摘 要

车辆的防碰撞问题是影响乘客生命安全的关键问题，也是目前研究热点问题。本文研究的是一种基于51单片机的车辆防碰撞系统，主要由STC89C52单片机，红外距离传感器，蓝牙通信模块，直流电机驱动系统以及智能小车车体构成。系统能通过蓝牙通信模块接受行进指令，且在行进过程中自动检测障碍物，并通过车辆运动学分析设计合理的避障轨迹，并控制车辆合理避障。

本文的主要研究内容如下：（1）基于已有车体结构，提出了控制系统构成，并搭建了有效的实验平台；（2）针对红外距离传感器的性能特点，提出了障碍物检测传感器布置方案，并基于该方案设计了测量模型，实验证明，该模型能有效检测障碍物；（3）设计了控制系统硬件平台，并完成了硬件电路的调试与性能测试；（4）根据车辆运动学规律，设计了避障控制轨迹，并编写了Keli C平台下的控制软件代码，能实现车辆的有效避障。

实验结果表明，基于51单片机的车辆控制系统，能准确识别障碍物，并通过对前方障碍物的方位的判断，结合自身运动学特性做出反应：（1）安全距离足够，则继续运行；（2）安全距离内报警，并进行减速、转向运动，有效执行避障动作。本文的研究能有效避免车辆与障碍物之间的碰撞，对于提高车辆行驶安全，保障乘客生命财产安全具备一定的意义。

关键词：51单片机、障碍物检测、避障、智能控制。

Abstract

The anti-collision problem of the vehicle is a key problem affecting the safety of passengers, and it is also a hot issue. In this paper, a vehicle based on 51 single-chip anti-collision system, mainly by the AT89C52 microcontroller, infrared distance sensor, Bluetooth communication module, DC motor drive system and intelligent car body composition. The system can receive the driving instruction through the Bluetooth communication module, and automatically detect the obstacle during the course of the process, and through the vehicle kinematics analysis to design a reasonable obstacle avoidance trajectory, and control the vehicle reasonable obstacle avoidance.

This paper mainly about: (1) Based on the vehicle body, the control system is put forward and built an effective experimental platform. (2) According to the characteristics of the infrared distance sensor, the scheme of the obstacle detection sensor is put forward, and the measurement model is designed based on the scheme. The experiment proves that the model can effectively check the obstacle. (3) Design the hardware platform of the control system and complete the debugging and performance test of the hardware circuit. (4) According to the law of the kinematics of the vehicle, the model can be used to check the obstacle. The design of the obstacle avoidance control trajectory, and the preparation of the Keli C platform under the control software code, can achieve the effective obstacle to the vehicle.

The experimental results show that the vehicle control system based on 51 single-chip microcomputer can accurately identify the obstacle and react with the direction of the obstacle in front, and combine with its own kinematic characteristics: (1) the safe distance is enough. (2) within the safe distance alarm, and slow down, steering movement, the effective implementation of obstacle avoidance action. The research of this paper can effectively avoid the collision between vehicle and obstacle, which is of great significance to improve the safety of vehicle and ensure the safety of life and property of passengers.

Key Words: 51 single-chip, distance sensor, obstacle, smart control.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状分析 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

第2章 整体设计方案 4

2.1 设计基本内容与目标 4

2.2 总体技术方案 4

2.3 具体方案选择 5

2.3.1 小车模型选择 5

2.3.2 电机驱动模块选择 6

2.3.3 电源模块选择 7

2.3.4 距离传感器选择 7

2.3.5 显示报警方式 10

第3章 车辆防碰撞系统硬件部分设计 11

3.1 电机参数 11

3.2 主控电路设计 11

3.2.1 STC89C52单片机 11

3.2.2 单片机最小系统构成 13

3.2.3 数据下载模块 14

3.3 电机驱动模块 15

3.4 红外距离传感器 16

3.5 蓝牙模块 18

3.6 小车机械结构 19

第4章 车辆防碰撞系统软件部分设计 21

4.1 电机驱动L298N部分 21

4.2 脉宽调速部分 22

4.3 避障情况判断部分 23

4.5 蓝牙通信模块 25

第5章 系统调试与实验 27

5.1 小车避障轨迹设计 27

5.2 有效的预警距离计算 28

5.3 避障性能实验 29

5.4 调试中遇到的问题及解决方案 30

第6章 结论 32

6.1 全文总结 32

6.2 系统存在的缺陷与不足 32

参考文献 34

致谢 36

附录 37

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

当前车辆普及的程度越来越高了，但是，在车辆的普及大众的背后却也是带来了一连串的问题，堵车问题，或者是更严重的交通事故，都给人们的人身财产安全带来了巨大的损失。据统计，我国每年发生的交通事故每年都在逐步增加，平均每年达到60万起，死亡人数超过10万人，我国每年丧生在各种各样交通事故中的人在全世界的排名一直居高不下。根据中国国家统计局最新数据显示，2015年全国交通事故总数为187781起，由于交通事故身亡的人数为58022人，受伤人数为199880人，造成的直接财产损失为103692万元。其中，因为车辆碰撞所造成的交通事故就有129155起。因为汽车交通事故死亡人数达到42388，受伤的人数为132925，造成的直接财产损失为89518万元^[1]。交通事故的发生对整个社会的人身安全财产安全造成巨大的损害，已经成为现代社会最大的灾害了。

分析各类交通事故发生，往往是驾驶员自身出现了问题，或者是客观的环境因素决定的。经过专家研究结果表明，在所有发生的交通事故中，有80%的交通事故是因为驾驶员反应不及时，不能对突发情况做出及时的判断而造成的^[2]。因此要减少交通事故的发生单纯对汽车的被动安全系统做加强是完全不够的，如果能在汽车的主动安全系统上面多下功夫，能让驾驶员提早发现前方的突发障碍物，或者车辆对障碍物有一个初步的避开趋势为驾驶员提供足够的反应时间。研究车载自动避障系统是很有必要，这样能避免很多交通意外的出现。如果我们在汽车中设计防碰撞系统，在前方有障碍物的时候对驾驶员发出警告的信号，这样的警告信号能使得驾驶员提早对突发情况有一个初步的了解。车辆防碰撞系统还能够对障碍物的距离进行分析并进行对前方障碍的避让，这样能使驾驶员对突发情况的出现有更好的处理，不会因为发现情况的时候已经来不及处理突发情况而发生交通事故。但是，当下汽车自动避障系统却没有在大众中得到广泛应用，防碰撞系统有着不少的技术难题，因此研究出低成本，可靠性高的系统就很有必要了。

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 国外研究现状

对于智能汽车的研究，由于国外汽车产业的开始较为之早，智能汽车的概率也是上世纪欧美等发达国家提出的。智能汽车一般都具备环境感知，规划行驶决策，辅助驾驶等功能于自身的一体化智能系统，智能汽车的设计中往往运用到计算机计算，现代传感器技术，信息融合，数据通讯，先进智能技术以及控制工程理论等技术，是典型的高新技术综合体。早在19世纪60年代，以德国，美国，日本为代表的发达国家便开始对车载防碰撞系统进行研究，并取得重大的成果，但是由于当时的硬件有所限制并没有使得防碰撞系统普及。1986年，由德国奔驰公司发起的“普罗米修斯”计划，开始研究雷达防碰撞，当时的系统在汽车领域中取得巨大的发展。到了上世纪的90年代，日本汽车生产商不甘落后于德国，纷纷参与到ASV计划当中。而相对在这方面研究较为落后的美国，随着近年对该方向研究的投入，取得的成果已经超过了大部分的发达国家,最著名的是福特公司的防碰撞系统，能同时追踪近20个目标，但由于其误报率较高以及成本昂贵而没有广泛运用^[3]。

在2000年开始世界上的大部分汽车厂商开始对智能汽车进行深入研究。2000年，日本丰田公司研发出第一款自动驾驶公共汽车，该公共汽车的自动驾驶是通过在车身中的磁力传感器，与埋在指定路线的永久磁石线进行驾驶方向的指向，实现自动驾驶的方向与速度的控制。2005年，美国通用汽车公司推出了车辆和车辆之间的信息交换系统^[4]。该系统使用GPS定位系统来定位机动车辆，以提醒司机是否存在视线外的盲点以避免发生碰撞。2009年，谷歌公司的 Google X 实验室研发中的智能自驾驶汽车，驾驶者不进行操作就能启动、前进以及停车。谷歌智能汽车主要通过摄像机的图像处理，雷达传感器和激光测距传感器，对汽车周围的车辆与障碍物进行检查，从而发现汽车附件的车辆。并结合谷歌地图强大的GPS功能对车身周围的路况进行检测，实现智能汽车的防碰撞。