摘要 針對高速公路汽車追尾預警系統進行了總體結構設計，將系統分為主控模塊、信息處理模塊、電源模塊、報警模塊、制動模塊、存儲模塊以及通信模塊7個部分。從硬件的角度對各個模塊進行了功能分析、器件的選型。最終從軟件的角度，對整個流程進行了設計。設計該系統以期達到降低交通事故發生率，體現經濟性和實用性原則。
關鍵詞 高速公路；汽車追尾；預警系統

汽車改變了人類的生活方式，給人們的生產生活帶來了巨大的便利，推動了社會的進步。隨著汽車數量的增多，道路交通事故越來越多，給家庭和公共財產造成了巨大損失。據統計，全世界每年有70萬人死于道路交通事故，1 000～1 500萬人在交通事故中受傷，平均每5分鐘就有1人死于車禍，每1分鐘就有1人因車禍導致傷殘。如果能在交通事故發生之前，提醒汽車駕駛員并采取相應的措施，那么交通事故將大幅減少。因此，文中對高速公路中的汽車行駛狀況進行了研究，設計了一套高速公路汽車追尾預警系統，以期減少交通事故。

1 系統總體結構設計
高速公路汽車追尾預警系統總體結構如圖1所示。該系統主要包括7大模塊：主控模塊、電源模塊、信息處理模塊、通信模塊、報警模塊、制動模塊和存儲模塊。

該系統的工作原理是：測距傳感器安裝在汽車前保險杠上，負責與前車之間距離和相對速度的測量；轉向傳感器負責監測是否處于轉向狀態；油門踏板傳感器負責檢測駕駛員有沒有松開油門；制動踏板傳感器負責監測駕駛員是否踩下剎車系統；傳感器采集到的信息統一傳送給信息處理模塊，信息處理模塊做完相應的數據處理后，通過CAN總線傳給主控模塊。主控模塊根據傳送來的信息，判斷自車是否處于安全行駛距離內。如果處于安全狀態，則在報警界面實時顯示車速和車距；如果處于不安全狀態，則通過報警系統發出警報，提醒駕駛員采取相應措施。系統采用2次報警，分別是提醒報警和危險報警。當自車與前方車輛之間的距離大于提醒報警距離時，系統不報警；當自車與前方車輛之間的距離小于提醒報警距離而大于危險距離時，發出警報提醒駕駛員松開油門；當自車與前方車輛之間的距離小于危險報警距離時，系統自動啟動制動系統，強制剎車。通信模塊負責與其他設備之間的信息交換；存儲模塊負責存儲自車行駛狀態等信息；電源模塊負責不同電源之間的轉換，給所有模塊供電。

2 系統硬件設計
2．1 主控模塊
主控模塊是系統的核心，主要負責向信息處理模塊發送和接收數據采集指令，根據傳送來的信息判斷自車是否處于安全狀態，并向報警模塊發出相應的信息。
系統采用美國Atmel公司的低功耗AVR微處理器芯片ATmega128L。它的特點是最高工作頻率可達16 MHz，具有128 kB Flash內部存儲器、4 kB EEPROM和4 kB SRAM數據存儲空間，同時還可以擴展外部存儲器，具有8個10位ADC通道、2個8位和2個16位硬件定時／計數器，并可在多種不同的模式下工作；此外，它還有8個PWM通道，可編程看門狗定時器和片上振蕩器，片上模擬比較器，UART，SPI，I2C總線接口，TAG口為開發和調試提供了方便的接口。
2．2 信息處理模塊
2．2．1 測距傳感器
測距傳感器用于確定自車與前方車輛之間的距離、自車與前方車輛之間的相對速度。為實現這一目的，系統采用德國ADC公司生產的毫米波雷達傳感器，型號為ARS100—3。該傳感器具有3根可動天線，發出3束雷達；發射頻率76～77 GHz；平均發射功率200μW；探測距離7～150 m；距離分辨率為1 m；相對速度-50～+200 km／h；速度分辨率為1 km／h；正常功率18 W，最大功率25 W；工作溫度-25～+70℃；啟動電壓10～18 V。
2．2．2 車速傳感器
自車的轉速可以通過轉速傳感器測得。霍爾傳感器具有靈敏度高、精度高、體積小、抗干擾能力強等特點。系統選用CSHG-06霍爾效應轉速傳感器。它的主要特性是固定的旋進長度；測量低頻信號；溫度范圍寬；防止短路和反磁性保護；工作電壓8～36 V；固定旋進長度0．5 mm；工作溫度-40～+120℃。
2．2．3 轉向傳感器
車輛在轉彎時，雷達會把道路兩旁的路障或隔離物當作目標，從而做出危險判斷，發出警報。為抑制這種情況系統采用型號為GC03-SP3000的轉向傳感器。該傳感器的主要特性是：壽命長；機械角度87°，電氣角度45°；適合汽車，農業設備等場合使用。
2．2．4 油門踏板傳感器和制動踏板傳感器
油門踏板傳感器用于檢測在警報發生時，駕駛員是否松開了油門，以此判斷是否對警報進行抑制。為實現這一目的，只需監測油門踏板的壓力變化即可。
制動踏板傳感器用于檢測在警報發生時，駕駛員是否踩下了剎車系統，以此判斷是否對警報進行抑制。與油門踏板傳感器類似，只需要監測制動踏板上的壓力變化即可。
系統統一采用HT—PD壓力傳感器對油門踏板和制動踏板上的壓力進行檢測。該傳感器的主要特性是：結構緊湊、重量輕；高抗沖擊和振動能力；高IP防護能力；可靠性、穩定性高。
2．3 報警模塊
當主控模塊通過信息處理模塊傳送的數據判斷出車輛處于危險狀態時，則通過報警模塊向駕駛員發出警報。報警模塊由紅、黃、綠3個發光二極管、一個蜂鳴器、一塊AM160160—34D57液晶顯示器組成。當車輛處于安全狀態時，綠色二極管點亮；當系統發出提醒警報時，黃燈亮，蜂鳴器間隔嗚叫；當系統發出危險警報時，紅燈亮，同時蜂鳴器一直鳴叫。液晶顯示器用于顯示車輛當前行駛速度和車距。
2．4 制動模塊
當危險警報發生時，由于某些原因，駕駛員可能沒能及時剎車，因此需要系統強制啟動剎車系統。當警報發生時，利用制動踏板上的壓力傳感器，可以知道駕駛員是否進行了剎車。如果駕駛員未及時剎車，則由主控模塊控制電磁換向閥的移動，改變油壓，強制啟動剎車系統。