基于磁铁系统的经济型主动式汽车防追尾装置设计

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摘 要：通过对高速公路追尾碰撞事故原因的分析，提出了通过固定于车身头部与尾部的强磁铁产生磁场，使前后两车之间通过排斥力减缓冲力，避免汽车追尾的原理，确定了汽车防追尾系统的设计方案。整个系统由单片机为控制核心，设计了由测距模块、驱动控制模块、人机接口和磁铁模块等组成的汽车防追尾系统设计。程序用汇编语言进行编程，而且指令执行也更简单快速。

关键词：单片机；强磁铁；经济型；防追尾

引言

高速公路交通系统在我国的兴起，正改变着我国陆上交通的格局。然而近年来，道路交通安全形势越来越严峻，交通事故给家庭、集体和国家都带来了巨大的损失，已成为世界性的严重问题。这其中自高速公路投入使用以来，事故频发，已严重影响人们对使用高速公路的信心，据有关统计资料表明，在众多的高速公路交通事故中，追尾碰撞引起的事故占最多数，特别是夜间长时间驾驶会导致司机判断力失常，后方车辆司机只是根据前方车辆的尾灯来判断它的存在，忽略了对于与前方车辆应保持的安全距离。而这时车速往往很快，只要前方车辆稍微出现减速或刹车的情况，后面的车辆已来不及反应，就会酿成严重的追尾事故。大雾天气也可能诱发追尾事故。很明显，如果能够有效地控制追尾事故的发生，那么将大大改善现今的交通状况，减少伤亡，同时，也给公安交通工作带来极大的便利！因此开发一种实用经济的主动型防追尾安全装置具有十分重要的现实意义。

1 系统构成

系统主要有测距模块、驱动控制模块、人机接口和磁铁模块等组成，系统框图如图1所示：在系统中，最主要的就是两车之间的相对距离，因此，一般情况下在汽车防撞将两车之间的距离作为检测的主要对象。

图1 系统框图

2 硬件设计

本设计着力从经济型、家庭普及适用性角度，具有自动行车安全距离检测（30～50m）、防碰撞防追尾自动警示等实用功能的防撞主动防追尾电子装置。

汽车主动式防撞装置实际上是一个单片机系统，主要包括单片机的主控系统、电源系统、信号采集系统及显示系统等部分。在数字控制系统中，单片机是主要的智能单元，控制方案通过软件来实现，利用单片机内部的程序存储器和数据存储器存储程序和数据参数。

2.1 单片机的选择

系统采用与Inte]公司生产的MCS-51完全兼容的AT89C52单片机。AT89C52是一个低功耗，高性能的CMOS 8位单片机，片内包含8KBytes ISP（In System Programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，该元件采用Atmel公司的高精度、非易失性存储技术制造而成，兼容标准的MCS-51指令系统以及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。具有如下的标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 AT89C52可以降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续进行工作。在掉电保护方式下，RAM的内容被保存下来，振荡器被冻结，单片机的一切工作也停止下来，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

2.2 单片机系统设计

硬件设计的核心是单片微型计算机芯片AT89C52.系统主控单元如图2所示。

图2 单片机系统电路图

AT89C52单片机的特点如下：

・灵活的ISP在线系统编程。只需要一条ISP下载线就可以直接把PC上编译好的程序写到单片机和程序存储器中，不需要购买仿真器、芯片适配器等设备。

・32个可编程的I/O口线。提供了丰富的I/O口资源。

・6个中断源。

・3个16位定时/计数器。

・256字节内部RAM。

・全双工串行UART通道。

・1000次可重复擦写周期。

・引脚功能说明如下：

・输入/输出引脚（I/O口线）

P0.0～P0.7：P0口8位双向I/O口，占39～32脚；

P1.0～P1.7：P1口8位准双向I/O口，占1～8脚；

P2.0～P2.7：P2口8位准双向I/O口，占21～28脚；

P3.0～P3.7：P3口8位准双向I/O口，占10～17脚；

・控制口线

PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。

ALE/PROG（30脚）：地址锁存允许/编程信号。

EA/VPP（31脚）：外部程序存储器地址允许/固化编程电压输入端。

RST/VPD（9脚）：RST是复位信号输入端，VPD是备用电源输入端。

・电源及其它

Vcc（40脚）：电源端+5V。

GND（20脚）：接地端。

XTALl、XTAL2（19～18脚）：时钟电路引脚。当使用内部时钟时，这两个引脚端外接石英晶体和微调电容。当使用外部时钟时，用于外接外部时钟源。

2.3 超声模块

在城市拥挤路面上，很多驾驶员都会关闭安全系统，这时系统的雷达测距功能就被浪费了。因此本设计采用超声波模块。超声波是一种声波，具有声波的所有基本物理特性如：反射、折射等，超声波测距也是利用其反射特性，发射模块发射出某一频率的超声波，遇到目标后反射回来，接收模块接收到反射信号，通过发射波和反射波的时间差，用声速乘以时间差的1/2即可求出目标距离。

人机接口包括按键和液晶显示。测距模块将超声波信号经过计算得出相对距离信号送给单片机，单片机经分析判断发出声光报警，驾驶员也可以通过显示器来调整安全距离。

如图3所示，本装置置于汽车驾驶座后台，可用于提醒后车司机注意与本车保持距离防止追尾。将传感器面朝后车，当与本车距离小于安全距离时，前车尾部将开启磁铁系统，增大前后车距离，以此达到主动防止被动追尾的效果。

图3 超声测距原理图

2.4 磁铁系统

本系统由隔离装置、强磁铁、屏蔽罩构成；隔离装置将车身内部零件与强磁铁产生的磁场相隔离；强磁铁固定在隔离装置表面并分布在车身头部与尾部，在前车尾部加载可动磁力盒，可实现90度的旋转（通过程序实现），在后车前端固定同样的磁力盒。两个磁力盒位置应相对。

a.两车距离处于安全距离时，两个磁力盒不正对。

b.当后车距离前车的距离超出安全距离时，前车尾部的超声波测距模块可将信号传输给CPU，CPU通过控制与可动磁力盒相连的电机带动磁力盒转动，使前后两车磁力盒同极相对，此时于前车尾部与后车头部的强磁铁产生磁场，使前后两车之间通过排斥力减缓冲力，主动避免后车追尾，缓解交通压力。此系统设计提供一种结构简单、性能可靠、成本低廉的防止汽车追尾装置。

2.5 总PCB图

图4 总PCB图

3 软件流程图

本系统的程序软件总体包括：人一机接口程序，测距系统设计、人一机接口。测量执行系统包括数据处理程序。软件流程图结构图如图5所示。

图5 软件流程图

4 结束语

根据试验结果归纳如下：

4.1 能够很好地把握行驶中或停车时的车间距。因为人的眼睛是有误差的，因此，即使规定了车间距离，也会产生30%以上的误差。而此装置可以帮助人们提高掌握车间距的精确程度。

4.2 车辆接近将要发生危险时启动磁铁系统，通过控制与可动磁力盒相连的电机带动磁力盒转动，使前后两车磁力盒同极相对，此时于前车尾部与后车头部的强磁铁产生磁场，使前后两车之间通过排斥力减缓冲力，主动避免后车追尾。

4.3 精神方面的支柱。由于能主动避免后车追尾，因此驾驶员有一种安全感，紧张状态缓和，注意力分配均匀，驾驶起来很沉着。

由于该装置是一种结构简单、性能可靠、成本低廉的主动式防撞系统，可以有效地防止汽车追尾碰撞事故的发生，该系统在汽车领域的应用将会相当流行，所能带来的经济效益和社会效与益将会相当可观。

参考文献

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作者简介：帅春江（1979-），男，江西宜春，硕士，讲师，电子技术。