汽车智能防撞系统

黄志芳 宋世杰 陈泽锐 饶皆昌 何梓杰 甘海杰

摘 要：汽车智能防撞系统通过车载传感器，自动采集、分析和处理汽车周边物体信息，当汽车与目标物体小于设定值时，提前启动自动刹车系统，可有效降低各类交通事故发生的概率。文中设计的汽车智能防撞系统采用STC12C5A60S2作为主控芯片，主要由前置刹车系统、后置刹车系统、反馈系统等构成。前后置刹车系统将测量数据传输至主控芯片进行处理，启动防撞控制模块工作，汽车刹车板下拉实现汽车智能防撞;反馈系统将反馈信号发送至主控芯片，刹车成功则语音播报已刹车，若是刹车失灵则播报提醒司机进行人为刹车。实验结果表明，所设计系统成本低，安装简单，在现今汽车走入千家万户的背景下，有着非常广阔的市场应用前景。

关键词：智能汽车;自动刹车系统;车载传感器;反馈系统;语音播报;智能防撞系统

中图分类号：TP212.6;TN915文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）05-00-03

0 引 言

根据相关调查资料显示，车祸在全国意外事故的总数占据首位，且我国每年有超过26万人在交通事故中身亡。自动刹车防撞系统由于成本高昂，无法大规模推广应用到普通家用轿车中。因此，研发一套适用性广、价格适中、可靠性高的汽车智能防撞系统就显得尤为重要和紧迫。本文设计的智能防撞系统在刹车失灵的紧急情况下通过声光电的作用提醒驾驶员介入刹车，避免交通事故的发生。本系统所采用的模块生产成本低、可移植性强、来源性广，大大降低了系统的生产成本，有效地提高了系统的性价比，易于在全国各地推广应用[1]。

本文通过对传感器的综合运用，对采集到的数据进行处理、分析得到相应的结论，验证了所设计系统的安全性、可靠性和实用性。

1 系统的硬件结构

本系统硬件结构如图1所示，以STC12C5A60S2微控制器作为核心，搭载显示屏、独立按键、XFS5152CE语音播报模块、继电器、电机和反馈装置，测距系统包括激光和超声波测距模块等。

本文采用STC12C5A60S2微控制器，其片内集成了

60 KB程序FLASH、2通道PWM、16位定时器等资源，自带软件看门狗和系统调试功能（ISD），运行速度快，开发环境较易搭建，能满足系统设计要求。

1.1 语音播报

语音播报模块采用科大讯飞的XFS5152CE语音合成模块。XFS5152CE的UART接口与微控制器可直接连接，接收来自微控制器的数据，根据数据处理结果播报相应语音提示[2]。

1.2 自动刹车功能

刹车装置如图2所示，固定于汽车底部。该装置利用一根长度适中的钢丝线，一端与汽车的刹车踏板连接，另一端与刹车装置的空心铁条相连，铁条上有4颗平底螺丝钉用于固定钢丝线，将空心铁条固定在齿轮上，通过齿轮的转动使空心铁条左右移动，空心铁条收紧固定的钢丝线，使汽车刹车踏板下拉实现刹车[3]。

1.3 障碍物距离检测

汽车在行驶过程中需时刻探测周边障碍物，当汽车与障碍物之间的距离达到预置危险距离时，则需要减速或刹停汽车。汽车在行驶时，汽车周边会有各种各样的干扰，会使防撞系统误触，因此本文把智能防撞系统分为前置刹车系统和后置刹车系统，两个系统各自独立工作。另外，设置一键开关，在紧急情况可关闭自动刹车系统。

1.3.1 前置刹车系统模块

汽车在前进时，前车灯电路正常运行而后车灯不工作，所以前置刹车系统的核心控制板可以通过前车灯电路供电。前置刹车系统采用测距50 m的激光传感器检测与障碍物之间的距离，当距离达到预置距离时，自动刹车系统启动，语音模块播报相关信息。激光测距模块如图3所示[4]。

1.3.2 后置刹车系统

后置刹车系统核心板利用汽车后车灯供电，因为汽车在倒车时，速度较慢，所以采用检测范围极广的4路一体化超声波模块检测与障碍物之间的距离[5]。当汽车与障碍物之间距离为1 m时，先刹车再松开，减缓倒车速度并警示司机已到达危险距离;当汽车与障碍物之间的距离达到20 cm時，则自动刹停。后置刹车系统如图4所示[6]。

1.4 按键调节功能

因为不同车辆的外观、内部构造都存在一定的差异性，影响刹车距离的设置，所以本系统将刹车的危险距离通过显示屏显示，再通过按键对其数值进行调节[7]，降低不同车辆间的性能差异[8]。

2 软件设计与实现

2.1 激光距离检测

激光传感器通过发射激光，收集并处理从光脉冲发出到返回接收所经历的时间，通过公式计算即可得到与障碍物目标的距离，最后将距离数据发送给控制芯片。激光测距流程如图5所示[9]。

2.2 超声波距离检测

超声波模块通过定时器计算超声波发出和返回的时间，通过公式计算得到障碍物与后车尾之间的距离，4路超声波通过互相比较得出与汽车最近障碍物的距离，此距离就是超声波测距的最终结果。超声波测距流程如图6所示[10]。

2.3 自动刹车

汽车在前进和倒车过程中，激光和超声波分别将检测到的距离传输给各自的微控制器，单片机接收数据后对其进行处理，判断是否启动自动刹车系统。自动刹车流程如图7所示。

3 实验结果

本系统采用带有刹车踏板的模型车进行试验，实物图如图8所示。通过测试汽车智能防撞系统在行进状态和倒车状态下，自动刹车功能正常启动，前后障碍物距离检测误差2～5 cm，汽车刹车时与障碍物之间的距离误差10 cm，系统响应时间约1 s。

4 结 语

配备智能防撞系统已成为汽车的发展趋势，然而我国的汽车保有量庞大，现有汽车配置汽车与智能防撞系统一体化需要资金成本高，若没有可拆卸的智能防撞系统，大量的旧车将会被淘汰。本文研究开发的汽车智能防撞系统可解决此类问题，该系统可安装于市面上绝大部分的汽车，具有可移植性高、成本低、可靠性高等优点，可节约大量资源成本。

本文方案还有进一步的优化空间，改善方向大致如下：

（1）加快系统的响应时间，降低刹车的距离误差;

（2）增大前置刹车系统扫描范围，减少系统盲区;

（3）增加汽车测速功能，根据不同的速度自动调节刹车的危险距离;

（4）根据汽车与障碍物之间的距离，控制汽车在一定速度范围内行驶，防止突发情况时，系统响应不及时。

参考文献

[1]鲍伟亮，张晓壮，吴轲，等.车辆防追尾预警刹车系统的设计探讨[J].农机使用与维修，2019（3）：1-3.

[2]伍森.基于XFS5152CE的CAN总线声光报警系统设计[J].电子世界，2017（11）：198-199.

[3]王文学.机动车防碰撞的自动刹车装置探讨[J].今日科苑，2011（6）：162-163.

[4]颜慧佳.基于激光测距的智慧停车管理系统研究与设计[J].激光杂志，2019，40（8）：150-154.

[5]张彬彬.基于STM32的多通道超声波测距系统设计[J].电子制作，2019（19）：84-85.

[6]薛晶晶，周旭，董宇欣，等.基于STC89C52的超声波导盲系统设计[J].物联网技术，2019，9（9）：70-73.

[7]曹晓龙.基于51单片机的按键识别实验内容设计[J].课程教育研究，2019（19）：223.

[8]解文军.也谈提高单片机按键软件可靠性的方法[N].电子报，2019-02-17（9）.

[9]徐恒梅.激光测距系统的设计研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010.

[10]董云峰，董迎霞.基于单片机的倒车雷达系统设计[J].大庆师范学院学报，2019，39（3）：47-50.