xiàn)代人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，與過(guò)去相比，人們能通過(guò)它出行的速度非常的快，另外，與其它的出行工具相比，更加的舒適和方便，進(jìn)一步為現(xiàn)代社會(huì)開(kāi)展以及人們的生活條件作出巨大奉獻(xiàn)。然而，現(xiàn)代人在充分享受汽車(chē)帶來(lái)的方便時(shí)，也承受了非常大的代價(jià)。結(jié)合不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)從1994年到2023年，累計(jì)已經(jīng)超過(guò)1380584人交通事故中死去，其中包含的受傷人數(shù)已經(jīng)到達(dá)5188475名，并且僅在2023年，道路交通事故在一定程度上導(dǎo)致死亡人數(shù)89455人[5]。表1-1在我國(guó)，從1994到2023年所發(fā)生的所有交通事故總次數(shù)、死亡總?cè)藬?shù)、受傷總?cè)藬?shù)以及直接的經(jīng)濟(jì)損失表年份事故出現(xiàn)的次數(shù)〔次〕死亡人數(shù)〔人〕受到傷害的人數(shù)〔人〕直接出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)損失〔元〕19942502974927115507236354811419952648175329216202342835974919962282785872914426464482963619972423436350814225199907012119982535376636214881713338272231999271843714941593081522665624200028768573665174447171768516520013042177386119012818461584532002346129780672227211929514015200341286083529286080212401808920046169719385341872126689039942005754919105930546485309544655120067731371093815620743324380000200766750710437249417433691400002023517889107077480864239000000020234502549873846991118800000002023378781894554311391490000000通過(guò)對(duì)上表分析可知，在1994年到2007年這14年期間，我國(guó)道路交通事故明顯呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，特別是從2006年與1994年的事故發(fā)生次數(shù)相比，呈兩倍的增長(zhǎng)，由從原先的250297驟然升到773137起。交通事故死亡人數(shù)在一定程度上也開(kāi)始呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，在2005年期間，突破10萬(wàn)人，并且在2006年到達(dá)一個(gè)頂峰?，F(xiàn)階段，對(duì)于我國(guó)交通事故來(lái)說(shuō)，和其它國(guó)家相比，具有較高的發(fā)生頻率，而在交通事故中死亡的人數(shù)是世界上最多的。我國(guó)的車(chē)輛總數(shù)占到全世界車(chē)輛的8%，而交通事故中死亡人數(shù)卻占全世界的2成左右。僅2006一年，我國(guó)就發(fā)生了378781起交通事故，導(dǎo)致死亡人數(shù)為431139人，出現(xiàn)的財(cái)產(chǎn)損失主要是為14.9億元。在這之中，出現(xiàn)一次死亡三人的交通事故主要是為1671其，導(dǎo)致死亡人數(shù)為6611人，出現(xiàn)一次死亡五人以上的交通事故主要是為326其，導(dǎo)致死亡人數(shù)為2244人。在這些特大交通事故當(dāng)中，一次有10人以上死亡的就有38起，總共致使588人當(dāng)場(chǎng)死亡。然而和世界上一些興旺國(guó)家相互比擬，在2006年每百人死亡事故到達(dá)23.6人。根據(jù)我國(guó)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)和主要國(guó)家的每萬(wàn)輛車(chē)的死亡率相比擬，差異非常大，我國(guó)排名在第一位，其次分別是日本、英國(guó)、法國(guó)和美國(guó)，分別有6.2、0.77、1.1、1.59和1.77的萬(wàn)車(chē)死亡率。然而針對(duì)于事故死亡比例來(lái)說(shuō)，我國(guó)仍然排在第一位，依次是法國(guó)、韓國(guó)、英國(guó)和日本，比例分別為1:4.8、1:21、1:53、1:86和1:173。相互比擬之下，我國(guó)的數(shù)據(jù)指標(biāo)高了獎(jiǎng)金一個(gè)數(shù)量級(jí)[6]。通過(guò)上述分析外表，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)在道路上行駛導(dǎo)致死亡的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于各個(gè)國(guó)家。因此對(duì)于我國(guó)的交通平安來(lái)說(shuō)其形式較為嚴(yán)峻。表1-2我國(guó)和興旺國(guó)家的交通事故現(xiàn)狀比擬中國(guó)美國(guó)歐盟法國(guó)日本年份20062002200220022002事故出現(xiàn)次數(shù)〔次〕37878119290001232294105500936721死亡人數(shù)〔人〕89455428153882472428326受到傷害人數(shù)〔人〕431139293600033271378391167855百起事故死亡數(shù)6.90.9萬(wàn)車(chē)死亡率〔人〕1.591.2對(duì)于上面兩個(gè)表1-1與1-2分析后，可以得出下面的結(jié)論：在我國(guó)，僅僅就交通平安現(xiàn)狀而論，無(wú)論從自身的縱向比擬還是與別的國(guó)家進(jìn)行橫向方面的比擬，主要是出于事故高發(fā)的一個(gè)時(shí)期，然而針對(duì)于我國(guó)現(xiàn)階段道路平安情況較為嚴(yán)峻，怎樣才能夠有效的減少交通事故的出現(xiàn)已經(jīng)是成為了現(xiàn)階段我國(guó)急需要解決的問(wèn)題。為了確保我國(guó)汽車(chē)能夠平安的駕駛，在我國(guó)，慢慢摸索研究有關(guān)激光方面的汽車(chē)防撞系統(tǒng)，而汽車(chē)防撞技術(shù)有兩個(gè)方面，主動(dòng)式和被動(dòng)式防撞，而如今，大多事采用的例如汽車(chē)平安帶、平安座椅和平安氣囊，均屬被動(dòng)式防撞，它只能在一定程度上減少交通事故的損失，卻不能防止交通事故的發(fā)生。因此，要想做到盡可能的減少事故的發(fā)生率，更加平安的對(duì)每個(gè)公民的生命和財(cái)產(chǎn)進(jìn)行保護(hù)，需要采用主動(dòng)式防撞以減少事故的發(fā)生，所以，設(shè)計(jì)出一個(gè)性能優(yōu)異的主動(dòng)防撞系統(tǒng)的產(chǎn)品顯得迫切需要。本次研究的課題是有關(guān)激光的防撞系統(tǒng)，其不僅包括測(cè)距裝置，還包括單片機(jī)、報(bào)警子系統(tǒng)與自動(dòng)剎車(chē)等裝置，它主要有以下特點(diǎn)：首先，測(cè)距裝置能夠隨時(shí)發(fā)出一種用來(lái)監(jiān)控的激光脈沖信號(hào)，在這種信號(hào)發(fā)出時(shí)，單片機(jī)能夠根據(jù)這種信號(hào)的發(fā)射時(shí)間與接收時(shí)間的順序，智能的測(cè)量出本車(chē)和前面車(chē)或者其他障礙物之間的距離或者相對(duì)的行駛速度，同時(shí)，可根據(jù)獲得的這種相對(duì)距離和車(chē)輛相對(duì)速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出預(yù)測(cè)撞車(chē)時(shí)間，再將預(yù)測(cè)撞車(chē)時(shí)間與平安行車(chē)所要求的平安時(shí)間相比擬來(lái)判斷行車(chē)是否處于平安行駛狀態(tài)，在預(yù)測(cè)到撞車(chē)時(shí)間比正常的平安行車(chē)所用時(shí)間小時(shí)，單片機(jī)能夠自動(dòng)的給報(bào)警子系統(tǒng)一個(gè)指令用以讓司機(jī)知道，然而在非常危險(xiǎn)的時(shí)候，單片機(jī)那么會(huì)繞開(kāi)報(bào)警子系統(tǒng)，把指令發(fā)送給自動(dòng)剎車(chē)裝置，然而由后者實(shí)現(xiàn)危急時(shí)刻的智能剎車(chē)[7]。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)際上對(duì)汽車(chē)防撞激光系統(tǒng)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，在之后的十多年內(nèi)，以德國(guó)、美國(guó)和日本為代表的一些國(guó)家掀起了一股研究高潮[8]，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和汽車(chē)制造商合作，也有了一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和論文發(fā)表出來(lái)，但是，局限于微波理論和硬件的技術(shù)水平，以及硬件系統(tǒng)的本錢(qián)問(wèn)題，使激光系統(tǒng)很難做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積輕巧和價(jià)格低廉，此外，由于車(chē)載激光系統(tǒng)工作的環(huán)境惡劣，干擾因素比擬。在一九八六年奔馳公司發(fā)起包括了歐洲在內(nèi)的十七家汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家以及五十多個(gè)研究所，從而制定出來(lái)了“Promtheus〞方案，主要是講組合傳感器、通信以及人工智能等技術(shù)進(jìn)行有效的融合在一起，其目的主要是能夠?qū)ζ?chē)的平安以及有效性進(jìn)行改善，在這之中，所研究出來(lái)的性能優(yōu)良的汽車(chē)防撞激光系統(tǒng)，更好的幫助駕駛?cè)藛T能夠防止事故出現(xiàn)，同時(shí)也是該技術(shù)當(dāng)中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容[9]。在該方案內(nèi)部，伴隨著微波器件以及集成技術(shù)的不斷開(kāi)展，同時(shí)微處理器性能價(jià)格比等突飛猛進(jìn)，從而使其制作出了更多價(jià)格比擬低的以及性能高的防撞激光系統(tǒng)已經(jīng)是成為了可能，在進(jìn)入到了九十年代之后，德國(guó)在這個(gè)方面的研究一直是處于領(lǐng)先的地位[10]。在二十世紀(jì)九十年代中期之后，一些公司已經(jīng)是開(kāi)始將注意力防治到了汽車(chē)新型防撞激光系統(tǒng)上，針對(duì)于這種新型的防撞激光系統(tǒng)應(yīng)用在高速公路上面，對(duì)其簡(jiǎn)稱(chēng)為AICC，主要是為自主職能巡航的控制，同時(shí)也是汽車(chē)激光系統(tǒng)的開(kāi)展高級(jí)階段，根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)分析，國(guó)際上所研究出來(lái)應(yīng)用在高速公路上的防撞激光系統(tǒng)技術(shù)僅僅只是需要完成駕駛?cè)藛T提供危險(xiǎn)報(bào)警的功能，從而更好的為駕駛?cè)藛T爭(zhēng)取一定的時(shí)間[11]。在歐美，有個(gè)RadarNet研究工程，它把現(xiàn)階段所有的成果進(jìn)行了合并，研發(fā)了一個(gè)有別以往的功能比擬完備的汽車(chē)防撞激光系統(tǒng)，在這之中，德國(guó)的奔馳公司以及英國(guó)英倫斯電子公司聯(lián)合研究出來(lái)了應(yīng)用在汽車(chē)防撞激光系統(tǒng)工作的35GHz，其探測(cè)的距離主要是為一百五十米，信號(hào)的處理系統(tǒng)能夠有效的計(jì)算出前方車(chē)輛或者是障礙物的距離，同時(shí)根據(jù)后車(chē)的速度來(lái)計(jì)算出一個(gè)平安的距離，然而在兩輛車(chē)的距離小于平安距離的時(shí)候便發(fā)出燈光以及聲音的警報(bào)，將其安裝在轎車(chē)上面和客車(chē)上面進(jìn)行使用，所具有著的效果也較為良好[12]。但是，美國(guó)在這方面，研究防撞技術(shù)比別的國(guó)家都比擬晚，然而現(xiàn)階段也處于領(lǐng)先世界的水平，主要是福特公司以及Eatonorad公司研究的汽車(chē)防撞激光系統(tǒng)系統(tǒng)，其前方的探測(cè)距離能夠到達(dá)一百零六米，所探測(cè)的范圍跟蹤具有著二十多個(gè)目標(biāo)，工作中的主要是為24.725GHz[13]。針對(duì)于我國(guó)的汽車(chē)防撞裝置研究來(lái)說(shuō)，相對(duì)來(lái)講，也是非常晚的，而且開(kāi)展水平也低于哪些先進(jìn)的國(guó)家開(kāi)展水平。所具有著代表性的主要是為上海汽車(chē)電子工程中心所研究出來(lái)的SAE-100型毫米的汽車(chē)防撞激光系統(tǒng)樣機(jī)，并且是采用LFMCW制式，它正常工作的主頻在35GHz，其能夠探測(cè)的距離一般都會(huì)超過(guò)100m，而測(cè)速一般大于1km/h，其喇叭天線(xiàn)的增益是26dB，而釋放出的功率是405mW。依據(jù)DSP充當(dāng)最為重要的核心處理器?，F(xiàn)階段我國(guó)很多單位和公司已經(jīng)是買(mǎi)了國(guó)外不同廠(chǎng)商的激光設(shè)備，并且已經(jīng)是生成了大量的原始點(diǎn)運(yùn)以及影響數(shù)據(jù)，然而針對(duì)于這些數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，一直沒(méi)有得到有效的處理，導(dǎo)致出現(xiàn)了很大的浪費(fèi)，現(xiàn)階段僅僅只是有山西太陽(yáng)太公司以及廣西桂林信息公司使用了自購(gòu)的RIEGL的激光產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行電力選線(xiàn)以及地形圖繪制等少量的工具[14]。盡管如此，越來(lái)越多的單位對(duì)使用激光技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，顯示了這項(xiàng)技術(shù)的廣闊前景。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和各功能模塊介紹2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)介紹基于激光的車(chē)載防撞系統(tǒng)主要由激光雷達(dá)傳感器、單片機(jī)、聲音報(bào)警單元、CAN收發(fā)模塊、CAN總線(xiàn)、ABS等幾個(gè)局部構(gòu)成，具體見(jiàn)圖2-1。圖2-1激光車(chē)載防撞系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖2.2測(cè)距傳感器的選擇現(xiàn)階段，對(duì)于兩個(gè)汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的平安距離如何確定，主要有下面幾種測(cè)量手段：超聲波、紅外線(xiàn)、攝像系統(tǒng)與激光四種測(cè)距工具。對(duì)于超聲波這種測(cè)距方法，其原理非常簡(jiǎn)單，其制作也非常的簡(jiǎn)單，并且花費(fèi)較少。然而，在汽車(chē)行駛速度非?？斓那闆r下，這種測(cè)距傳感儀器就沒(méi)有多少作用，其主要的原因有兩個(gè)方向：第一個(gè)是外界環(huán)境的變化嚴(yán)重影響到了超聲波的速度測(cè)定。外界溫度不同，那么測(cè)下來(lái)的聲速也就不同，在零下三十?dāng)z氏度到三十?dāng)z氏度的變化主要是為三百一十三秒每米到三百四十九秒每米。但是，在下雨、下雪以及大霧的情況下，只要天氣發(fā)生大的變化，那么測(cè)出來(lái)的距離就會(huì)有出入。第二個(gè)方面，由于超聲能量隨著距離的平方降低而衰減，因此距離如果遠(yuǎn)的情況下，那么反射回來(lái)的超聲波那么比擬小，靈敏度下降也比擬快，從而使其超聲波的測(cè)距方式僅僅適用于比擬短的距離，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外一般的超聲波較為理想的測(cè)距主要是為四米到五米，所以，通常情況下，在汽車(chē)的倒車(chē)防撞方面應(yīng)用比擬多。而紅外線(xiàn)用來(lái)測(cè)距，其好處是造價(jià)不貴，容易制作，而且很平安，但是其缺乏之處就是不夠精準(zhǔn)，距離有限，方向性不準(zhǔn)。由于紅外線(xiàn)在遭遇別的物質(zhì)時(shí)折射率幾乎沒(méi)有，因此，在長(zhǎng)距離的測(cè)距方面儀器均采用紅外線(xiàn)，但是紅外線(xiàn)一般要有時(shí)間才能夠傳播，這就造成了采用紅外線(xiàn)測(cè)距其實(shí)在及時(shí)反響現(xiàn)場(chǎng)路況時(shí)不夠及時(shí)，假設(shè)使用紅外線(xiàn)進(jìn)行測(cè)距，也就失去了研究汽車(chē)防撞的意義。攝像系統(tǒng)的核心部件是電耦合器件CCD，〔主要是為即charl筘coupledDevice)。根據(jù)CCD這類(lèi)的攝像機(jī)的工作原理，其采用的是和人眼幾乎一樣的光電探測(cè)器，它的大小、質(zhì)量比擬輕以及功耗小和噪音低，同時(shí)動(dòng)態(tài)范圍比擬大以及廣計(jì)量準(zhǔn)確等，現(xiàn)如今在汽車(chē)行業(yè)當(dāng)中已經(jīng)是得到了十分廣泛的應(yīng)用。然而，現(xiàn)階段其造價(jià)高，另外，軟件與硬件也都制約著該類(lèi)探測(cè)器，它的成像過(guò)程相對(duì)慢一些，同時(shí)會(huì)處理非常多的數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)計(jì)算機(jī)的軟、硬性能越來(lái)越好的時(shí)候，該探測(cè)器必將大范圍的使用[15]。使用激光方式進(jìn)行測(cè)距工作的時(shí)候，首先要調(diào)整激光二極管到目標(biāo)的方向同時(shí)激發(fā)出激光脈沖。射向目標(biāo)的激光會(huì)散射到各個(gè)不同的方向，一局部散射光可以反射到傳感器對(duì)應(yīng)的接收器中，其中的光學(xué)系統(tǒng)獲得這些反射回來(lái)的激光后會(huì)自動(dòng)到光電二極管上成像并且計(jì)算光脈沖整個(gè)過(guò)程所消耗的實(shí)際時(shí)間，這樣就可以測(cè)定出相應(yīng)的目標(biāo)距離。這種利用激光來(lái)測(cè)距的探測(cè)器可以非常準(zhǔn)確的計(jì)算出傳輸?shù)臅r(shí)間，并且光速快。這種激光測(cè)距傳感器的特點(diǎn)就是非常準(zhǔn)確，并且能180°探測(cè)，所以，激光傳感器能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求[16]。2.3激光系統(tǒng)的工作原理激光是在1960年后期出現(xiàn)的，作為當(dāng)時(shí)非常重要的科學(xué)技術(shù)成就。它運(yùn)用十分的迅猛，很快被應(yīng)用在國(guó)防、生成以及醫(yī)學(xué)和非電測(cè)量等各個(gè)產(chǎn)業(yè)。它跟普通的光差異很大，只有激光器才能產(chǎn)生這種激光。在普通的狀態(tài)下，激光器所使用的物質(zhì)大多數(shù)情況下是穩(wěn)定的，能量級(jí)別非常低，為E1，當(dāng)有外界光線(xiàn)產(chǎn)生后，照射到這種低能的E1級(jí)的物質(zhì)，從而吸收了光子的能量而變成了高能級(jí)的E2級(jí)別。但是，對(duì)于光子的能量E=E2-E1=hv，這里，h代表叫做普朗克的常數(shù)，但是v卻代表光子頻率。但是，當(dāng)頻率v的這種光產(chǎn)生誘發(fā)作用，在能級(jí)E2的原子首先釋放出能量隨之發(fā)光，進(jìn)而自己也就變成了低能量的E1級(jí)別，這種變化過(guò)程叫做受激輻射。激光器第一步，讓那些需要工作的物質(zhì)中的原子增加能量變成高能級(jí)別，這樣做的目的就是在后面的輻射這些原子過(guò)程中就會(huì)有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，這樣以來(lái)，它的頻率被改變成了v，進(jìn)而它的誘發(fā)光就變的更加的強(qiáng)大了，這樣，它可以透過(guò)平行的反射鏡最終形成迸發(fā)式的放大作用，從而出現(xiàn)較強(qiáng)的受激輻射光，這個(gè)光便可以稱(chēng)之為激光[17]。針對(duì)于激光來(lái)說(shuō)，主要是具有著三個(gè)重要的特性：第一是高方向性，激光束在幾公里之外的拓展范圍不超過(guò)幾厘米。第二是高單色性，激光的頻率寬通常情況下比普通的光小十倍以上。第三是具有著高亮度，通過(guò)利用激光束會(huì)聚最高能夠產(chǎn)生幾百萬(wàn)度的高溫[18]。激光的工作原理是，該激光的發(fā)射機(jī)首先給空中射出連續(xù)的時(shí)間根本相同的頻率非常高的窄脈沖，要是其電磁波傳播的目標(biāo)是存在著，那么激光便能夠接受目標(biāo)發(fā)射來(lái)回的回?fù)埽捎谟糜诨負(fù)艿男盘?hào)功能就是在本系統(tǒng)與要測(cè)量的目標(biāo)兩者之間來(lái)回傳播，這就是延遲于發(fā)射脈沖的原因。如圖2-2所示：圖2-2電磁波工作原理針對(duì)于電磁波的能量來(lái)說(shuō)，主要是根據(jù)光速來(lái)進(jìn)行傳播的，將其目標(biāo)的距離設(shè)置成為R，那么傳播過(guò)程中的距離主要是等于光速乘以時(shí)間的間隔，主要是為：在上述公式當(dāng)中，目標(biāo)到激光系統(tǒng)的距離主要是為R，單位采用m來(lái)進(jìn)行表示。為電磁波在激光發(fā)射機(jī)器和目標(biāo)之間所往返需要時(shí)間間隔，單位采用s來(lái)進(jìn)行表示。電磁波在空氣當(dāng)中的傳播速度那么是采用c來(lái)進(jìn)行表示，大約是在。因?yàn)殡姶挪▊鞑ハ鄬?duì)來(lái)說(shuō)比擬快，激光技術(shù)的時(shí)間單位通常是為us，然而回?fù)苊}沖滯后在發(fā)射脈沖的一個(gè)微秒時(shí)候，那么對(duì)應(yīng)的目標(biāo)距離R主要是為。針對(duì)于能測(cè)目標(biāo)距離來(lái)說(shuō)，主要是為激光系統(tǒng)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量的精度以及分辨率那么是和發(fā)生信號(hào)帶寬存在著直接的關(guān)系，如果脈沖比擬窄，那么性能那么相對(duì)來(lái)說(shuō)比擬好[19]。針對(duì)于激光系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)于空間目標(biāo)P的位置使用三個(gè)坐標(biāo)進(jìn)行顯示：它們分別是α、R、β或者H，它們分別代表方位角、斜距、仰角、高度。進(jìn)行測(cè)定那么是需要采用三個(gè)坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行表示，如下列圖所示：圖2-3激光系統(tǒng)的空間坐標(biāo)激光系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)天線(xiàn)之后，實(shí)際上持續(xù)的向目標(biāo)之間發(fā)射了連續(xù)的相同周期的高頻脈沖，當(dāng)遇到要測(cè)試目標(biāo)時(shí)，激光會(huì)反射回來(lái)并且會(huì)自然產(chǎn)生一個(gè)較高頻率的時(shí)差Tr與一個(gè)頻移Fa。此時(shí)，整個(gè)激光系統(tǒng)能夠與這兩個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)下屬的公式來(lái)對(duì)其目標(biāo)位置做出判斷：R=C·Tr/2Fa=2Vr/λ在上述公式當(dāng)中，R主要是為激光傳感器的距離，單位那么是為m；光速那么是為C，電磁波在激光傳感器與要測(cè)試的目標(biāo)兩者之間傳播會(huì)出現(xiàn)一個(gè)時(shí)間間隔，稱(chēng)為T(mén)r，其單位是s：多普勒頻移那么是采用了Fa，單位采用m/s；激光系統(tǒng)工作過(guò)程中的波長(zhǎng)為λ，單位采用m；激光傳感器和目標(biāo)之間的速度采用Vr-進(jìn)行表示，單位那么是為m/s。針對(duì)于激光系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以沿著方位角所指的方向?qū)嵤┮苿?dòng)，進(jìn)一步通過(guò)天線(xiàn)波束的方向來(lái)查找所對(duì)應(yīng)的方位角α，與此同時(shí)也能夠根據(jù)激光系統(tǒng)的天線(xiàn)在仰角的方向轉(zhuǎn)動(dòng)可以確定仰角β[20]。激光傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)RS232接口，工作電壓在5V-9V。2.4系統(tǒng)各個(gè)模塊的介紹2.4.1單片機(jī)的選擇及介紹單片機(jī)采用freescale公司的MC9S12C32〔見(jiàn)圖2-4〕，這款芯片與其他單片機(jī)最大的不同在于，它有CAN總線(xiàn)控制引腳，可以通過(guò)CAN收發(fā)模塊與汽車(chē)CAN總線(xiàn)之間進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)緊急剎車(chē)的功能。圖2-4單片機(jī)芯片MC9S12C32具有SPI四線(xiàn)同步雙向串行總線(xiàn)，以主從方式工作，該接口一般使用4條線(xiàn)：串行時(shí)鐘線(xiàn)〔SCLK〕、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線(xiàn)CS。MOSI–SPI總線(xiàn)主機(jī)輸出/從機(jī)輸入；MISO–SPI總線(xiàn)主機(jī)輸入/從機(jī)輸出；SCLK–時(shí)鐘信號(hào)，來(lái)自于主要的設(shè)備；CS–從設(shè)備匯總發(fā)出信號(hào)，而且主設(shè)備控制。另外，MC9S12C32具有SCI典型串行的通信接口，I/O引腳兩個(gè)：即SCITXD與SCIRXD，使用某個(gè)16位特征的波特率進(jìn)行存放器編程的選擇，這樣就獲得了65000種相互迥異的速率，包括1-8位的能夠編程的數(shù)據(jù)位，其中1位或2位的能夠停止的可用于編程，在這個(gè)內(nèi)部，有一個(gè)所謂串行時(shí)鐘就產(chǎn)生了，SCI接口工作方式不僅包括雙工還有全雙工，這樣就可以到達(dá)雙緩接收以及發(fā)送方式，在這里，不管發(fā)送或者接收操作都能隨時(shí)的實(shí)施中斷以及如何查詢(xún)操作。MC9S12C32還具有CAN控制器功能，通過(guò)RXCAN和TXCAN兩個(gè)引腳可以實(shí)現(xiàn)與CAN總線(xiàn)的通信,芯片的PW引腳能夠生產(chǎn)類(lèi)似PWM波，把握住生成電壓的頻率。中央電源由VDDA或者VSSA管腳供給，采用標(biāo)準(zhǔn)5V的I/O引腳，這些標(biāo)準(zhǔn)引腳被分類(lèi)為I/O接口管腳，模擬信號(hào)輸入，BKGD和RESET管腳。這些管腳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是一致的，然而，有些功能可以被禁止。比方，模擬信號(hào)輸入到輸出驅(qū)動(dòng)管腳上，上拉電阻和下拉電阻被永久禁止。模擬參考引腳，這組管腳由VRH和VRL管腳組成。振蕩器管腳，XFC,EXTAL,XTAL管腳組成振蕩器管腳，2.5V標(biāo)準(zhǔn)電平，由VDDPLL管腳供電。測(cè)試引腳TEST僅用于生產(chǎn)測(cè)試用。2.4.2通信模塊因?yàn)榧す鈧鞲衅鲾?shù)據(jù)端口屬于RS232接口，跟單片機(jī)是中間有間隔的,在單片機(jī)和激光傳感器之間需要加一個(gè)通信模塊。MAX232位于激光傳感器與單片機(jī)之間的，MAX232芯片由美信公司設(shè)計(jì)的，只提供給電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口,供電標(biāo)準(zhǔn)采用的是+5v單電源。其里面的構(gòu)造由三個(gè)模塊組成：第一個(gè)模塊是電荷泵電路。共有6個(gè)腳及4個(gè)電容組成。該模塊主要是通過(guò)創(chuàng)造+12v和-12v兩個(gè)輸出電源，用以輸出給RS-232串口電瓶。第二個(gè)模塊叫做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。有兩個(gè)通道，共8個(gè)腳〔7-14〕。而其中13腳〔R1IN〕、12腳〔R1OUT〕、11腳〔T1IN〕、14腳〔T1OUT〕為首個(gè)數(shù)據(jù)通道。8腳〔R2IN〕、9腳〔R2OUT〕、10腳〔T2IN〕、7腳〔T2OUT〕為第二個(gè)數(shù)據(jù)通道。第三局部是供電。15腳GND、16腳VCC〔+5v〕。圖2-5數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及電路連接如圖，加上MAX232通信模塊之后，可以提供一個(gè)RS232數(shù)據(jù)接口〔圖2-5〕，與激光傳感器相連。2.4.3CAN總線(xiàn)CAN總線(xiàn)的介紹CAN作為控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)寫(xiě)，全稱(chēng)叫做ControllerAreaNetwork,德國(guó)BOSCH公司所開(kāi)發(fā)的，該公司在汽車(chē)電子產(chǎn)品的研制方面有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)。由于其經(jīng)驗(yàn)豐富，它所制定的標(biāo)準(zhǔn)最終變成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)〔ISO11898〕。截止到現(xiàn)在，國(guó)際上使用的最多的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。最初的目的僅僅用來(lái)在汽車(chē)環(huán)境中，為了控制通訊方面而設(shè)置的，在車(chē)載系統(tǒng)中，有了它可以作為媒介讓不同的電子控制裝置ECU來(lái)進(jìn)行信息通訊。比方發(fā)動(dòng)機(jī)管理、系統(tǒng)的變速控制器以及儀表裝置和電子主干系統(tǒng)之中，全面不都嵌入到CAN控制當(dāng)中。實(shí)際操作過(guò)程中，CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)目與網(wǎng)絡(luò)硬件方面的有關(guān)電氣特性是分不開(kāi)的，但是CAN可以給出到達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸速率，這樣能夠保證其控制更加的容易，在此之外，硬件的錯(cuò)誤檢測(cè)特性也能夠全面的額提高CAN的抗電磁干擾能力。針對(duì)于CAN來(lái)說(shuō)，因?yàn)镃AN總線(xiàn)的及時(shí)性能非常良好，因此，它對(duì)于工業(yè)汽車(chē)還有航空工業(yè)等領(lǐng)域存在著較為廣泛的應(yīng)用[17]。針對(duì)于CAN通訊協(xié)議來(lái)說(shuō)，主要是定義了兩種CAN的格式，主要是為標(biāo)準(zhǔn)的格式以及擴(kuò)展的格式。在這些格式當(dāng)中，大多數(shù)標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度只有11位。然而在拓展格式當(dāng)中，其標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度能夠到達(dá)29為。CAN特點(diǎn)是否明顯，人們都很愿意使用它，而主要有下面幾個(gè)特點(diǎn)：1、低本錢(qián)2、具有著比擬高的總線(xiàn)利用效率3、能夠有效的進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸4、最高的數(shù)據(jù)傳輸速度能夠到達(dá)1Mbit/s5、可以依據(jù)報(bào)文的ID標(biāo)識(shí)來(lái)判斷是接收還是屏蔽它6、具有著較為有效的錯(cuò)誤處理以及檢錯(cuò)機(jī)制7、能夠有效的發(fā)送信息收到破壞之后進(jìn)行自動(dòng)的重新發(fā)送CAN總線(xiàn)收發(fā)模塊PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)間的接口，它主要是為汽車(chē)中高速通訊〔高達(dá)1Mbps〕應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其完全符合“ISO11898〞標(biāo)準(zhǔn)。其引腳如圖2-6所示：符號(hào)管腳功能描述TXD1發(fā)送數(shù)據(jù)輸入GND2接地Vcc3電源電壓RXD4接收數(shù)據(jù)輸出Vref5參考電壓輸出CANL6低電平CAN電壓輸入/輸出CANH7高電平CAN電壓輸入/輸出Rs8斜率的電阻輸入圖2-6CAN控制器引腳針對(duì)于CAN總線(xiàn)的抗干擾分析為了增強(qiáng)CAN總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，MC9S12C32的TXCAN和RXCAN并不是直接與82C250的TXD和RXD進(jìn)行相互連接，然而主要是通過(guò)高速光耦6N137后與82C250進(jìn)行縣固化連接，在這樣的情況下，能夠圓滿(mǎn)的完成總線(xiàn)上不同的CAN上的節(jié)點(diǎn)相互的電氣隔離。6N137光耦合器主要是一款能夠應(yīng)用在單通道的高速光耦合器，它主要是一個(gè)光敏二極管和高增益線(xiàn)性運(yùn)行和肖特基前衛(wèi)的集電極開(kāi)路三極管所組合而成。6N137具有以下特性：1、轉(zhuǎn)換速率最高的時(shí)候能夠到達(dá)10MBit/s;2、擺率高達(dá)10kV/us;3、扇出的系數(shù)在主要是為8;4、邏輯電平輸出;5、集電極開(kāi)路輸出;工作過(guò)程中的參數(shù)：所存在著的最大輸入電流以及低電平為，250uA最大輸入電流，然而高電平15mA最大允許低電平電壓。0.8V主要是為最大的允許電平電壓，Vcc那么是為最大的電源電源以及輸出，5.5V扇出(TTL負(fù)載)：8個(gè)(最多)工作溫度范圍：-40°Cto+85°C典型應(yīng)用：高速數(shù)字開(kāi)關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等。高速光耦引腳如圖2-7所示：引腳名稱(chēng)1IN2N.C3VDD4N.C5GND6OUT7EN8VCC圖2-7高速光耦引腳圖第3章硬件電路的設(shè)計(jì)3.1電源模塊電源作為整體系統(tǒng)的能量供給渠道，它的正常與否涉及到系統(tǒng)可不可以正常運(yùn)行。一般中型和小型的汽車(chē)車(chē)內(nèi)供電是12V，而單片機(jī)工作電壓要求為5V，所以需要一個(gè)電源轉(zhuǎn)換模塊〔見(jiàn)圖3-1〕，從而使單片機(jī)能夠正常的工作。圖3-1電源轉(zhuǎn)換模塊3.2單片機(jī)復(fù)位電路在上電或者是進(jìn)行復(fù)位的過(guò)程中，對(duì)其CPU的復(fù)位狀態(tài)做出控制，從而能夠有效的防治CPU出現(xiàn)錯(cuò)誤的指令以及執(zhí)行一些錯(cuò)誤的操作，與此同時(shí)也能夠有效的提高電磁的兼容性。無(wú)論使用哪種類(lèi)型的單片機(jī)，總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)〔見(jiàn)圖3-2〕。針對(duì)于單片復(fù)位機(jī)來(lái)說(shuō)，其電路設(shè)計(jì)的好與壞也將會(huì)直接的影響到系統(tǒng)工作的可靠性。很多用戶(hù)在對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)完成之后，并且在實(shí)驗(yàn)室做好相應(yīng)的調(diào)試，然而在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用的過(guò)程中那么是出現(xiàn)了死機(jī)的一個(gè)狀態(tài)，這主要是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)出現(xiàn)了不可靠所導(dǎo)致的。圖3-2單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)上電時(shí)，但由于電容C兩端的電壓VC不能突變，因此VC保持低電平。但隨著電容C的充電，VC不斷上升。只要選擇適宜的R和C，VC就可以在單片機(jī)復(fù)位電壓以下持續(xù)足夠的時(shí)間使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位之后，VC上升至電源電壓，單片機(jī)開(kāi)始正常工作。相當(dāng)于在單片機(jī)上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生了一個(gè)一定寬度的低電平脈沖信號(hào)，使單片機(jī)復(fù)位。圖中，X1端口與單片機(jī)的低電平復(fù)位端口RESET相連。3.3單片機(jī)晶振電路晶振是單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率的部件〔見(jiàn)圖3-3〕，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。圖3-3單片機(jī)晶振電路3.4激光傳感器與單片機(jī)之間的通信模塊MAX232MAX232具有以下的特點(diǎn)：1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；2、僅僅只是需要單一的一個(gè)+5V電源供電；3、其片載的電荷泵能夠升壓以及電壓極性開(kāi)展的能力，與此同時(shí)也能夠出現(xiàn)+10V和-10V電壓V+、V-；4、具有著較高的集成度，片外僅僅只是需要四個(gè)電容便能夠進(jìn)行工作。激光傳感器的信號(hào)線(xiàn)接口為RS232，通過(guò)模塊的信號(hào)轉(zhuǎn)換，將R2OUT和R2IN引腳分別與單片機(jī)的RXD和TXD引腳相連，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與激光傳感器之間的信息交換與控制〔見(jiàn)圖3-4〕。圖3-4通信模塊MAX2323.5聲音報(bào)警電路在單個(gè)軟件進(jìn)行設(shè)置的過(guò)程中具有著幾個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器那么是用來(lái)設(shè)置PWM口進(jìn)行輸出的，能夠設(shè)置占空比以及周期等等，這個(gè)時(shí)候便可以應(yīng)用這個(gè)波來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)〔見(jiàn)圖3-5〕。例如頻率是在2000Hz的蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能夠知道其周期主要是為500μs，僅僅只是需要將PWM周期設(shè)置為500μs，占據(jù)的點(diǎn)評(píng)設(shè)置主要是為250μs，這個(gè)時(shí)候便可以差生一個(gè)頻率是在2000Hz的方波，便能夠有效的通過(guò)對(duì)這個(gè)方波進(jìn)行再次利用三極管就可以去驅(qū)動(dòng)這個(gè)蜂鳴器了。圖3-5聲音報(bào)警電路聲音報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)與單片機(jī)PW輸出端口相接，單片機(jī)在輸出端口輸出一PWM波，通過(guò)控制輸出端口信號(hào)的占空比來(lái)控制PNP的閉合與斷開(kāi)，從而控制發(fā)聲器的工作頻率，讓揚(yáng)聲器發(fā)出不同頻率的聲音，情況越緊急，蜂鳴器發(fā)出的聲音頻率越高，以此來(lái)到達(dá)提示駕駛員的目的。3.6CAN收發(fā)模塊82C250接口電路82C250的CANH和CANL引腳各自通過(guò)一個(gè)5Ω的電阻以及CAN的總線(xiàn)進(jìn)行相互連接，使其能夠起到一定程度的限流作用，更好的保護(hù)82C250不會(huì)受到過(guò)流所帶來(lái)的沖擊。另外，在兩根CAN總線(xiàn)上面的輸入端以及接地點(diǎn)位置分別的連接一個(gè)防雷二極管，在兩端入端和接地之間出現(xiàn)瞬時(shí)干擾的時(shí)候通過(guò)防雷管能夠有效的起到一定程度的保護(hù)作用。然而在實(shí)際當(dāng)中，僅僅只是需要保證CAN網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的“CAN_H〞和“CAN_L〞之間跨接電阻是在六十歐姆便可以。第4章軟件局部的設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能首先，單片機(jī)通過(guò)處理激光傳感器的信息，做出決策，根據(jù)不同的情況做出不同的動(dòng)作，在本系統(tǒng)中，分為三種不同的動(dòng)作：一是普通聲音報(bào)警，二是緊急聲音報(bào)警，三是緊急剎車(chē)，其中，第三個(gè)動(dòng)作又根據(jù)相對(duì)車(chē)速的不同，發(fā)出不同程度的剎車(chē)控制信號(hào)，距離越近，相對(duì)速度越高，汽車(chē)ABS剎車(chē)程度越高。為了實(shí)現(xiàn)以上功能，可以通過(guò)編程對(duì)單片機(jī)進(jìn)行設(shè)置，給單片機(jī)設(shè)定兩個(gè)判定時(shí)間：1、報(bào)警臨界時(shí)間Ts，即單片機(jī)在對(duì)激光傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到的預(yù)料撞車(chē)時(shí)間T小于Ts時(shí)，那么單片機(jī)通過(guò)向蜂鳴器引腳發(fā)送出電平信號(hào)，使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音；2、平安極限時(shí)間Tl，即一旦預(yù)料撞車(chē)時(shí)間T小于Tl時(shí)，駕駛員通過(guò)自身生理反響已經(jīng)來(lái)不及采取認(rèn)為制動(dòng)措施，此時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)ABS發(fā)出剎車(chē)控制信號(hào)，以防止因駕駛員來(lái)不及剎車(chē)而導(dǎo)致發(fā)生事故的可能性。當(dāng)T大于Ts時(shí)，說(shuō)明汽車(chē)處于平安行駛狀態(tài)，系統(tǒng)依然處于不斷的向傳感器采集數(shù)據(jù)的狀態(tài)，當(dāng)T小于Ts且大于Tl的時(shí)候，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，并且，當(dāng)T越靠近Tl(即T-Tl越趨近于0)，向蜂鳴器所在引腳輸出的電壓脈沖波占空比越小，此時(shí)，蜂鳴器報(bào)警聲音的頻率越來(lái)越高。當(dāng)T小于等于Tl的時(shí)候，蜂鳴器維持最高報(bào)警頻率，并且單片機(jī)通過(guò)CAN收發(fā)模塊向ABS發(fā)出剎車(chē)信號(hào)，假設(shè)Tl-T的值越大，剎車(chē)程度越高。4.2系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理激光傳感器向汽車(chē)正前方0-180°的方向不斷的發(fā)送激光探測(cè)波，通過(guò)激光接收器獲取回波信息，具體信息包括與目標(biāo)物之間的距離s，二者之間的相對(duì)速度v以及以本車(chē)身為原點(diǎn)中心的坐標(biāo)中，目標(biāo)物所在位置的角度θ。但是，怎樣才能被認(rèn)為是對(duì)本車(chē)構(gòu)成平安威脅呢？還需要具體研究，如示意圖4-1所示：圖4-1激光探測(cè)波示意圖圖4-1中，3輛小車(chē)的車(chē)身寬度都假設(shè)為x，在小車(chē)0上裝有激光傳感器，以小車(chē)0為坐標(biāo)中心，小車(chē)2與小車(chē)0之間的縱向距離為y2，橫向距離為x2，小車(chē)4與小車(chē)0之間的縱向距離為y4，橫向距離為x4〔橫向距離只計(jì)算絕對(duì)值〕。假設(shè)小車(chē)0，小車(chē)1，小車(chē)4的車(chē)速分別為v0，v3和v4。由圖4-1中可以看出，y4>y1，x4>x0>x1，很明顯，即便與小車(chē)2和小車(chē)4的相對(duì)速度再大〔假設(shè)Vx接近無(wú)窮大〕，他們也不會(huì)對(duì)小車(chē)x0構(gòu)成平安威脅，此時(shí)得出第一個(gè)結(jié)論，激光所采集到的障礙物的橫向坐標(biāo)需要小于自身車(chē)輛的寬度的一半，才會(huì)視為數(shù)據(jù)采集對(duì)象。假設(shè)：小車(chē)1和小車(chē)3都相對(duì)于小車(chē)0行駛，由圖4-2可知，小車(chē)1和小車(chē)3對(duì)小車(chē)0構(gòu)成平安威脅，他們的坐標(biāo)信息被單片機(jī)視為有效信息，盡管小車(chē)3與小車(chē)0的縱向距離y3小于小車(chē)1與小車(chē)0的縱向距離y1，即y3<y1，但是，如果y3/(v0+v3)>y1/〔v0+v1〕,也就是說(shuō)，小車(chē)1會(huì)比小車(chē)3先和小車(chē)0相撞，那么單片時(shí)機(jī)優(yōu)先考慮小車(chē)1的坐標(biāo)信息，如果坐標(biāo)信息到達(dá)報(bào)警條件，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，如果坐標(biāo)信息到達(dá)剎車(chē)條件，單片時(shí)機(jī)向CAN總線(xiàn)發(fā)出剎車(chē)信號(hào)，進(jìn)行緊急制動(dòng)。圖4-2由此分析可得出，在軟件實(shí)現(xiàn)方面，首先應(yīng)該考慮的是小車(chē)與目標(biāo)障礙物之間的橫向距離x，在橫向距離考慮范圍之內(nèi)的障礙物，不只是考慮縱向距離y，而應(yīng)該考慮二者之間所處的相對(duì)速度v下的預(yù)想相撞時(shí)間t=y/v，即預(yù)想相撞時(shí)間t越小，越優(yōu)先考慮?；蛘哒f(shuō)，時(shí)間最短對(duì)應(yīng)的某個(gè)坐標(biāo)信息優(yōu)先級(jí)最高，只要有任何一個(gè)信息構(gòu)成報(bào)警條件，單片機(jī)都會(huì)采取應(yīng)對(duì)措施。4.3基于CAN總線(xiàn)的單片機(jī)與汽車(chē)ABS之間的通信針對(duì)于CAN總線(xiàn)的借口管理邏輯來(lái)說(shuō)，主要是來(lái)自于CPU的命令。CPU那么是在FIFO的支持下進(jìn)行信息處理過(guò)程中對(duì)其他信息進(jìn)行接受。驗(yàn)收濾波器能夠?qū)⑵渲械臄?shù)據(jù)以及接受的識(shí)別碼內(nèi)容作出相互的比擬，進(jìn)而決定出是否對(duì)信息進(jìn)行接受。在純粹的接受測(cè)試過(guò)程中所有的信息保存在RXFIFO之中，然而位于處理器那么是在一個(gè)發(fā)送緩沖器RXFIFO以及CAN總線(xiàn)之間的控制數(shù)據(jù)程序裝置，同時(shí)也能夠在CAN總線(xiàn)上面執(zhí)行錯(cuò)誤做出檢測(cè)，并且進(jìn)行仲裁填充以及錯(cuò)誤的處理。以此為根底，CAN總線(xiàn)在收到單片機(jī)的對(duì)制動(dòng)裝置ABS的控制信號(hào)之后，對(duì)ABS進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)緊急剎車(chē)的目的。在需要對(duì)ABS傳送剎車(chē)信號(hào)的時(shí)候，單片機(jī):通過(guò)CAN收發(fā)模塊向CAN總線(xiàn)的某一位ID發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義。假設(shè)在緊急的情況下，設(shè)置ABS的剎車(chē)最大程度為80%，而單片機(jī)所發(fā)送的一幀數(shù)據(jù)最多可以有8位數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)分別有8個(gè)字節(jié)，如圖：Bit0：ABCDEFGH在此假設(shè)A為有效位，當(dāng)A為1時(shí)，說(shuō)明Bit0位數(shù)據(jù)有效，剩下的7位，可以表示0-167共168位數(shù)字，那么可以與汽車(chē)剎車(chē)裝置ABS約定，當(dāng)Bit0數(shù)據(jù)的值分別為0-159的時(shí)候，ABS剎車(chē)的程度分別為0,0.5%，1%，...80%。當(dāng)然，具體剎車(chē)的程度可以根據(jù)科學(xué)研究后，確定一個(gè)適合的標(biāo)準(zhǔn)之后再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。剩余的數(shù)據(jù)〔即160-167可以視為無(wú)效〕。此外，為了防止數(shù)據(jù)出錯(cuò)，單片機(jī)還可以同時(shí)多發(fā)兩位數(shù)據(jù)，對(duì)Bit0位數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)校驗(yàn)，采取的方法是發(fā)送一位數(shù)據(jù)Bit1，隨后對(duì)Bit1上的數(shù)據(jù)求補(bǔ)，將求補(bǔ)后的數(shù)據(jù)放在Bit2位上，再將Bit2位數(shù)據(jù)發(fā)送，最后將Bit1和Bit2兩位上面的數(shù)據(jù)相加，假設(shè)相加后的值等于0FFFH，那么說(shuō)明單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)，Bit0位數(shù)據(jù)有效，否那么，即便Bit0位數(shù)據(jù)中A的值為1，Bit0為數(shù)據(jù)同樣無(wú)效。例如：Bit1：10100100Bit2：11011100結(jié)論在本文之中，研究設(shè)計(jì)的機(jī)遇激光車(chē)載防撞預(yù)警系統(tǒng)，主要是根據(jù)車(chē)的平安角度研究開(kāi)發(fā)的一種能夠有效的防治汽車(chē)膨脹交通事故的車(chē)載設(shè)備。在我國(guó)，依據(jù)目前的公路交通上所具備的最根本的平安需求來(lái)看，通過(guò)了解有關(guān)智能交通軟件系統(tǒng)與汽車(chē)電子技術(shù)的開(kāi)展情況，在此根底上，進(jìn)一步的研究了國(guó)內(nèi)汽車(chē)電子技術(shù)以及通訊技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的學(xué)科理論。由于激光具有單色性好、方向性強(qiáng)，精確度高等特點(diǎn)，因此，采取了激光測(cè)距的原理，充分利用了它的明顯優(yōu)勢(shì)，確保了傳感器所采集到的信息的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，這是保證車(chē)載防撞系統(tǒng)性能的前提。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同情況實(shí)行不同級(jí)別的報(bào)警狀態(tài)和應(yīng)對(duì)措施，不僅如此，本文所研究的系統(tǒng)還考慮到了極端危險(xiǎn)情況下所采取的措施，即自動(dòng)剎車(chē)，于此同時(shí)，還考慮到了剎車(chē)程度大小的問(wèn)題，由于ABS裝置的廣泛應(yīng)用而得以實(shí)現(xiàn)，并且通過(guò)CAN總線(xiàn)很好的得到了解決。這個(gè)系統(tǒng)很好的實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)主動(dòng)防撞的功能，相比起平安氣囊、平安帶等被動(dòng)防撞設(shè)施，不僅能使人們免于受到因撞車(chē)而造成人身傷害事故，之外，還能有效的防止撞車(chē)事故的發(fā)生，并且更能有效的保護(hù)人們的財(cái)產(chǎn)免于損失。所以，對(duì)于這樣一款基于激光的車(chē)載主動(dòng)式防撞系統(tǒng)，具有廣闊的開(kāi)展前景，希望在得到廣泛應(yīng)用之后，能夠?qū)崿F(xiàn)其研究?jī)r(jià)值，要是能夠?qū)崿F(xiàn)這種車(chē)載防撞機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，將對(duì)社會(huì)及個(gè)人產(chǎn)生非常有意義的作用。首先，對(duì)于個(gè)人來(lái)說(shuō)，可以有效的防止這種悲慘的交通事故的發(fā)生，保護(hù)了人民的生命與財(cái)產(chǎn)平安；而對(duì)社會(huì)來(lái)說(shuō)，本系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)際上改變了以往的那種交通事故頻發(fā)現(xiàn)象，促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速開(kāi)展。參考文獻(xiàn)[1]中華人民共和國(guó)公安部網(wǎng)站，：／／www．mps．gov．cn.[2]曾誠(chéng).基于CAN-BUS的汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)擰制單元的研究開(kāi)發(fā)[D].長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文,2004,6；[3]姜志海，黃玉清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