基于激光雷達的車載防撞系統(tǒng)的設計

基于激光雷達的車載防撞系統(tǒng)的設計中文摘要：近年來，我國道路交通安全的形勢仍然非常嚴峻。如果在交通事故發(fā)生之前向駕駛員發(fā)出警告，讓駕駛員能夠采取一定的避免措施，就能有效地減少交通事故的發(fā)生,從而保障人身財產(chǎn)安全。論文中主要介紹了一種基于激光雷達的車載防撞系統(tǒng)，并給出了可能實現(xiàn)的設計方法，描述了該防撞系統(tǒng)能夠實現(xiàn)的功能，以及提出了有效避免車輛相撞的方案。論文包括對硬件選型的描述，硬件電路的設計，以及軟件框圖的實現(xiàn)方法。距離傳感器采用的是激光傳感器，單片機采用的是fresscale的MC9S12C32型號。本文設計的系統(tǒng)采取兩種措施，一種是蜂鳴器報警，另一種是在極端緊急的情況下，通過CAN總線對ABS發(fā)出制動信號，進行緊急剎車。激光傳感器向汽車前方不斷發(fā)射激光束，在收到反射回波后計算出于本車的距離，方向角，以及與本車之間的相對速度。單片機通過一個通信模塊不斷的向激光傳感器采集數(shù)據(jù)，再經(jīng)過軟件程序計算，判斷汽車是否處于安全狀態(tài)，如果處于安全狀態(tài)，單片機繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，如果處于危險狀態(tài)，單片機發(fā)出控制信號，驅動聲音報警電路進行報警，如果處于緊急情況，單片機通過汽車CAN總線向制動裝置ABS發(fā)出控制信號，采取自動剎車。關鍵詞：防撞預警，激光雷達測距，單片機，CAN總線第一章引言隨著社會的進步，國民經(jīng)濟得到迅速的發(fā)展，人民生活生活水平的不斷提高，公路交通作為國民經(jīng)濟的重要樞紐近年來受到極大重視，國家和各級政府都對公里建設投入了大量的資金、人力和物力。“九五”期間，我國的高速公路建設達到了11萬公里，行駛的車輛速度再80km/h以上，一旦發(fā)生碰撞，后果不堪設想，故要求駕駛員注意力高度集中，時刻注意路況信息，增加了駕駛員的勞動強度。另外，公路建設的同時，也帶動了民族汽車工業(yè)的快速發(fā)展，20世紀末，我國的汽車產(chǎn)量比1993年翻一番，2010年，汽車產(chǎn)量又翻了一番，汽車數(shù)量逐年增長，越來越多的人擁有私人汽車，近年來，借助于電子控制技術的飛速發(fā)展，汽車的操縱性能和運動性能得到很快的提高。安全氣囊和ABS也逐步的得到普及，但是，安全氣囊屬于被動的安全措施，一旦發(fā)生交通事故，必定帶來財產(chǎn)損失，資料顯示，70-90%的交通事故是由人為錯誤引起的，其中，錯誤的判斷與識別是最突出的因素。根據(jù)德國原戴姆勒-奔馳汽車制造公司研究報告表明：在危險情況下，如能給駕駛員提前半秒反應時間，則可以分別減少撞車尾事故的30%、路面相關事故的50%、迎面撞車事故的60%。因此，這里再一次表明了汽車防撞系統(tǒng)技術的重要性，采取合適的車輛測距方式，通過報警或自動進行某項預定的操作比如制動的方式，以避免于駕駛員疲勞、疏忽、誤判所造成的各項交通事故。在這樣的情況下，安全駕駛也逐漸成為大家關注的焦點，駕駛輔助系統(tǒng)的開發(fā)的意義便顯得特別突出，各種汽車安全輔助工具應運而生，車載防撞系統(tǒng)也是其中之一。1.1研究背景及意義自十九世紀末汽車問世以來，經(jīng)過一個世紀的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代文明與進步的標志，是社會生活中不可缺少的重要組成部分。汽車以其特有的優(yōu)越性給人們的生活方式、生產(chǎn)方式帶來了巨大變化，它使人們的出行變得越來越迅速、越來越方便舒適，為現(xiàn)代社會的發(fā)展和人類生活條件的改善做出了巨大貢獻。然而，當人類社會充分享受汽車帶來的諸多好處的同時，也為此付出了沉重的生命和財產(chǎn)代價。據(jù)不完全統(tǒng)計【1】，我國自1990年至2006年，累計已有1380584人死于道路交通事故，受傷人數(shù)達到了5188475名，其中僅2006年，道路交通事故就造成89455人死亡。年份事故次數(shù)（次）死亡人數(shù)（人）受傷人數(shù)（人）直接經(jīng)濟損失（元）19902502974927115507236354811419912648175329216201942835974919922282785872914426464482963619932423436350814225199907012119942535376636214881713338272231995271843714941593081522665624199628768573665174447171768516519973042177386119012818461584531998346129780672227211929514015199941286083529286080212401808920006169719385341872126689039942001754919105930546485309544655120027731371093815620743324380000200366750710437249417433691400002004517889107077480864239000000020054502549873846991118800000002006378781894554311391490000000表1．1我國1990年一2006年逐年的交通事故次數(shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)和直接經(jīng)濟損失的情況。由上表可以看出，1990年．2003年的14年期間，我國道路交通事故呈明顯的增長趨勢，特別是2002年與1990年相比，增長了兩倍多，由250297起上升至773137起。交通事故死亡人數(shù)也相應地逐年上升，2001年突破了10萬人，2002年達到一個高峰。目前，我國的交通事故的發(fā)生率極高，交通事故死亡人數(shù)位居世界第一。我國擁有全世界8％的車輛，確占據(jù)了全世界近20％的交通事故死亡人數(shù)。2006年，全國共發(fā)生道路交通事故378781起，造成89455人死亡，受傷431139人，直接財產(chǎn)損失達14．9億元。其中，發(fā)生一次死亡三人以上交通事故1671起，造成6611人死亡，發(fā)生一次死亡五人以上交通事故326起，造成2244人死亡；發(fā)生一次死亡10人以上特大交通事故38起，造成558人死亡。跟世界其他發(fā)達國家相比，2006年每百起事故死亡達23．6人。電磁波的能量是以光速傳播的，設目標的距離為R，則傳播的距離等于光速乘上時間間隔，即式中，R為目標到激光雷達的單程距離，單位為m；為電磁波往返于目標和雷達之間的時間間隔，單位為s；c為電磁波在空氣中的傳播速度，約為：。由于電磁波傳播的速度很快，激光雷達技術常用的時間單位為us，回波脈沖滯后于發(fā)射脈沖為一個微秒時，多對應的目標距離R為。能測量目標距離是激光雷達的一個突出優(yōu)點，測量的精度和分辨率與發(fā)射信號帶寬（或處理后的脈沖帶寬）有關。脈沖越窄，性能越好。激光雷達對空間目標P的位置測定，必須用三個坐標來表示，即斜距R、方位角α、仰角β或高度H。如圖所示：雷達經(jīng)天線向空間發(fā)射一定重復周期高脈沖，如果遇到目標則由目標反射回來的反射波將滯后于發(fā)射的高頻脈沖一個時間差Tr和一個頻移（多普勒頻移）Fa。根據(jù)雷達可以測定的這兩個數(shù)據(jù)，就可依據(jù)以下公式斷定目標的位置：R=C·Tr/2Fa=2Vr/λ式中，R-目標到雷達的距離，單位為m；C-光速，Tr-電波往返于雷達與目標之間的時間間隔，單位為s；Fa-多普勒頻移，單位為m/s；λ-雷達工作波長，單位為m；Vr-雷達與目標之間的相對速度，單位為m/s。而雷達在方位角方向移動，根據(jù)天線波束的指向，可以確定方位角α；同理，根據(jù)雷達天線在仰角方向轉動，可以確定仰角β。激光雷達傳感器采用標準數(shù)據(jù)RS232接口，工作電壓在5V-9V。第三章系統(tǒng)各個模塊的介紹3.1單片機的選擇及介紹單片機采用freescale公司的MC9S12C32，這款芯片與其他單片機最大的不同在于，它有CAN總線控制引腳，可以通過CAN收發(fā)模塊與汽車CAN總線之間進行通信，從而實現(xiàn)緊急剎車的功能。MC9S12C32具有SPI四線同步雙向串行總線，以主從方式工作，該接口一般使用4條線：串行時鐘線（SCLK）、主機輸入/從機輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機輸出/從機輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機選擇線CS。MOSI–SPI總線主機輸出/從機輸入；MISO–SPI總線主機輸入/從機輸出；SCLK–時鐘信號，由主設備產(chǎn)生；CS–從設備使能信號，由主設備控制，有的IC此pin腳叫SS。同時，MC9S12C32還擁有SCI串行通信接口，有兩個I/O引腳：SCITXD和SCIRXD，通過對一個16位的波特率選擇寄存器編程，可以得到65000種不同的速率，具有1-8位的可編程數(shù)據(jù)位，長度為1位或2位的可編程停止位，其內部能產(chǎn)生串行時鐘，SCI接口采用半雙工或全雙工工作方式，具有雙緩接收和發(fā)送功能，發(fā)送和接收操作均可通過中斷或查詢操作進行。MC9S12C32還具有CAN控制器功能，通過RXCAN和TXCAN兩個引腳可以實現(xiàn)與CAN總線的通信,芯片的PW引腳可以輸出PWM波，控制輸出電壓的頻率。中央電源由VDDA或者VSSA管腳供給，采用標準5V的I/O引腳，這些標準引腳被分類為I/O接口管腳，模擬信號輸入，BKGD和RESET管腳。這些管腳的內部結構都是一致的，然而，有些功能可以被禁止。比如，模擬信號輸入到輸出驅動管腳上，上拉電阻和下拉電阻被永久禁止。模擬參考引腳，這組管腳由VRH和VRL管腳組成。振蕩器管腳，XFC,EXTAL,XTAL管腳組成振蕩器管腳，2.5V標準電平，由VDDPLL管腳供電。測試引腳TEST僅用于生產(chǎn)測試用。3.2通信模塊由于激光雷達傳感器數(shù)據(jù)端口是RS232接口，不能與單片機直接相連,在單片機和激光雷達傳感器之間需要加一個通信模塊。激光傳感器與單片機之間的通信模塊采用MAX232，MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。內部結構基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。如圖，加上MAX232通信模塊之后，可以提供一個RS232數(shù)據(jù)接口，與激光雷達傳感器相連。3.3CAN總線3.3.1CAN總線的介紹CAN是控制器局域網(wǎng)絡(ControllerAreaNetwork,CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標準（ISO11898）。是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。比如發(fā)動機管理、系統(tǒng)變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。一個由CAN總線構成的單一網(wǎng)絡中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。實際應用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制。例如當使用PhilipsP82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡中允許掛接110個節(jié)點。CAN可提供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實時控制變得非常容易，另外硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。CAN是一種多主方式的串行通訊總線。基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時，CAN仍可提供高達50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。由于CAN總線具有很高的實時性能，因此CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制安全防護等領域中得到了廣泛應用。CAN通訊協(xié)議定義了兩種CAN格式，即標準格式和擴展格式。在標準格式CAN的報文中，標志符長度是11位；而在擴展格式CAN的報文中，標志符長度可達29位。CAN能夠使用多種物理介質，例如雙絞線、光纖等，最常用的就是雙絞線，信號使用差分電壓傳送。兩條信號線被稱為CAN_H和CAN_L，靜態(tài)時均是2.5V左右，此時狀態(tài)表示為邏輯1，也可以叫做隱性。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱為顯性，此時通常電壓值為CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。CAN具有十分優(yōu)越的特點，使人們樂于選擇。這些特性包括：1、低成本2、極高的總線利用率3、很遠的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達10Km)4、高速的數(shù)據(jù)傳輸速率高達1Mbit/s5、可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文6、可靠的錯誤處理和檢錯機制7、發(fā)送的信息遭到破壞后可自動重發(fā)8、節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能9、報文不包含源地址或目標地址僅用標志符來指示功能信息優(yōu)先級信息3.3.2CAN總線收發(fā)模塊PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線間的接口，它主要是為汽車中高速通訊（高達1Mbps）應用而設計。此器件對總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力，完全符合“ISO11898”標準。其引腳圖如下所示：符號管腳功能描述TXD1發(fā)送數(shù)據(jù)輸入GND2接地Vcc3電源電壓RXD4接收數(shù)據(jù)輸出Vref5參考電壓輸出CANL6低電平CAN電壓輸入/輸出CANH7高電平CAN電壓輸入/輸出Rs8斜率電阻輸入3.3.3CAN總線的抗干擾為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，MC9S12C32的TXCAN和RXCAN并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電氣隔離。6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內部有一個850nm波長AlGaAsLED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。6N137具有以下特性：1、轉換速率高達10MBit/s;2、擺率高達10kV/us;3、扇出系數(shù)為8;4、邏輯電平輸出;5、集電極開路輸出;工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA最大輸入電流，高電平：15mA最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v最大允許高電平電壓：Vcc最大電源電壓、輸出：5.5V扇出(TTL負載)：8個(最多)工作溫度范圍：-40°Cto+85°C典型應用：高速數(shù)字開關，馬達控制系統(tǒng)和A/D轉換等。高速光耦引腳圖如下：引腳名稱1IN2N.C3VDD4N.C5GND6OUT7EN8VCC第四章硬件電路的設計4.1電源模塊電源是整個系統(tǒng)的能量來源，它直接關系到系統(tǒng)能否運行。一般中型和小型的汽車車內供電是12V，而單片機工作電壓要求為5V，所以需要一個電源轉換模塊，從而使單片機能夠正常的工作。4.2單片機復位電路在上電或復位過程中，控制CPU的復位狀態(tài)：這段時間內讓CPU保持復位狀態(tài)，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。

無論使用哪種類型的單片機,總要涉及到單片機復位電路的設計。而單片機復位電路設計的好壞,直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng),并在實驗室調試成功后,在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了“死機”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。單片機上電時，但由于電容C兩端的電壓VC不能突變，因此VC保持低電平。但隨著電容C的充電，VC不斷上升。只要選擇合適的R和C，VC就可以在單片機復位電壓以下持續(xù)足夠的時間使單片機復位。復位之后，VC上升至電源電壓，單片機開始正常工作。相當于在單片機上電時，自動產(chǎn)生了一個一定寬度的低電平脈沖信號，使單片機復位。圖中，X1端口與單片機的低電平復位端口RESET相連。4.3單片機晶振電路晶振是單片機內部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率的部件，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。簡單地說，沒有晶振，就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機就無法工作。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。4.4激光雷達傳感器與單片機之間的通信模塊MAX232MAX232具有以下的特點:1、符合所有的RS-232C技術標準；2、只需要單一+5V電源供電；3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-；4、功耗低，典型供電電流5mA；5、內部集成2個RS-232C驅動器；6、內部集成兩個RS-232C接收器；7、高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。激光傳感器的信號線接口為RS232，通過模塊的信號轉換，將R2OUT和R2IN引腳分別與單片機的RXD和TXD引腳相連，實現(xiàn)單片機與激光傳感器之間的信息交換與控制。4.5聲音報警電路由于自激蜂鳴器是直流電壓驅動的，不需要利用交流信號進行驅動，只需對驅動口輸出驅動電平并通過三極管放大驅動電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音，很簡單，這里就不對自激蜂鳴器進行研究了。PWM輸出口直接驅動是利用PWM輸出口本身可以輸出一定的方波來直接驅動蜂鳴器。在單片機的軟件設置中有幾個系統(tǒng)寄存器是用來設置PWM口的輸出的，可以設置占空比、周期等等，通過設置這些寄存器產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形之后，只要打開PWM輸出，PWM輸出口就能輸出該頻率的方波，這個時候利用這個波形就可以驅動蜂鳴器了。比如頻率為2000Hz的蜂鳴器的驅動，可以知道周期為500μs，這樣只需要把PWM的周期設置為500μs，占空比電平設置為250μs，就能產(chǎn)生一個頻率為2000Hz的方波，通過這個方波再利用三極管就可以去驅動這個蜂鳴器了。聲音報警系統(tǒng)通過與單片機PW輸出端口相接，單片機在輸出端口輸出一PWM波，通過控制輸出端口信號的占空比來控制PNP的閉合與斷開，從而控制發(fā)聲器的工作頻率，讓揚聲器發(fā)出不同頻率的聲音，情況越緊急，蜂鳴器發(fā)出的聲音頻率越高，以此來達到提示駕駛員的目的。4.6CAN收發(fā)模塊82C250接口電路82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個5Ω的電阻與CAN總線相連，起到一定的限流作用，保護82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個30pF的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外，在兩根CAN總線輸入端和地之間分別接一個防雷擊二極管，當兩輸入端與地之間出現(xiàn)瞬間干擾時，通過防雷擊管的放電可以起到一定的保護作用。需要注意的是在CAN總線兩端接有一個120Ω的電阻，其作用是匹配總線阻抗，提高數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠行。但實際上只需保證CAN網(wǎng)絡中“CAN_H”和“CAN_L”之間的跨接電阻為60Ω即可。第五章軟件部分的設計5.1系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能首先，單片機通過處理激光傳感器的信息，做出決策，根據(jù)不同的情況做出不同的動作，在本系統(tǒng)中，分為三種不同的動作：一是普通聲音報警，二是緊急聲音報警，三是緊急剎車，其中，第三個動作又根據(jù)相對車速的不同，發(fā)出不同程度的剎車控制信號，距離越近，相對速度越高，汽車ABS剎車程度越高。為了實現(xiàn)以上功能，可以通過編程對單片機進行設置，給單片機設定兩個判定時間：1、報警臨界時間Ts，即單片機在對激光雷達傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行處理后得到的預料撞車時間T小于Ts時，則單片機通過向蜂鳴器引腳發(fā)送出電平信號，使蜂鳴器發(fā)出報警聲音；2、安全極限時間Tl，即一旦預料撞車時間T小于Tl時，駕駛員通過自身生理反應已經(jīng)來不及采取認為制動措施，此時，系統(tǒng)自動對ABS發(fā)出剎車控制信號，以防止因駕駛員來不及剎車而導致發(fā)生事故的可能性。當T大于Ts時，說明汽車處于安全行駛狀態(tài)，系統(tǒng)依然處于不斷的向傳感器采集數(shù)據(jù)的狀態(tài)，當T小于Ts且大于Tl的時候，蜂鳴器開始報警，并且，當T越靠近Tl(即T-Tl越趨近于0)，向蜂鳴器所在引腳輸出的電壓脈沖波占空比越小，此時，蜂鳴器報警聲音的頻率越來越高。當T小于等于Tl的時候，蜂鳴器維持最高報警頻率，并且單片機通過CAN收發(fā)模塊向ABS發(fā)出剎車信號，若Tl-T的值越大，剎車程度越高。5.2系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理激光傳感器向汽車正前方0-180°的方向不斷的發(fā)送激光探測波，通過激光接收器獲取回波信息，具體信息包括與目標物之間的距離s，二者之間的相對速度v以及以本車身為原點中心的坐標中，目標物所在位置的角度θ。但是，怎樣才能被認為是對本車構成安全威脅呢？還需要具體研究，如下示意圖：圖中，4輛小車的車身寬度都假設為x，在小車0上裝有激光雷達傳感器，以小車0為坐標中心，假設小車1與小車0之間的縱向距離為y1，橫向距離為x1，小車2與小車0之間的縱向距離為y2，橫向距離為x2，小車3與小車0之間的縱向距離為y3，橫向距離為x3，小車4與小車0之間的縱向距離為y4，橫向距離為x4（橫向距離只計算絕對值）。假設小車0，小車1，小車2，小車3，小車4的車速分別為v0，v1，v2，v3和v4。由圖中可以看出，y4>y3=y2>y1，x2>x4>x0/2>x3=x1，很明顯，即便與小車2和小車4的相對速度再大（假設Vx接近無窮大），他們也不會對小車x0構成安全威脅，此時得出第一個結論，激光雷達所采集到的障礙物的橫向坐標需要小于自身車輛的寬度的一半，才會視為數(shù)據(jù)采集對象。假設一：小車1和小車3都相對于小車0行駛，由圖可知，小車1和小車3對小車0構成安全威脅，他們的坐標信息被單片機視為有效信息，盡管小車3與小車0的縱向距離y3小于小車1與小車0的縱向距離y1，即y3<y1，但是，如果y3/(v0+v3)>y1/（v0+v1）,也就是說，小車1會比小車3先和小車0相撞，則單片機會優(yōu)先考慮小車1的坐標信息，如果坐標信息達到報警條件，報警系統(tǒng)會報警，如果坐標信息達到剎車條件，單片機會向CAN總線發(fā)出剎車信號，進行緊急制動。假設二：小車1與小車0相對行駛，而小車3與小車0同向行駛，若y3/(v0-v3)>y1/（v0-v1），則應該優(yōu)先考慮小車1的坐標信息，若y3/(v0-v3)<y1/（v0+v1），則應優(yōu)先考慮小車3的坐標信息。由此分析可得出，在軟件實現(xiàn)方面，首先應該考慮的是小車與目標障礙物之間的橫向距離x，在橫向距離考慮范圍之內的障礙物，不只是考慮縱向距離y，而應該考慮二者之間所處的相對速度v下的預想相撞時間t=y/v，即預想相撞時間t越小，越優(yōu)先考慮?；蛘哒f，時間最短對應的某個坐標信息優(yōu)先級最高，只要有任何一個信息構成報警條件，單片機都會采取應對措施。5.3系統(tǒng)結構圖5.4基于CAN總線的單片機與汽車ABS之間的通信CAN總線的接口管理邏輯解釋來自CPU的命令，控制CAN寄存器的尋址，向主控制器提供中斷信息和狀態(tài)信息。發(fā)送緩沖器是CPU和BSP位流處理器之間的接口，能夠存儲發(fā)送到CAN網(wǎng)絡上的完整信息。緩沖器長13個字節(jié)，由CPU寫入，BSP讀出。接收緩沖器是驗收濾波器和和CPU之間的接口，用柬存儲從CAN總線上接受的信息。接受緩沖器(RXB長13個字節(jié))作為接收FIFO(RXFIFO長64個字節(jié))的一個窗口，可以被CPU訪問。CPU在此FIFO的支持下可以在處理信息的時候接收其他信息。驗收濾波器(AcF)把它其中的數(shù)據(jù)和接收的識別碼的內容相比較，以決定是否接受信息。在純粹的接收測試中所有信息都保存在RXFIFO中。位流處理器(BSP)是一個在發(fā)送緩沖器RXFIFO和CAN總線之間控制數(shù)據(jù)流的程序裝置。它還在CAN總線上執(zhí)行錯誤檢測，仲裁填充和錯誤處理。位時序邏輯(BTL)監(jiān)視串口的CAN總線和處理與總線有關的位時序。它在信息開頭‘弱勢一支配’的總線傳輸時同步CAN總線位流(硬同步)，接收信息時再次同步下一次同步(軟同步)。BTL還提供了刻編程的時陽J段來補償傳播延時時間相應位轉換(如由于振蕩飄溢)和定義采樣點和一位時間內的采樣次數(shù)。錯誤管理邏輯(EML)負責傳送層模塊的錯誤管制，它接收BSP的出錯報告，通知BSP和IML統(tǒng)計錯誤。以此為基礎，CAN總線在收到單片機的對制動裝置ABS的控制信號之后，對ABS進行控制，實現(xiàn)緊急剎車的目的。在需要對ABS傳送剎車信號的時候，單片機:通過CAN收發(fā)模塊向CAN總線的某一位ID發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，現(xiàn)在對數(shù)據(jù)進行定義。假設在緊急的情況下，設置ABS的剎車最大程度為80%，而單片機所發(fā)送的一幀數(shù)據(jù)最多可以有8位數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)分別有8個字節(jié)，如圖：Bit0：ABCDEFGH在此假設A為有效位，當A為1時，表明Bit0位數(shù)據(jù)有效，剩下的7位，可以表示0-167共168位數(shù)字，則可以與汽車剎車裝置ABS約定，當Bit0數(shù)據(jù)的值分別為0-159的時候，ABS剎車的程度分別為0,0.5%，1%，...80%。當然，具體剎車的程度可以根據(jù)科學研究后，確定一個適合的標準之后再對系統(tǒng)進行設置。剩余的數(shù)據(jù)（即160-167可以視為無效）。此外，為了防止數(shù)據(jù)出錯，單片機還可以同時多發(fā)兩位數(shù)據(jù)，對Bit0位數(shù)據(jù)進行實時校驗，采取的方法是發(fā)送一位數(shù)據(jù)Bit1，隨后對Bit1上的數(shù)據(jù)求補，將求補后的數(shù)據(jù)放在Bit2位上，再將Bit2位數(shù)據(jù)發(fā)送，最后將Bit1和Bit2兩位上面的數(shù)據(jù)相加，若相加后的值等于0FFFH，則說明單片機處于正常工作狀態(tài)，Bit0位數(shù)據(jù)有效，否則，即便Bit0位數(shù)據(jù)中A的值為1，Bit0為數(shù)據(jù)同樣無效。例如：Bit1：10100100Bit2：11011100總結本論文所研究設計的基于激光雷達的車載防撞預警系統(tǒng)，是從車的安全角度研究開發(fā)的一種能有效預防汽車碰撞交通事故的車載設備。針對我國公路交通安全的需要，以及國內外智能交通系統(tǒng)及汽車電子技術的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，綜合了汽車電子技術、通信技術和控制技術等多學科理論。應用到激光雷達的單色性好、方向性強，精確度高等特點，利用的是激光雷達測距原理，由于激光雷達測距的明顯優(yōu)勢，確保了傳感器所采集到的信息的及時性和準確性，這是保證車載防撞系統(tǒng)性能的前提。能夠實現(xiàn)對不同情況實行不同級別的報警狀態(tài)和應對措施，不僅如此，本文所研究的系統(tǒng)還考慮到了極端危險情況下所采取的措施，即自動剎車，于此同時，還考慮到了剎車程度大小的問題，由于ABS裝置的廣泛應用而得以實現(xiàn)，并且通過CAN總線很好的得到了解決。這個系統(tǒng)很好的實現(xiàn)了汽車主動防撞的功能，相比起安全氣囊、安全帶等被動防撞設施，不僅能使人們免于受到因撞車而造成人身傷害事故，之外，還能有效的避免撞車事故的發(fā)生，并且更能有效的保護人們的財產(chǎn)免于損失。所以，對于這樣一款基于激光雷達的車載主動式防撞系統(tǒng)，具有廣闊的發(fā)展前景，希望在得到廣泛應用之后，能夠實現(xiàn)其研究價值。致謝在整個畢業(yè)設計過程中，感謝鮑偉老師的悉心指導，老師給我的教誨和指導讓我受益匪淺，在學習上，他毫無保留的將專業(yè)知識講授于我，每次在解答問題時，鮑偉老師都把每個同學遇到的問題講解得細致入微，而且不斷的擴展知識面，讓我接受到了很多的知識。不僅如此，鮑偉老師敬業(yè)的工作態(tài)度，給我留下了深刻的印象，每次解答疑難，不管同學提出的問題多么微小，鮑偉老師總是樂于解答，對待學生特別耐心，鮑偉老師真正做到了誨人不倦。此外，為了給同學解答疑難，剛下班的老師急忙趕到實驗室，之后邊啃面包邊講解，讓我倍受感動。鮑偉老師不僅傳授給了我們知識，還教會了我如何以一種正確的態(tài)度去對待以后的工作和生活。在此，我還要感謝自己的父母和同學，感謝父母含辛茹苦把我養(yǎng)育成人，讓我進入大學接受高等教育，學習到了很多專業(yè)知識，感謝同學在畢業(yè)設計過程中提出的寶貴意見和幫助，最后，再次感謝鮑偉老師的細心指導，遇良師如此，我將終生受益。參考文獻【1】中華人民共和國公安部網(wǎng)站，http：／／www．mps．gov．cn：【2】曾誠．基于CAN-BUS的汽車防撞報警系統(tǒng)擰制單元的研究開發(fā)，長安大學碩士論文，2004．6；【3】姜志海，黃玉清，劉連鑫著，單片機原理及應用，電子工業(yè)出版社；【4】面向汽車防撞的混沌激光雷達,[期刊論文]

《中國激光》，2009年9期-龔天安，王云才，孔令琴，李海忠，王安幫；【5】激光雷達汽車全自動防撞計算機控制系統(tǒng)的改進,[期刊論文]

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