摘 要

随着经济的高速发展，汽车保有量大大增加，然而随之带来的问题就是交通事故的发生也越来越频繁，如何降低或避免交通事故的发生也成为了一个值得思考和钻研的问题。而在众多交通事故中，行人或电动车横穿马路导致汽车躲闪不及、前车突然刹车导致追尾、夜晚光线较弱导致驾驶员无法及时发现前方障碍物、驾驶员疲劳驾驶这四类更是占据了其中的一大部分。虽说如今的汽车以标配有安全气囊、安全带、ABS制动防抱死系统等设施来力图将交通事故对人员造成的伤害降到最低，但这些技术都作用在事故发生后，并不能避免碰撞。因此，如何避免碰撞的发生或是把碰撞的严重性尽可能降低就成为了近年来车企、高校、研究所研究的热点。沃尔沃、本田等公司已经在这一方面本文取得了一定的研究成果，并逐步开始在民用车中应用。

本文旨在设计一个车辆防撞系统，通过车辆测距、自动减速等一系列操作，尽可能的避免交通事故的发生。

本文重点论述了基于51单片机的车辆防撞系统中的软件和硬件设计，并对构建该车辆防撞系统硬件平台的重要部件如STC89C52芯片、HC-SR04超声波模块、LCD1602液晶显示、直流减速电机和L293D电机驱动模块、蜂鸣器报警模块进行了着重的阐述，分别介绍了这些硬件的工作原理、工作条件、引脚功能等，在软件部分以流程图的形式清晰的将程序的编写思路进行展示，并对重要的代码进行了较为详细的备注，以便阅读和检查。

之后结合实际路况与模型的工作环境，按1:3的比例设定了二级预警机制的距离及报警方式，在据障碍物或前车1.8m时（实际距离5.4m）时进行第一次减速，减速幅度为80%，第一次报警提醒驾驶者；在据障碍物或前车1.2m时（实际距离3.6m）时进行第二次减速，减速幅度为40%，第二次报警提醒驾驶者；在据障碍物或前车0.3m时（实际距离0.9m）时进行刹车。在据在保证安全性的同时尽可能保证驾驶员及乘客乘坐车辆的舒适性。

最后分模块对整个系统的功能进行了测试，并分析了误差产生的原因和部分模块使用环境的局限性，提出了改进方案，为进一步完善车辆防撞系统提供了具有可行性的方向。

本次设计在借鉴以问世技术的基础上，着重考虑了如何利用传感器及嵌入式技术，利用汽车相关系统的自动判断，辅助或提醒驾驶员处置即将出现的危险，尽可能降低交通安全事故发生的概率。若换用精度更高、适用环境更广的激光雷达、照相机等应用于民用车上，再配合以性能更好的中央处理器，相信可以在实际生活中有一定的应用。

关键词：车辆防撞 测距 PWM调速 超声波

Abstract

With the rapid development of economy, the number of cars has increased greatly. However, the problem brought about by it is that the occurrence of traffic accidents has become more and more frequent. How to reduce or avoid traffic accidents has also become a problem worth thinking about and studying. The majority of traffic safety accidents occur in the following four categories: pedestrians or electric vehicles crossing the road collision; Rear-end collision caused by sudden braking of the vehicle in front; Because the night cannot see clearly, so the driver cannot detect obstacles in time; Fatigue driving. Therefore, how to avoid the collision or reduce the severity of the collision as far as possible has become a hot topic in recent years for automobile enterprises, universities and research institutes.

The objective of this paper is to design a vehicle collision prevention system, through vehicle ranging, automatic deceleration and a series of operations, as far as possible to avoid the occurrence of traffic accidents.

This paper mainly discusses the vehicle collision avoidance system based on 51 single chip microcomputer in the design of hardware and software, and for the construction of the vehicle collision avoidance system is an important part of a hardware platform such as STC89C52 chip, HC - SR04 ultrasonic module, LCD1602 LCD display, dc gear motor, and L293D motor driver module, a buzzer alarm module are emphatically described, respectively, this paper introduces the working principle of the hardware, working conditions, pin function, etc., in the software part in the form of a flowchart clear to show the writing ideas for program, and has carried on the detailed note to important code, For reading and checking.

Finally, the function of the whole system is tested by modules, and the causes of errors and the limitations of some modules are analyzed. The improvement scheme is proposed, which provides a feasible direction for further improving the anti-collision system of the vehicle.

Based on the emerging technology, this design focuses on how to use sensors and embedded technology, automatic judgment of auto-related systems, assist or remind drivers to deal with imminent dangers, and reduce the probability of traffic safety accidents as much as possible. If the laser radar and camera with higher precision and wider application environment are used in civil vehicles, and then the CPU with better performance, it is believed that they can be used in real life.

Keywords：Vehicle collision avoidance ranging PWM speed regulation ultrasonic

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 3

1.3.1 研究内容及目标 3

1.3.2 拟采用的技术方案及措施 3

第二章 设计方案的比较与选择 5

2.1 设计方案的比较 5

2.1.1 传感器的比较和选定 5

2.1.2 电机的比较和选定 6

2.2 整体方案设计 6

第三章 硬件方案的设计 7

3.1 测距功能设计 8

3.1.1 超声波测距的原理 8

3.1.2 HC-SR04超声波模块的基本信息 8

3.1.3 HC-SR04超声波模块的引脚功能 9

3.1.4 超声波模块的测距原理与流程 10

3.2 距离显示单元的设计 11

3.2.1 主要技术参数 11

3.2.2 接口信号说明 11

3.2.3 原理图 12

3.3 电机及驱动的硬件设计 12

3.3.1 电机的选择 12

3.3.2 电机驱动的设计 12

3.4 报警电路的硬件设计 14

3.4.1 电磁式蜂鸣器驱动原理 15

3.5 电源供电部分的硬件设计 15

第四章 车辆防撞系统的软件设计 16

4.1 车辆启动部分的软件设计 16

4.2 超声波测距部分的软件设计 16

4.3 电机转速控制部分的软件设计 17

4.4 声音报警部分的软件设计 18

4.5 整体结构的软件设计 19

第五章 系统的实现与测试 21

5.1 实物设计 21

5.2 系统功能的测试与验证 21

5.2.1 超声波传感器测距功能的测试 21

5.2.2 电机控制与蜂鸣器报警部分的测试 22

第六章 结论 24

6.1 工作总结 24

6.2 设计中存在的不足与反思 24

致谢 26

参考文献 27

附录 28

第一章 绪论

研究的背景及意义

车辆行驶安全向来备受人们关注。随着经济水平的提高、汽车产业的快速发展，机动车数量的迅速增加也导致了交通事故数量的增加。据统计，在2018年底这一时间点，我国国内的民用汽车的数量已经达到了2.4亿辆，相比2017年底增长了足足10.5%。包括广州、成都、南京在内的66个城市的汽车保有量超过100万辆。据估计，目前中国每千人拥有179辆汽车，超过了世界平均值的170辆。全国汽车数量的快速增长是因交通事故导致死亡的人数逐年增加的一个十分重要原因，据统计，2017年全国发生的交通事故有203049起，造成的死亡人数为63772人，造成直接财产损失为121311.3万元^[4]。生命的损失成本无法估算，汽车损坏的成本也对投资产生负面影响。

造成道路交通事故发生的原因有很多，既有诸如汽车故障、能见度低、路况拥堵、路面杂物等客观因素，也有因驾驶员走神、疲劳驾驶或行人横穿马路等主观因素。根据数据统计显示，75%以上的交通事故都是由主观因素引起的。在大多数情况下，驾驶员因疲劳驾驶、走神或视角盲区而无法注意到障碍物的存在，等注意到时已然来不及做出刹车动作。