基于STM32的汽车防撞报警系统设计

王虎　杨启正

摘 要：设计了一种以STM32微控制器为核心的汽车防撞报警系统。从STM32微控制器模块、红外线发射模块、红外线接收模块等方面描述该系统的总体设计方案，并且分析了系统软件的实现方法。该系统具有实用性强、稳定性好、精度高等优点。

关键词：STM32微控制器;防撞;红外线

1 引言

近年来，随着电子工业与智能制造的快速发展，汽车工业发展迅猛，智能化水平越来越高。汽车的安全设计问题一直都备受消费者的关注，因此，汽车智能防撞系统成为汽车制造企业研究的重点。造成交通事故的原因有很多，客观方面有天气恶劣、道路环境等影响，而主观方面有疲劳驾驶、车距的错判、强行超车等等。为了减少交通事故，智能防撞报警系统在汽车当中的应用势在必行。

本文所研究的汽车防撞报警系统是根据红外线测距的基本原理，通过发射波与反射波的时间隔来判断目标物的距离，当汽车与目标物的距离小于警戒距离和危险距离时，报警系统发出不同的信号，从而提醒司机做出不同的反应。

2 汽车防撞报警系统总体设计

本系统主要由以下几个部分组成：STM32微控制器模块、红外线测距模块、时间比例放大电路、显示模块、声光报警电路、时钟电路等。汽车防撞报警系统的结构框图如图1所示。

汽车防撞报警系统启动时，由STM32微控制器产生PWM（脉宽调制）脉冲信号。同时为了增大红外线在远程发射时的功率，在红外线发射端，采用MOSFET驱动器来进行驱动。当红外线遇到障碍物时，会发生反射，并由红外光电二极管接收反射回来的红外线脉冲信号，经过红外线接收电路处理后输入到STM32控制器进行数据运算。当汽车与障碍物的距离等于或小于设定的警戒距离时启动声光报警;当汽车与障碍物的距离等于或小于危险距离时则启动自动刹车装置。

3 硬件电路设计

3.1 STM32微控制器模块

STM32F103x系列采用的是32位高性能ARM Cortex-M3处理器，内置高达20KB的SRAM以及128KB的FLASH，具有丰富的增强型I/O端口，内部集成了大量的主流外设部件，如独立看门狗（IWDG）、窗口看门狗（WWDG）、USB、串行外设接口（SPI）、I2C接口、控制器局域网（bxCAN）、通用同步异步收发器（USART）、通用定时器、PWM定时器、ADC等等。丰富的内部外设资源，使得STM32F103微控制器大量应用于不同领域：汽车电子领域、智能仪表、医疗设备、工业控制、家用电器等。

3.2 红外发射模块

红外线发射电路的主要组成部分有：单稳态触发器SN74LS221、驱动器EL7104、红外线发射管SPL-LL90-3等。通过STM32微控制器产生PWM（脉宽调制）脉冲信号，作为芯片SN74LS221的输入信号，并通过调整电阻R1和电容C3的值，使芯片SN74LS221的输出端产生脉宽为40ns，频率为25kHz的脉冲信号。红外线发射电路模块如图2所示。

3.3 红外接收模块

红外接收电路的工作原理：反射回来的红外信号由光电二极管AD500-8进行接收，并转换成电信号，由于该信号比较微弱，需要通过前置放大电路进行一级放大。放大后的信号常常包含有噪声干扰信号，由放大器OP07中的带通滤波器进行滤波去噪。滤波处理后的信号不直接输入STM32处理器，还需要通过比较器LM339进行处理，以提高信噪比。红外接收电路模块如图3所示。

4 系统软件设计

汽车防撞报警系统流程图如图4所示，系统的具体工作过程如下：当系统上电，首先进行初始化处理，然后由红外发射模块发出红外线，如果在一定范围内没有障碍，红外发射模块将持续发射红外信号;当红外信号遇到障碍时，就会发生反射，由红外接收模块接收，通过计算红外信号往返的时间，可得到障碍物的距离，并进行显示;当障碍物的距离小于设定的危险距离时，将触发声光报警电路。

5 汽车防撞报警系统性能评测

为了验证该汽车防撞报警系统的可行性与实用性，对系统进行了性能测试。由于车辆在行驶当中与障碍物之间的距离是不断变化的，因此进行测试时需要选取多个位置的障碍物进行测距。在测试的过程中选取了8个位置作为障碍点，并分别设置了0.1M、0.5M两个危险距离。在测試汽车防撞报警系统的过程中，实验小车以不同的速度靠近障碍物，分别记录小车与障碍物的距离，并记录成表1。

测试结果表明，本系统在不同的位置上，测量结果与实际距离误差较小，探测灵敏度较高，并且当小车与障碍物的距离小于危险距离时能快速的启动声光报警装置，满足了本系统的设计要求。

基金项目：湖南省教育厅高等学校科研项目（17C0592）。

参考文献：

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