摘 要

随着汽车人均持有量的增多，各种交通事故也是频繁发生，汽车行驶过程中的安全问题是国内外各大企业、生产单位、科研机构研究的热点。近年来，通信技术、互联网技术以及智能制造技术的快速发展，影响着汽车发展的格局，使其更加的智能化。智能汽车作为未来车辆的发展趋势，同时也是多学科领域交叉发展的产物，其安全控制系统更是未来实际设计与生产中的第一考虑要素。

本文基于labview图形化编程设计一个智能汽车安全系统，建立信号采集模型，针对汽车行驶过程中的路况，对车辆自身参数以及周围坏境情况进行实时监测，利用labview虚拟仪器平台完成仿真的设计。

本系统研究的主要内容包括硬件以及软件两个方面的设计，在硬件部分，将传感器传输的信号通过调理设备给数据采集卡进行采集、分析、处理，这是本系统的一个关键，系统硬件的选型包括：用于测量汽车加速度的加速度传感器、用于测量车内环境的温湿度传感器、用于测试车速和位移的GPS车速传感器、用于进行声音、视频采集的拾音器和监控设备以及多通道的数据采集卡等设备。在软件部分以labview虚拟仪器开发平台完成系统程序的编写，程序设计的内容包括前面板和程序框图两个部分，其中前面板的设计包括用户登录界面、参数显示界面以及控制界面，各个界面之间能够进行切换、可以实现汽车行驶实时参数、动态的监测过程。程序框图的设计主要实现系统的登录管理、对各个传感器传输的信号通过CAN总线传输给数据采集卡进而给上位机软件进行运算、处理、判断、发出指令来保证行车的安全。

关键词：智能汽车；labview数据采集；传感器；仿真分析；安全系统

Abstract

With the increase in the per-capita car ownership, various traffic accidents also occur frequently, and safety issues in the process of car driving are hot spots for research by major domestic and foreign enterprises, production units, and scientific research institutions. In recent years, the rapid development of communication technology, Internet technology and intelligent manufacturing technology has affected the pattern of automobile development, making it more intelligent. As the development trend of vehicles in the future, smart cars are also the product of the cross-disciplinary development of multi-disciplinary fields，Its safety control system is the first consideration in the actual design and production in the future.

This paper designs a smart car safety system based on labview graphical programming, establishes a signal acquisition model, monitors the vehicle's own parameters and the surrounding environment in real time according to the road conditions of the car, and uses the labview virtual instrument platform to complete the simulation design.

The main content of this system research includes the design of hardware and software. In the hardware part, the signal transmitted by the sensor is collected, analyzed, and processed by the conditioning equipment to the data acquisition card. This is a key to this system. Selection includes: acceleration sensor for measuring the acceleration of the car, temperature and humidity sensor for measuring the environment in the car, GPS vehicle speed sensor for testing the speed and displacement of the vehicle, and Microphone and monitoring equipment for sound and video collection, multi-channel data acquisition card and other equipment. In the software part, the system program is written with the labview virtual instrument development platform. The content of the program design includes the front panel and the program block diagram. The design of the front panel includes the user login interface, parameter display interface and control interface. It can be switched to realize real-time driving parameters and dynamic monitoring process. The design of the program block diagram mainly realizes the login management of the system, the signals transmitted to each sensor are transmitted to the data acquisition card through the CAN bus and then the upper computer software is operated, processed, judged, and issued instructions to ensure the safety of driving.

Keywords: smart car; labview data acquisition; sensors; simulation analysis; safetys

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 本课题研究的背景 1

1.2 本课题研究的意义及目的 2

1.3 国内外智能汽车安全系统研究现状 3

1.3.1 国外研究现状 3

1.3.2 国内研究现状 4

1.4 本设计研究的主要内容 6

第二章 智能汽车安全系统总体结构 7

2.1 安全系统的需求分析 7

2.2 整体设计流程 8

2.3 虚拟仪器及其软件开发平台 9

2.3.1 虚拟仪器的简介 9

2.3.2 虚拟仪器labview的应用领域 11

2.3.3 labview程序的设计规范 11

第三章 智能汽车安全系统硬件设计 13

3.1 硬件系统设计原则 13

3.2 硬件系统的总体布局 14

3.3 各硬件模块的选型与设计 15

3.3.1 传感器模块 15

3.3.2 声音和视频采集模块 16

3.3.3 数据采集设备模块 16

3.4 USBCAN-4E-U工作原理过程 16

3.4.1 CAN总线协议 17

3.4.2 CAN总线信号解析方案 17

第四章 智能汽车安全系统软件设计 18

4.1 系统软件程序需求分析 18

4.2 系统软件设计流程 19

4.3 系统软件核心模块设计 20

4.3.1 系统登录模块 20

4.3.2 汽车运动参数显示模块 21

4.3.3 参数调控程序设计 26

4.4.4 声音采集与类别分析程序设计 26

4.4.5 车辆四周图像监控程序设计 27

第五章 总结与拓展 29

5.1 智能汽车安全系统的总结 29

5.2 智能汽车安全系统的拓展 29

5.3 收获与心得 30

参考文献 31

致 谢 32

第一章 绪论

1.1 本课题研究的背景

近年来，社会的进步和科学技术的飞速发展影响着人们的日常生活，出行方式也发生了巨大的变化，其中，汽车作为出行的交通工具也深入到千家万户之中，人均持有量也是日益增长，无论是家乡的回程还是远方的旅行，汽车作为代步的工具都占有一席之地。因此，对汽车相关方面的研究也从未停止过探索的步伐，其中对于新能源车和智能车辆的研究也是国内外各大企业、汽车机构等关注的热点。按照三口之家合计计算，在我国平均每两户居民家庭就拥有一台汽车，下图展示了近五年中国新能源汽车的保有量的增长变化情况^[1]。

图1.1 新能源汽车近五年保有量变化图表

由上述统计我们可以看出，新能源汽车每年的保有量都在增加，这也是未来汽车发展的方向，但随着车辆基数的增多，带来的是交通事故的频繁出现，事故发生的原因大多数与驾驶员不规则驾驶有非常紧密的关联，包括酒后驾驶、疲劳驾驶以及在驾驶过程中注意力不集中等，从而就会引起重大交通事故，导致车毁人亡^[2]。因此，无论是将来智能化发展趋势的新能源汽车还是已有的传统汽车，需要考虑的第一个要素就是汽车在行驶过程中的安全问题，保证实时行车过程的安全，才能保障生命安全和避免财产的损失。

1.2 本课题研究的意义及目的

伴随着微处理技术、通信技术、智能技术以及传感器技术的快速发展，市场所需要的各类产品都呈现出智能化发展的趋势，汽车作为这些新技术相互集成、相互应用的最佳载体之一，同时也在快速、科学的想智能化转型，也逐步发展成为国内外汽车产业的战略方向和竞争的焦点。智能化汽车在研究和发展的同时，其各类安全问题对于汽车产业是需要面临和探索的，在人-车-路-云一体化的背景下，各大汽车生产商、知名互联网公司也迈进智能车辆安全驾驶的研究里，其中特斯拉、百度、Google等公司研发的智能汽车已经能够应对各种路况和驾驶中的突发情况^[3]。但在更复杂的路况中，智能车辆还没有表现出驾驶员那样快速、正确的判断与决策，在这方面的技术依旧还处于探索阶段。

在未来的智能交通系统中，更具智能化的新能源汽车将会是重要且不可或缺的组成部分。经济飞速发展的同时，每家每户基本上都用了一辆家庭汽车，在车辆增多的同时，安全事故的发生也随之而来，这给国家和社会带来巨大的损失。