汽车碰撞报警系统报告.docx

信息技术学院汽车碰撞预警报警系统吉林师范大学设计团队：王彦飞、于亚坤、 方珊珊、宋文军、 张莹、吕富敏指导教师：王春武专业名称：电子信息工程、通信工程2019年1月14日17目录汽车碰撞预报警设计实现第一章 绪论2第二章 五大模块的介绍32.1 三轴加速度传感器32.1.1 简介32.1.2 特点32.1.3 原理32.2 GPS42.2.1基本简介42.2.2汽车导航和交通管理中的应用42.3 GPRS42.4超声波测距72.4.1基本工作原理72.4.2 HC-SR04 超声波测距实物图：82.4.3超声波时序图82.5 WT588D语音提示模块92.5.1功能描述9第三章 汽车碰撞系统设计的目的及意义103.1选择这个设计的现实意义。103.1.1系统设计的现实意义103.2 汽车碰撞报警的实现113.2.1 系统实现的功能113.2.2整体系统硬件设计113.2.3工作原理113.3 结束语12汽车碰撞预报警设计实现第一章 绪论车祸一直是人们生命财产安全的一大威胁，随着科学技术的发展，利用电子设备进行车祸预警报警成为可能。虽然以色列推出的AWS系统能对汽车碰撞做出相应预警，但由于价格昂贵，现只有在极少数高档汽车上能看到它的踪影，国内汽车上基本没有合适的碰撞预警报警系统。为解决AWS系统价格昂贵，功能相对单一的缺陷，我们结合现有的技术条件，预设计一款车载碰撞预警报警系统。该系统能够实时监测车辆与前车车距，当车距小于安全车距时，实现语音提示驾驶员减速，减少车祸的发生；该系统还能在车祸发生后，迅速准确地向公安和急救部门报告车祸位置，为车祸现场处理及伤员救治争取宝贵的时间。该系统具有集成度高、功能完善、价格低廉、方便实用等特点。该系统具有十分广阔的市场和应用前景。随着汽车工业的不断进步，行驶在道路的车辆越来越多，而现代生活的节奏加快，交通事故发生的频率额不断增加。为提高汽车运行的安全性和降低碰撞发生的可能，本设计主要是一种主动型汽车防碰撞预警报警系统。该系统将基于单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波测距和三轴加速度相结合，可检测汽车运行中前方障碍物与汽车的距离以及车速，通过数据显示装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出报警并短信提醒，要是发生车祸以后，会自动拨打报警求救电话，并且提醒车主是否报警，要是车主不进行任何终止报警的动作，该系统就报警，要是车主自动按下停止报警键，则报警取消。 其中AWS系统，由世界视频驾驶辅助系统领先企业以色列的Mobileye 公司生产，深圳市车元素实业有限公司于2009年被授权为中国区总代理，然而动辄上万的价格，以及复杂的安装调试过程使国内大多车主望而却步。美国的V2V系统虽然价格相对合理，但它只能在都安装了该系统的车辆中使用，因此必须强制地大范围的安装，这与我国的社会现实不太相符。所以优质的汽车记录仪在这个车祸频发的年代是必不可少的，我国交通系统正需要这样的电子类产品，所以汽车上安装实时报警器应该会在不久的将来得到普遍的，在国内肯定会有很好的发展。 编者2014年6月第二章 五大模块的介绍该设计共包括五个模块：三轴加速度传感器、GPS、GPRS、超声波测距、语音WT588D。2.1 三轴加速度传感器2.1.1 简介 在加速度传感器中有一种是三轴加速度传感器，同样的它是基于加速度的基本原理去实现工作的，加速度是个空间矢量，一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量;另一方面，在预先不知道物体运动方向的场合下，只有应用三轴加速度传感器来检测加速度信号。由于三轴加速度传感器也是基于重力原理的，因此用三轴加速度传感器可以实现双轴正负90度或双轴0-360度的倾角，通过校正后期精度要高于双轴加速度传感器大于测量角度为60度的情况。2.1.2 特点 三轴加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动性质，在航空航天、机器人、汽车和医学等领域得到广泛的应用。2.1.3 原理 目前的三轴加速度传感器大多采用压阻式、压电式和电容式工作原理，产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化，通过相应的放大和滤波电路进行采集。这个和普通的加速度传感器是基于同样的一个原理，所以在一定的技术上三个单轴就可以变成一个三轴。对于多数的传感器应用来看，两轴的加速度传感器已经能满足多数应用。但是有些方面的应用还是集中在三轴加速度传感器中例如在数采设备，贵重资产监测，碰撞监测，测量建筑物振动,风机,风力涡轮机和其他敏感的大型结构振动。2.2 GPS2.2.1基本简介 全球定位系统（英语：Global Positioning System，通常简称GPS），又称全球卫星定位系统，是一个中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机GPS系统拥有如下多种优点：使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性；全球覆盖（高达98%）；三维定速定时高精度；快速、省时、高效率；应用广泛、多功能；可移动定位；不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。2.2.2汽车导航和交通管理中的应用 （1）车辆跟踪 利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并可任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪运输。 （2）紧急援助 通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。2.3 GPRS无线网络通讯的一种技术，也是移动服务商提供的一种服务。2.3.1 通信技术 GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代和第三代移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。如此，使用者既可联机上网，参加视讯会议等互动传播，而且在同一个视讯网络上（VRN）的使用者，甚至可以无需通过拨号上网，而持续与网络连接。GPRS分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有一个分组头（其中的地址标志指明该分组发往何处）。数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。而是在每一个数据包到达时，根据数据报头中的信息（如目的地址），临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用。由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点，对信道带宽的需求变化较大，因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用信道资源。例如一个进行WWW浏览的用户，大部分时间处于浏览状态，而真正用于数据传送的时间只占很小比例。这种情况下若采用固定占用信道的方式，将会造成较大的资源浪费。 在GPRS系统中采用的就是分组通信技术，用户在数据通信过程并不固定占用无线信道，因此对信道资源能够更合理地应用。在GSM移动通信的发展路标中，GPRS是移动业务和分组业务相结合的第一步，也是采用GSM技术体制的第二代移动通信技术向第三代移动通信技术发展的重要里程碑。2.3.2 技术参数 串口配置：1路RS485，2路RS232。 串口数据格式：8 位数据位，1 位停止位，校验位（奇、偶、无）可设定。 波特率：300、600、1200、2400、4800、9600、19200（Bit/S）可选。 通信误码：10-6。 供电电源：10V30V DC。 功 耗：在线电流：6mA/12V； 发送电流：60mA/12V； 实时在线平均电流：10mA /12V。 附：功耗曲线图(以3分钟发送一次数据为例) 工作环境：温度：-40+85；湿度：95%。 安装方式：导轨式。 外形尺寸：DATA-6121 122x70x43mm。 DATA-6123 100x25.4x74mm。2.3.3 GPRS原理图 GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得GSM网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。图2和图3从不同的角度上给出了GPRS网络的组成示意图。GPRS其实是叠加在现有的GSM网络的另一网络，GPRS网络在原有的GSM网络的基础上增加了SGSN（服务GPRS支持节点）、GGSN（网关GPRS支持节点）等功能实体。GPRS共用现有的GSM网络的BSS系统，但要对软硬件进行相应的更新；同时GPRS和GSM网络各实体的接口必须作相应的界定；另外，移动台则要求提供对GPRS业务的支持。GPRS支持通过GGSN实现的和PSPDN的互联，接口协议可以是X.75或者是X.25，同时GPRS还支持和IP网络的直接互联。2.3.4本设计采用SIM900A（一） SIM900A介绍SIM900A模块是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS模块，采用SMT封装，基于STE的单芯片案，采用ARM926EJ-S架构,性能强大，可以内置客户应用程序。可广泛应用于车载跟踪、车队管理、无线POS、手持PDA、智能抄表与电力监控等众多方向。SIM900A模块主要特点：1 SMT封装：易于客户生产加工2 尺寸小： 24*24*3mm3 功耗低：待机模式电流低于18mA、sleep模式低于2mA4 供电范围宽：3.24.8V5 支持频段：GSM/GPRS 900/1800MHz6 语音编码：支持半速率、全速率、增强型速率支持回声抑制算法，可以 基于不同客户设备通过AT命令调节回音抑制消除。（二）SIM卡部分设计模块支持1.8/3.0V的SIM卡。SIM卡供电，根据SIM卡的类型自动选择输出电压，可以为3.0V10%或者1.8V10%，该引脚最大输出电流能力约为10mA。SIM卡部分参考设计如下图所示：SIM卡座接口推荐设计SIM部分设计注意如下：SIM_VDD：需要并100或220nF电容，以稳定电源输出，减小纹波；SIM_DATA：建议并pF级电容，防止高频干扰；SIM_RST: 建议并nF级电容，防止高频干扰；2.4超声波测距本设计采用HC-SR04 超声波测距模块，HC-SR04 超声波测距模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能， 测距精度可达高到 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。2.4.1基本工作原理(1)采用 IO 口 TRIG 触发测距，给最少 10us 的高电平信呈。(2)模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回。(3)有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2。2.4.2 HC-SR04 超声波测距实物图：如图一接线，VCC 供 5V电源， GND 为地线，TRIG 触 发 控 制 信 号 输入，ECHO 回响信号输出等四个接口端。2.4.3超声波时序图以上时序图表明你只需要提供一个 10uS 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出 8 个 40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式：uS/58=厘米或者 uS/148=英寸；或是：距离=高电平时间*声速（340M/S）/2；建议测量周期为 60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响。2.5 WT588D语音提示模块2.5.1功能描述WT588D 语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。WT588D 让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足于取代复杂的外围控制电路。配套 WT588D VoiceChip 上位机操作软件可随意更换 WT588D 语音单片机芯片的任何一种控制模式，把信息下载到 SPI-Flash 上即可。软件操作方式简洁易懂，撮合了语音组合技术，大大减少了语音编辑的时间。完全支持在线下载，即便是 WT588D 通电的情况下，一样可以通过下载器给关联的 SPI-Flash 下载信息，给 WT588D语音芯片电路复位一下，就能更新到刚下载进来的控制模式。按键控制模式 触发方式灵活 ， 可随意设置任意按键为脉冲可重复触发 、 脉冲不可重复触发 、无效按键 、电平保持不可循环 、电平保持可循环 、电平非保持可循环 、上一曲不循环 、下一曲不循环 、上一曲可循环 、下一曲可循环 、音量+ 、音量 - 、播放 /暂停、停止、播放 /停止等 15 种触发方式； 一线串口控制模式及三线串口控制模式 可通过 MC U 发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发 0 219 地址位的任意语音。支持插入静音模式，插入静音不占用 SPI-Flash 内存的容量，一个地址位可插入 10ms25min 的静音； MP3 控制模式下，完全迎合市场上 MP3 的播放/暂停、停止、上一曲、下一曲、音量+、音量-等功能； 按键控制模式下触发方式灵活，可随意设置任意按键为脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、无效按键、电保持不可循环、电平保持可循环、电平非保持可循环、上一曲不循环、下一曲不循环、上一曲可循环、下一曲可循环、音量+、音量-、播放/暂停、停止、播放/停止等 15 种触发方式，最多可用 10 个按键触发控制输出；38 按键组合控制模式下能以脉冲可重复触发的方式触发 24 个地址位语音，所触发地址位语音可在 0219 之间设置； 并口控制模式可用 8 个控制端口进行控制，仅限于 WT588D-32L、WTW-28P； 一线串口控制模式可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发 0219 地址位的任意语音，发码速度 600us2000us；三线串口控制模式和三线串口控制控制端口扩展输出模式之间可通过发码切换，三线串口控制模式下，能控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发 0219 地址位的任意语音，三线串口控制控制端口扩展输出可以扩展输出 8 位，在两种模式下切换，能让上一个模式的最后一种状态保持着进入下一个模式。PWM 和 DAC 输出方式，PWM 输出可直接推动 0.5W/8的扬声器，DAC 输出外接功放，音质好。应用范围广，几乎可以涉及到所有的语音场所，如报站器、报警器、提醒器、闹钟、学习机、智能家电、治疗仪、电子玩具、电讯、倒车雷达以及各种自动控制装置等场所，工艺上达到工业应用的要求。 第三章 汽车碰撞系统设计的目的及意义3.1选择这个设计的现实意义。3.1.1系统设计的现实意义随着城市交通行业的高速发展，机动车作为现代社会的一种重要的交通工具，愈来愈显示出强大的生命力。随着国民经济的快速增长，使得公路运输业蓬勃发展，机动车的数量也在不断增长，这必然导致城市交通拥挤状况日益严重。全国的公路交通重大、特大肇事案例足以说明这一问题的严重性。官方统计数据是：在过去三年中交通事故死亡人数每年约6万多。在2009年，共有67，759导致死亡的道路交通事故；2010年道路交通事故造成死亡人数为65，225人；2011年交通事故造成死亡人数是62，387人。看到这个可怕的数字不禁让我们感到害怕，80%以上的车祸是由驾驶员反应不及时引起的追尾碰撞、侧面相撞。对各类交通事故的研究表明：若驾驶员能够提早1S意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。所以我们得想办法来降低危险系数，车祸已然发生，我们要是抢救及时的话，死亡人数会大大的减少，所以及时的车祸报警变的必不可少了。目前，国内汽车行驶记录仪仅停留在作车速记录仪的低水平上，且尚无实时检测、记录车辆纵向和横向运动加(减)速度的产品，也无达到新标准关于存储数据量和数据通讯要求的产品;因此，此类产品市场潜力还是比较大的。随着微电子技术和计算机技术的发展，汽车行驶记录仪的功能已经远远超过单纯事故记录的功能，从发展的趋势来看，汽车行驶记录仪势必将与汽车其它电子系统（如GPS定位、通讯、报警、测重、测温、故障诊断等）相结合，向大容量、模块化、系统化、数据无线传输和数据集成处理的方向发展。最终使它成为确保现代道路交通运输安全和高效物流动态营运管理的不可或缺的记录处理、显示和数据传送的综合装置，也必将成为智能交通系统（ITS）的重要组成部分。日本计划于2015年前投入500亿美元用于发展全国的ITS 系统，美国以及德国等欧洲国家在ITS领域的投入也都有相当大的规模。我国的ITS系统尚属起步阶段，但北京、上海、武汉和广州等大城市都已经把ITS的建设提到议事日程上来，对城市未来的ITS进行了构想，并有了发展规划。这一趋势，必然为汽车行驶记录仪的发展与应用提供广阔的空间。 为了使得我国的科技水平能走在世界的前列，所以简单的汽车行驶记录仪根本满足不了大家的要求，扩展更多强大功能还需我们的研究和开发，就像美国一样，把军用的也同样能够普及到民用上来，为国人带来方便。智能交通系统（ITS）是将先进的信息技术、通讯技术、传感技术、控制技术以及计算机技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合的运输和管理系统。3.2 汽车碰撞报警的实现本设计采用了一种基于STM32单片机的车载碰撞预警报警系统的设计方法，该系统能够弥补国内在辆碰撞预警和车祸报警系统方面的空白，是尤其适合应用到低档轿车上的一款性能稳定可靠、价格合理、经济实用的辅助驾驶系统。3.2.1 系统实现的功能当该系统启动时，系统能实时检测该车与前车车距，当车距小于安全距离时，通过语音模块对驾驶员作出减速提示；当检测到车祸发生后，能通过GPS模块准确获取当前车辆位置信息，并通过GPRS模块向公安和医疗部门报警；能在自动报警前向驾驶员作出语音提示，并可实现驾驶员手动终止报警，避免误报警。3.2.2整体系统硬件设计图1 在该系统中，超声波测距实现对车距的精确测量，为对驾驶员作出预警提供准确依据；碰撞检测模块用于及时探测车辆碰撞信息；语音提示模块用于对驾驶员做出减速提示，以及在车祸发生后