王虎　楊啟正

摘 要：設(shè)計(jì)了一種以STM32微控制器為核心的汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)。從STM32微控制器模塊、紅外線發(fā)射模塊、紅外線接收模塊等方面描述該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并且分析了系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)具有實(shí)用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：STM32微控制器;防撞;紅外線

1 引言

近年來(lái)，隨著電子工業(yè)與智能制造的快速發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)發(fā)展迅猛，智能化水平越來(lái)越高。汽車(chē)的安全設(shè)計(jì)問(wèn)題一直都備受消費(fèi)者的關(guān)注，因此，汽車(chē)智能防撞系統(tǒng)成為汽車(chē)制造企業(yè)研究的重點(diǎn)。造成交通事故的原因有很多，客觀方面有天氣惡劣、道路環(huán)境等影響，而主觀方面有疲勞駕駛、車(chē)距的錯(cuò)判、強(qiáng)行超車(chē)等等。為了減少交通事故，智能防撞報(bào)警系統(tǒng)在汽車(chē)當(dāng)中的應(yīng)用勢(shì)在必行。

本文所研究的汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)是根據(jù)紅外線測(cè)距的基本原理，通過(guò)發(fā)射波與反射波的時(shí)間隔來(lái)判斷目標(biāo)物的距離，當(dāng)汽車(chē)與目標(biāo)物的距離小于警戒距離和危險(xiǎn)距離時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出不同的信號(hào)，從而提醒司機(jī)做出不同的反應(yīng)。

2 汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：STM32微控制器模塊、紅外線測(cè)距模塊、時(shí)間比例放大電路、顯示模塊、聲光報(bào)警電路、時(shí)鐘電路等。汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由STM32微控制器產(chǎn)生PWM（脈寬調(diào)制）脈沖信號(hào)。同時(shí)為了增大紅外線在遠(yuǎn)程發(fā)射時(shí)的功率，在紅外線發(fā)射端，采用MOSFET驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)紅外線遇到障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，并由紅外光電二極管接收反射回來(lái)的紅外線脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)紅外線接收電路處理后輸入到STM32控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。當(dāng)汽車(chē)與障礙物的距離等于或小于設(shè)定的警戒距離時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警;當(dāng)汽車(chē)與障礙物的距離等于或小于危險(xiǎn)距離時(shí)則啟動(dòng)自動(dòng)剎車(chē)裝置。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 STM32微控制器模塊

STM32F103x系列采用的是32位高性能ARM Cortex-M3處理器，內(nèi)置高達(dá)20KB的SRAM以及128KB的FLASH，具有豐富的增強(qiáng)型I/O端口，內(nèi)部集成了大量的主流外設(shè)部件，如獨(dú)立看門(mén)狗（IWDG）、窗口看門(mén)狗（WWDG）、USB、串行外設(shè)接口（SPI）、I2C接口、控制器局域網(wǎng)（bxCAN）、通用同步異步收發(fā)器（USART）、通用定時(shí)器、PWM定時(shí)器、ADC等等。豐富的內(nèi)部外設(shè)資源，使得STM32F103微控制器大量應(yīng)用于不同領(lǐng)域：汽車(chē)電子領(lǐng)域、智能儀表、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制、家用電器等。

3.2 紅外發(fā)射模塊

紅外線發(fā)射電路的主要組成部分有：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器SN74LS221、驅(qū)動(dòng)器EL7104、紅外線發(fā)射管SPL-LL90-3等。通過(guò)STM32微控制器產(chǎn)生PWM（脈寬調(diào)制）脈沖信號(hào)，作為芯片SN74LS221的輸入信號(hào)，并通過(guò)調(diào)整電阻R1和電容C3的值，使芯片SN74LS221的輸出端產(chǎn)生脈寬為40ns，頻率為25kHz的脈沖信號(hào)。紅外線發(fā)射電路模塊如圖2所示。

3.3 紅外接收模塊

紅外接收電路的工作原理：反射回來(lái)的紅外信號(hào)由光電二極管AD500-8進(jìn)行接收，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于該信號(hào)比較微弱，需要通過(guò)前置放大電路進(jìn)行一級(jí)放大。放大后的信號(hào)常常包含有噪聲干擾信號(hào)，由放大器OP07中的帶通濾波器進(jìn)行濾波去噪。濾波處理后的信號(hào)不直接輸入STM32處理器，還需要通過(guò)比較器LM339進(jìn)行處理，以提高信噪比。紅外接收電路模塊如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)流程圖如圖4所示，系統(tǒng)的具體工作過(guò)程如下：當(dāng)系統(tǒng)上電，首先進(jìn)行初始化處理，然后由紅外發(fā)射模塊發(fā)出紅外線，如果在一定范圍內(nèi)沒(méi)有障礙，紅外發(fā)射模塊將持續(xù)發(fā)射紅外信號(hào);當(dāng)紅外信號(hào)遇到障礙時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射，由紅外接收模塊接收，通過(guò)計(jì)算紅外信號(hào)往返的時(shí)間，可得到障礙物的距離，并進(jìn)行顯示;當(dāng)障礙物的距離小于設(shè)定的危險(xiǎn)距離時(shí)，將觸發(fā)聲光報(bào)警電路。

5 汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)性能評(píng)測(cè)

為了驗(yàn)證該汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)的可行性與實(shí)用性，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試。由于車(chē)輛在行駛當(dāng)中與障礙物之間的距離是不斷變化的，因此進(jìn)行測(cè)試時(shí)需要選取多個(gè)位置的障礙物進(jìn)行測(cè)距。在測(cè)試的過(guò)程中選取了8個(gè)位置作為障礙點(diǎn)，并分別設(shè)置了0.1M、0.5M兩個(gè)危險(xiǎn)距離。在測(cè)試汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)小車(chē)以不同的速度靠近障礙物，分別記錄小車(chē)與障礙物的距離，并記錄成表1。

測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)在不同的位置上，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際距離誤差較小，探測(cè)靈敏度較高，并且當(dāng)小車(chē)與障礙物的距離小于危險(xiǎn)距離時(shí)能快速的啟動(dòng)聲光報(bào)警裝置，滿足了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳高等學(xué)校科研項(xiàng)目（17C0592）。

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