无线网络的汽车防撞预警系统的设计
近年来，随着无线通信的发展，智能时代在不断地进步。在车辆行驶中运用到无线通信技术成为新的研究课题。汽车防撞预警系统是指当处于危险时为驾驶员提供周边信息。与无线通信技术相结合，形成一种 “车联网”。本文利用ZigBee技术作为车载通信单元，用GPS设备高精度定位车辆位置信息，结合Matlab系统建立安全距离模型和汽车防撞预警策略模型等。该系统采用无线网络通信技术来实现资源的传递与共享，利用算法公式了解安全距离，从而有效避免一些意外情况，提高驾驶的安全性。
目 录
一引言 1
二方案的设计 2
（一）几种方案的介绍 2
（二）方案的选定 3
三 汽车防撞预警系统的硬件平台 3
（一）硬件系统 3
（二）ZigBee技术 3
（三）GPS系统 6
（四）HMI界面 7
（五）通信协议 8
四汽车防撞预警系统的模型搭建 9
（一）ZigBee通信模型的构造 9
（二）安全距离模型的构建 10
五仿真实验 14
（一）软件的介绍 14
（二）实验的仿真 15
六总结及展望 21
参考文献 22
致谢 23
一引言
1.选题背景
随着时代的发展，越来越多的家庭拥有汽车，汽车不断地增加，造成交通事故频繁，人员伤亡严重以及财产损失重大。因此汽车驾驶安全被受社会大众关注。超速驾驶是造成交通事故的主要原因之一，而汽车碰撞也是交通事故的主要表现形式之一。若驾驶员在发生前能意识到，就能避免发生车祸。该系统采用无线网络通信技术来实现资源的传递与共享，两者相结合形成“车载网”，从而有效避免一些意外情况，提高驾驶的安全性。
2.国内、外研究现状
国外对于V2X的研究始于二十一世纪初期。在20012004年间，由许多所大学合作研究Car TALK项目，它是利用车载自组网研发辅助驾驶功能，并制定了一些相关协议。后来，有人验证了基于无线通信车辆的可行性，并研发出体积小，性能指标好的通信器件，装在任何一辆车上都能实现相互通信。在2008年和2010年之间 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，PREDRIVE C2X项目开发了通用性更好的V2X通信平台，项目列举了一些驾驶场景，对此进行了有效预测评估。2011 年，DSRC无线通信技术被研制推广，在车辆行驶中通信距离可达到300米。
2014年，阿里巴巴公司与其他公司一起研发出“互联网汽车”。两年后，制出了一种概念车LeSEE，它拥有自动驾驶的功能。2016年，研发出基于激光雷达的无人驾驶汽车。同年，研究院对汽车V2X功能进行了相关的展示，包括车辆紧急制动预警和十字路口防撞预警等，呈现出未来智能汽车防撞预警系统的雏形。现阶段，国内外有利用激光、超声波、机器视觉等技术原理对防撞系统进行研究。虽然国内对汽车防撞系统研究起步晚，但中国目前发展研究正在提高。
3.研究意义与内容
近年来，交通事故频繁，主要是由于汽车追尾造成的。为保证交通事故的次数下降，全世界都进行车辆安全驾驶的研究，实现汽车智能化驾驶。防撞预警系统是智能驾驶的重要组成部分。为了尽可能的减少生命财产安全，社会加大对汽车防撞预警系统研究。汽车自动防撞技术即当遇到障碍物前，汽车自动发出警报，避免事故的发生。此技术具有巨大价值。
汽车防撞预警系统是由网关以及上层控制器、GPS定位系统、ZigBee通信设备以及人机交互等硬件设备组成。车辆在行驶过程中，检测前方是否有危险，若有，系统发出警报，驾驶员根据接收到的信息及时做出反应；若没有，系统将主动控制汽车。本文主要研究内容如下：
a.无线通信技术
要实现车辆信息交换需具备通信功能，通信设备有很多种，如蓝牙、ZigBee、WiFi等。根据需要本实验采用ZigBee技术，来实现车辆之间的相互通信。
b.精准定位技术
获取位置信息需要利用定位技术才能实现。采用GPS定位技术来对车辆进行定位，若发现，行驶轨迹发生偏移，能及时做出调整。
c.安全距离模型
安全距离模型在国内外都有研究，在研究基础上根据实际情况进行适当的修改调整。利用某些公式计算安全距离，利用carsim和matlab联合针对安全距离模型进行测试。
d.仿真测试
列举出三种常见的驾驶场景，并进行编号。Carsim和Matlab两联合对其中一种场景进行仿真测试。
二方案的设计
（一）几种方案的介绍
1.基于超声波技术的车辆防撞预警系统
超声波具有较强的穿透能力，能够穿透介质传输中传输信息，并且还具有反射能力，超声波测距就是根据其特点来实现的。车上装有超声波传感器，它通过控制器驱动产生并发出一定频率的短促信息；同时计时，当传感器接收到反射回来的信息后，停止计数忽略反射时间，能得到传感器与目标的实际距离，公式为：
A=CT/2
其中，C为超声波声速，T为经过时间。
超声波测量距离的原理简单，构造方便，成本低，但对色彩、光照度不敏感。超声波传感器最主要的缺点是会相互干扰，探测距离短，有盲区，只能检测到单一的距离信息。
2.基于机器视觉技术的汽车防撞预警系统
机器视觉是指通过相机把被摄物转换成图像，发送给图像处理器，获得目标的信息。利用机器视觉来识别视野中车辆和障碍物的形态以及距离，从而获得其他车辆或障碍物的信息做出相应的防撞措施。
此系统具有视觉范围广，性能高等特点。由于在雾天等恶劣的天气下，给人的觉所看到的范围较近，限制了它在汽车行驶中的使用。
3.基于无线通信的汽车防撞预警系统
在空气中，无线通信技术利用电磁波传递信息。实现信息交换必须要安装通信设备，再利用GPS系统来准确定位车辆的位置，了解行车环境。这两者相结合，就形成一种“车联网”。当遇到车辆或障碍物时，能及时的反应，做出相关对策，避免造成人员伤亡和财产损失。
此系统具有感应范围广，制作装配方便，并且拥有非常准确的位置信息，适用范围十分广泛，利用率高。
（二）方案的选定
综上所述，基于其他技术的防撞预警系统大多都受到恶劣天气的影响，对感应障碍物受到一定程度的影响，如果采用多个传感器，成本更高，而无线通信则拥有成本低、探测范围广、组装简单等优点。
目 录
一引言 1
二方案的设计 2
（一）几种方案的介绍 2
（二）方案的选定 3
三 汽车防撞预警系统的硬件平台 3
（一）硬件系统 3
（二）ZigBee技术 3
（三）GPS系统 6
（四）HMI界面 7
（五）通信协议 8
四汽车防撞预警系统的模型搭建 9
（一）ZigBee通信模型的构造 9
（二）安全距离模型的构建 10
五仿真实验 14
（一）软件的介绍 14
（二）实验的仿真 15
六总结及展望 21
参考文献 22
致谢 23
一引言
1.选题背景
随着时代的发展，越来越多的家庭拥有汽车，汽车不断地增加，造成交通事故频繁，人员伤亡严重以及财产损失重大。因此汽车驾驶安全被受社会大众关注。超速驾驶是造成交通事故的主要原因之一，而汽车碰撞也是交通事故的主要表现形式之一。若驾驶员在发生前能意识到，就能避免发生车祸。该系统采用无线网络通信技术来实现资源的传递与共享，两者相结合形成“车载网”，从而有效避免一些意外情况，提高驾驶的安全性。
2.国内、外研究现状
国外对于V2X的研究始于二十一世纪初期。在20012004年间，由许多所大学合作研究Car TALK项目，它是利用车载自组网研发辅助驾驶功能，并制定了一些相关协议。后来，有人验证了基于无线通信车辆的可行性，并研发出体积小，性能指标好的通信器件，装在任何一辆车上都能实现相互通信。在2008年和2010年之间 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
，PREDRIVE C2X项目开发了通用性更好的V2X通信平台，项目列举了一些驾驶场景，对此进行了有效预测评估。2011 年，DSRC无线通信技术被研制推广，在车辆行驶中通信距离可达到300米。
2014年，阿里巴巴公司与其他公司一起研发出“互联网汽车”。两年后，制出了一种概念车LeSEE，它拥有自动驾驶的功能。2016年，研发出基于激光雷达的无人驾驶汽车。同年，研究院对汽车V2X功能进行了相关的展示，包括车辆紧急制动预警和十字路口防撞预警等，呈现出未来智能汽车防撞预警系统的雏形。现阶段，国内外有利用激光、超声波、机器视觉等技术原理对防撞系统进行研究。虽然国内对汽车防撞系统研究起步晚，但中国目前发展研究正在提高。
3.研究意义与内容
近年来，交通事故频繁，主要是由于汽车追尾造成的。为保证交通事故的次数下降，全世界都进行车辆安全驾驶的研究，实现汽车智能化驾驶。防撞预警系统是智能驾驶的重要组成部分。为了尽可能的减少生命财产安全，社会加大对汽车防撞预警系统研究。汽车自动防撞技术即当遇到障碍物前，汽车自动发出警报，避免事故的发生。此技术具有巨大价值。
汽车防撞预警系统是由网关以及上层控制器、GPS定位系统、ZigBee通信设备以及人机交互等硬件设备组成。车辆在行驶过程中，检测前方是否有危险，若有，系统发出警报，驾驶员根据接收到的信息及时做出反应；若没有，系统将主动控制汽车。本文主要研究内容如下：
a.无线通信技术
要实现车辆信息交换需具备通信功能，通信设备有很多种，如蓝牙、ZigBee、WiFi等。根据需要本实验采用ZigBee技术，来实现车辆之间的相互通信。
b.精准定位技术
获取位置信息需要利用定位技术才能实现。采用GPS定位技术来对车辆进行定位，若发现，行驶轨迹发生偏移，能及时做出调整。
c.安全距离模型
安全距离模型在国内外都有研究，在研究基础上根据实际情况进行适当的修改调整。利用某些公式计算安全距离，利用carsim和matlab联合针对安全距离模型进行测试。
d.仿真测试
列举出三种常见的驾驶场景，并进行编号。Carsim和Matlab两联合对其中一种场景进行仿真测试。
二方案的设计
（一）几种方案的介绍
1.基于超声波技术的车辆防撞预警系统
超声波具有较强的穿透能力，能够穿透介质传输中传输信息，并且还具有反射能力，超声波测距就是根据其特点来实现的。车上装有超声波传感器，它通过控制器驱动产生并发出一定频率的短促信息；同时计时，当传感器接收到反射回来的信息后，停止计数忽略反射时间，能得到传感器与目标的实际距离，公式为：
A=CT/2
其中，C为超声波声速，T为经过时间。
超声波测量距离的原理简单，构造方便，成本低，但对色彩、光照度不敏感。超声波传感器最主要的缺点是会相互干扰，探测距离短，有盲区，只能检测到单一的距离信息。
2.基于机器视觉技术的汽车防撞预警系统
机器视觉是指通过相机把被摄物转换成图像，发送给图像处理器，获得目标的信息。利用机器视觉来识别视野中车辆和障碍物的形态以及距离，从而获得其他车辆或障碍物的信息做出相应的防撞措施。
此系统具有视觉范围广，性能高等特点。由于在雾天等恶劣的天气下，给人的觉所看到的范围较近，限制了它在汽车行驶中的使用。
3.基于无线通信的汽车防撞预警系统
在空气中，无线通信技术利用电磁波传递信息。实现信息交换必须要安装通信设备，再利用GPS系统来准确定位车辆的位置，了解行车环境。这两者相结合，就形成一种“车联网”。当遇到车辆或障碍物时，能及时的反应，做出相关对策，避免造成人员伤亡和财产损失。
此系统具有感应范围广，制作装配方便，并且拥有非常准确的位置信息，适用范围十分广泛，利用率高。
（二）方案的选定
综上所述，基于其他技术的防撞预警系统大多都受到恶劣天气的影响，对感应障碍物受到一定程度的影响，如果采用多个传感器，成本更高，而无线通信则拥有成本低、探测范围广、组装简单等优点。
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