CN104175952A - 一种汽车防撞气垫装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车防撞气垫装置。它包括AT89S51控制模块、激光测距模块、报警模块、显示模块、气垫模块和电源模块。AT89S51控制模块的输出端则与报警模块、气垫模块、显示模块的输入端连接，激光测距模块的输出端与AT89S51控制模块的输入端连接，而电源模块为AT89S51控制模块、测距模块、报警模块和显示模块提供电源。其激光测距模块设置在车头最前端位置，当测距模块将检测到的信号传输到AT89S51控制模块，AT89S51控制模块将信号进行处理，显示模块实时显示当前与前车的距离信息，当激光测距模块检测到与前车的距离小于预设的最大安全距离时，AT89S51控制模块将向报警模块发送指令，报警模块配合显示模块做出声光报警。

Description

一种汽车防撞气垫装置

技术领域

本发明涉及一种汽车防撞气垫装置，特别是能够有效防止汽车在高速公路上追尾事故发生的气垫装置。

背景技术

随着社会的发展，汽车的保有量逐年地增加，汽车日益普及，改变了人们的生产生活及思维方式，在推动了社会的物质文明和精神文明的同时，也承受着交通事故给人们带来的痛苦。在世界各地，高速公路上，汽车追尾事故常有发生，甚至发生连环追尾，少则几辆十几辆，多则几十辆撞在一起，惨不忍睹。而在整个道路交通事故中，汽车追尾事故约占70%以上，有些大的群死群伤恶性交通事故，最开始也可能只是由一起小小的追尾事故引起的。为降低追尾事故率，提高交通安全，世界各国普遍意识到研发高性能的防追尾装置已经刻不容缓。目前，美、英、德、日等国家的不少汽车公司（如德国奔驰、日本三菱、马自达、日产等）都开展了防追尾碰撞预警系统的研究。在我国，一些高校及研究所也正在进行车辆防追尾碰撞相关技术的研究。

中国发明专利CN1295947A公开了一种防止汽车追尾相撞的报警系统，当汽车发生碰撞时，其传感器感受到碰撞，启动报警器和警示灯，提醒后方来车，驾驶员也可以手动打开报警器和警示灯。这种系统可以在本车发生碰撞或者驾驶员目测到危险时发出警报，但是该系统不具备预警提醒功能，并且受到驾驶员视力范围的限制以及雨雪天恶劣天气的限制，无法及时发出警报，同样也存在危险因素。

中国实用新型专利CN201703340U提供了一种汽车防撞系统，该系统具备预报警提醒功能，当本车与前车的距离小于预设的安全距离时，车厢内的扬声器开始报警，持续更新告知驾驶员本车前方车辆或者障碍物与本车之间的距离，警告驾驶员注意行驶安全，防止追尾事故的发生。此系统较中国发明专利CN1295947A的系统，虽然减少了人为或者天气因素的限制，但是若汽车行驶在高速公路上，一旦发生紧急情况需要急刹车，由于刹车距离较长，并且人的反应速度限制，报警装置无法在短时间内作出反应，更容易发生追尾碰撞事故。汽车之间碰撞的冲击力较大，常常发生车内人员的伤亡事故，给人们的生命和财产安全造成了很大的影响。

本发明提供的是一种以AT89S51 单片机为核心的汽车防撞气垫装置，此装置不仅包含预报警系统，尤其是当汽车一旦发生追尾事故时，其条形气垫可起到一定的缓冲作用，减少车内人员的伤亡，一定程度上保证了人们生命和财产安全。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中存在的防撞装置不具备预报警提醒功能，或因速度高警报功能受限制因素多等问题，提供了一种汽车防撞气垫装置，该装置可以将本车与前车或者障碍物之间的距离实时显示，当距离小于预设的最大安全距离时，及时通知驾驶员避险，当驾驶员避险不及时，发生追尾事故时，其条形气垫起到缓冲作用，一定程度上保护用户的人身财产安全。

为达到上述目的本发明采用下述技术方案：

一种汽车防撞气垫装置，包括一个AT89S51控制模块、一个激光测距模块、一个显示模

块、一个报警模块、一个气垫模块和一个电源模块，其特征在于：所述激光测距模块设置在

车头最前端位置， 其输出端与AT89S51控制模块的输入端连接，而AT89S51控制模块的输出端则与显示模块、报警模块、气垫模块的输入端连接，电源模块为AT89S51控制模块、激光测距模块、显示模块、报警模块和气垫模块提供电源。

当汽车行驶时，所述所述激光测距模块设置在车头最前端位置，其主要有激光发射器与光电探测接收器组成。激光发射器与AT89S51控制模块的P2.6口相连接，由AT89S51发出激光发射的启动信号，发射器发出的激光以速度V在空气中传播，到达被测物体时被反射，由光电探测器接收，其往返时间为T，可测的距离为S=VT/2。光电探测器接收到模拟信号，经过A/D转化为电信号，通过功率放大器与AT89S51控制模块的P2.7口相连接。

所述显示模块的输入端与AT89S51控制模块的输出端相连。实时显示当前本车与前车的距离。

所述报警模块输入端与AT89S51控制模块的输出端相连。将此距离与设定的最大安全距离值A进行比较，如果此距离小于设定的最大安全距离值A，AT89S51控制模块将向报警模块发送指令，报警模块配合显示模块做出声光报警提醒司机，警告驾驶员注意行驶安全，提前降低车速或变更车道，防止追尾事故的发生。

所述气垫模块包括火花塞、气体发生剂、输气管、条形气垫等。若车速过高，司机在短时间内反应较慢，激光测距模块检测到的与前车的距离小于预设的最小安全距离值B时, 其输入信号来自单片机AT89S51输出的点火控制信号，AT89S51控制模块输出端接到火花塞上，火花塞打火从而点燃气体发生剂,产生的气体通过输气管充入位于车体前端的条形气垫中,一旦追尾能起到缓冲作用，一定程度上保护用户的人身财产安全。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：第一，传统的超声波测距模块测量的效果受环境影响较大，稳定和方向性较激光测距模块差，适合与室内测量。而本发明采用的激光测距模块重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差小，精度高。第二，在汽车的后端也安装激光测距模块。可以测量本车与后方车辆之间的距离，提醒驾驶员后方有车辆靠近，做好加速或者变道的措施，防止后方车辆与本车发生碰撞。第三，当汽车与前车的距离小于设定的最小安全距离值时，火花塞打火从而点燃气体发生剂，产生的气体通过输气管充入位于车体前端的条形气垫中,一旦追尾能起到缓冲作用，一定程度上保护用户的人身和财产安全。第四，火花塞根据指定的指令打火，瞬间的高电压高热量点燃气体发生剂（叠氮化物）并通过爆炸产生气体充入车辆前端条形气垫。第五，最大安全距离值A与最小安全距离值B有多组参数，可根据不同的行车条件进行合理的选择。

附图说明

图1为系统总体结构图

图2为激光测距仪原理图

图3为激光测距与单片机系统相连

图4为报警电路图  

图5为显示电路原理图

图6为点火控制电路

图7为LM7805芯片的内部原理图

图8为电源电路原理图

图9为系统实施流程图。

具体实施方式

 下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明。该实施例在本发明技术方案的前提下实施，给出了具体的实施方式和工作过程，但本发明的保护范围不限于该实施例。

实施例一：

参见图1，本汽车防撞气垫装置，包括一个AT89S51控制模块1、一个激光测距模块2、一个显示模块3、一个报警模块4、一个气垫模块5和一个电源模块6，其特征在于：所述激光测距模块2的输出端与AT89S51控制模块1的输入端连接，而AT89S51控制模块1的输出端则与显示模块3、报警模块4、气垫模块5的输入端连接，电源模块6为AT89S51控制模块1、激光测距模块2、显示模块3、报警模块4和气垫模块5提供电源；当汽车行驶时，激光测距模块2将检测到的信号传输到AT89S51控制模块1上，AT89S51控制模块1将信号进行处理，测量得到当前与前车的距离。同时将当前与前车的距离与设定的最大安全距离值A进行比较，如果此距离小于设定的最大距离值A，则AT89S51控制模块1将向报警模块4发送指令，报警模块4配合显示模块3做出声光报警提醒司机，使司机随时掌握与障碍物之间的距离，同时警告驾驶员注意行驶安全，提前降低车速或变更车道，防止追尾事故的发生。若车速过高，驾驶员在短时间内反应较慢，激光测距模块2检测到的与前车的距离小于预设的最小安全距离值B时, AT89S51模块1输出点火控制信号，火花塞打火从而点燃气体发生剂,产生的气体通过输气管充入位于车体前端的条形气垫中,一旦追尾能起到缓冲作用，一定程度上保护用户的人身财产安全。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

参见图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8：所述AT89S51控制模块1是一个低功耗，

高性能CMOS8位单片机，片内含4k BytesISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及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。

所述激光测距模块设置在车头最前端位置，其主要有激光发射器与光电探测接收器组成。

激光发射器与AT89S51控制模块的P2.6口相连接，由AT89S51发出激光发射的启动信号，发射器发出的激光以速度V在空气中传播，到达被测物体时被反射，由光电探测接收器接收，其往返时间为T，可测的距离为S=VT/2。光电探测接收器接收到模拟信号，经过A/D转化为电信号，通过功率放大器与AT89S51控制模块的P2.7口相连接。

所述激光发射器采用半导体激光器做为脉冲激光源，其具有体积小，效率高的特点。具体采用型号为PGEW2S09的半导体传感器，其响应速度快。高峰功率为905mm波段。其中IN与AT89S51模块的P2.6口相连接。当给IN低电平时，Q1、Q2截止，高压经过R4、C2、D1和R5并联电路向电容C2充电，使C2两端的电压达到150V左右。当给IN高电平时，Q1、Q2导通，电容C2经Q1、Q2、激光器放电，此时，激光器在一个很短时间内可通过一个峰值电流大约为20A左右的电流脉冲，使其发出相应峰值功率大约为20W的激光脉冲。晶体管Q2主要起加速作用，D1、R5并联电路是用来抑制激光器的反向脉冲，保护激光器不被破坏。晶体管Q1、Q2的响应速度、C2电容值大小及放电回路的等效电阻及电感共同决定了激光器发出的光脉冲上升沿和半脉宽。

所述光电检测接收器选用雪崩光电探测器，其响应速度快，是一种理想的高灵敏度光电探测器，其中雪崩光电二极管APD体积小，功率低，可靠性高等特点是激光测距系统激光接收器的最佳选择，具体选取C30724型APD作为接收电路的光电检测传感器。

所述显示模块3的连接方式，AT89S51控制模块P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7分别串联电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8从而连接数码管的A、B、C、D、E、F、G、DP输入口，三极管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极均直接接直流电源VCC，基极B分别通过限流电阻R9、R10、R11、R12与AT89S51控制模块的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口相连，集电极C则分别连接数码管的控制端1、2、3、4；输出口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口为高电平时，三极管截止，1～4 为低电平，数码管位选通；P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口为低电平时，三极管导通，1～4 为高电平，对P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 口赋予高电位或低电位可以选择不同位的数码管亮。

所述报警模块4与AT89S51控制模块的P2.4口相连，该报警模块4是一个三极管和LED构成的控制电路：三极管是一个PNP型半导体三极管，基极B连接一个限流电阻R14然后与AT89S51的P2.4口相连，发射极E连接报警器与LED的负电压端，集电极C直接接地，LED的正电压端通过限流电阻R13与直流电源VCC相连；当P2.4口输出高电平时，三极管截止，此时由于P2.4 为高电平，LED与扬声器没有电流流过，即LED 不亮，扬声器不响；当P2.4 口输出低电平时，三极管导通，LED 与扬声器有电流流过，即LED 亮，扬声器响起。

所述气垫模块5中的点火控制电路的作用是产生火花塞点火所需的高压，其输入信号来自单片机AT89S51的P3.5 引脚输出的点火控制信号，其输出端接到火花塞上。当单片机AT89S51的P3.5引脚输出高电平时，三极管T1、T2 都截止，12V电压通过R4和初级绕组L1对C7进行充电，当单片机P3.5 引脚输出低电平时，发出点火控制信号，此时T1、T2同时导通，C7两端的电压瞬间变为低电平（即C7迅速放电），从而使流过点火线圈初级绕组L1的电流发生突变，在次级绕组L2两端产生点火所需的高压电，二极管D2起着保护晶体管T2的作用。

所述电源模块6采用三端稳压集成电路LM7805；用LM7805系列三端稳压集成电路来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

实施例三：

参见图1、图9，本汽车防撞气垫装置，将单片机的实时控制及数据处理功能与激光测距技术相结合，较好的实现了汽车在运行过程中的障碍防撞，并可通过数码管显示距离，将障碍物距离和汽车的最大安全距离值A相比较，可发出声光警报給用户，若车速过高，驾驶员在短时间内反应较慢，此时本车与前车的距离小于预设的最小安全距离值B时，火花塞打火从而点燃气体发生剂,产生的气体通过输气管充入位于车体前端的条形气垫中，一旦追尾能起到缓冲作用，一定程度上保护用户的人身财产安全。实施流程图如图9所示。 

Claims (9)

1.一种汽车防撞气垫装置，包括AT89S51控制模块（1）、激光测距模块（2）、显示模块（3）、

报警模块（4）、气垫模块（5）和电源模块（6），其特征在于：AT89S51控制模块（1）的输出端与显示模块（3）、  报警模块（4）和气垫模块（5）的输入端连接，所述激光测距模块（2）的输出端与AT89S51控制模块（1）的输入端连接，而电源模块（6）为AT89S51控制模块（1）、激光测距模块（2）、显示模块（3）、报警模块（4）和气垫模块（5）提供电源。

2.根据权利要求1所述的汽车防撞气垫装置，其特征在于：所述AT89S51控制模块（1）是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k BytesISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及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。

3.根据权利要求1所述的汽车防撞气垫装置，其特征在于：所述激光测距模块（2）设置在

车头最前端位置，其主要由激光发射器与光电探测接收器组成；激光发射器与AT89S51控制模块（1）的P2.6口相连接，由AT89S51模块（1）发出激光发射的启动信号，激光发射器发出的激光以速度V在空气中传播，到达被测物体时被反射，由光电探测接收器接收，其往返时间为T，可测的距离为S=VT/2；光电探测接收器接收到模拟信号，经过A/D转化为电信号，通过功率放大器与AT89S51控制模块（1）的P2.7口相连接。

4.根据权利要求1所述的汽车防撞气垫装置，其特征在于：所述显示模块（3）的连接方式，AT89S51控制模块（1）P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7分别串联电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8从而连接数码管的A、B、C、D、E、F、G、DP输入口，三极管Q1、Q2、Q3、Q4的发射极均直接接直流电源VCC，基极B分别通过限流电阻R9、R10、R11、R12与AT89S51单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口相连，集电极C则分别连接数码管的控制端1、2、3、4；输出口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口为高电平时，三极管Q1、Q2、Q3、Q4截止；数码管的控制端1～4 为低电平，数码管位选通；P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口为低电平时，三极管Q1、Q2、Q3、Q4导通；数码管的控制端1～4 为高电平，对P2.0、P2.1、P2.2、P2.3 口赋予高电位或低电位可选择不同位的数码管亮，从而可实时显示当前与前车的距离信息。

5.根据权利要求1所述的汽车防撞气垫装置，其特征在于：所述报警模块（4）与AT89S51单片机的P2.4口相连，该报警模块（4）是一个三极管和LED构成的控制电路：三极管是一个PNP型半导体三极管，基极B连接一个限流电阻R14然后与AT89C51的P2.4口相连，发射极E连接报警器与LED的负电压端，集电极C直接接地，LED的正电压端通过限流电阻R13与直流电源VCC相连；当激光测距模块（2）检测到与前车的距离小于预设的最大安全距离时，AT89S51控制模块（1）将向报警模块（4）发送指令，报警模块（4）做出声光报警,同时显示模块（3）显示出此时与前车的距离。

6.根据权利要求1所述的汽车防撞气垫装置，其特征在于：所述气垫模块（5）包括火花塞、气体发生剂、输气管、条形气垫；若车速过高，司机在短时间内反应较慢，激光测距模块（2）检测到的与前车的距离小于预设的最小安全距离时, 其输入信号来自单片机AT89S51的P3.5引脚输出的点火控制信号，其输出端接到火花塞上，火花塞打火从而点燃气体发生剂,产生的气体通过输气管充入位于车体前端的条形气垫中,一旦追尾能起到缓冲作用，一定程度上保护用户的人身财产安全。

7.根据权利要求1所述的汽车防撞气垫装置，其特征在于：所述电源模块（6）采用一个电动车专用的高功率12V20AH的电池，为AT89S51控制模块（1）、超声波测距模块（2）、显示模块（3）、报警模块（4）和气垫模块（5）提供电压；考虑到AT89S51单片机需要的是5V的电压，故选用了一块7805芯片为单片机提供电压5V的稳定采用三端稳压集成电路LM7805；用LM7805系列三端稳压集成电路来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路。

8.根据权利要求3所述的汽车防撞气垫装置，其特征在于：所述激光发射器采用半导体激光器做为脉冲激光源，其具有体积小，效率高的特点；采用型号为PGEW2S09的半导体传感器，其响应速度快；高峰功率为905mm波段；其中IN与AT89S51模块的P2.6口相连接；当给IN低电平时，Q1、Q2截止，高压经过R4、C2、D1和R5并联电路向电容C2充电，使C2两端的电压达到150V左右；当给IN高电平时，Q1、Q2导通，电容C2经Q1、Q2、激光器放电，此时，激光器在一个很短时间内可通过一个峰值电流大约为20A左右的电流脉冲，使其发出相应峰值功率大约为20W的激光脉冲；晶体管Q2主要起加速作用，D1、R5并联电路是用来抑制激光器的反向脉冲，保护激光器不被破坏；晶体管Q1、Q2的响应速度、C2电容值大小及放电回路的等效电阻及电感共同决定了激光器发出的光脉冲上升沿和半脉宽。

9.根据权利要求3所述的汽车防撞气垫装置，其特征在于：所述光电检测接收器选用雪崩光电探测器，其响应速度快，是一种理想的高灵敏度光电探测器，其中雪崩光电二极管APD体积小，功率低，可靠性高的特点是激光测距系统激光接收器的最佳选择，具体选取C30724型APD作为接收电路的光电检测传感器。