汽车无人驾驶系统中的防撞设计

news2025/4/28 12:57:01

一、系统方案介绍

无人驾驶汽车的防撞系统是保障行车安全的核心模块，本文设计的系统以STM32F103C8T6单片机为主控制器，结合超声波测距、WiFi通信、人机交互等模块，实现障碍物实时检测、动态阈值设置、多级报警和数据可视化功能。系统通过软硬件协同设计，具备高实时性、低延迟和强扩展性，可应用于低速自动驾驶场景（如园区物流车、AGV等）。

二、系统架构图

三、实现方法

1. 多级检测机制：超声波模块以10Hz频率发射检测信号，实时计算与障碍物距离。

2. 动态阈值管理：用户可通过矩阵按键设置安全距离阈值，数据存储于单片机EEPROM。

3. 分级报警策略：

- 距离 ≤ 阈值：触发蜂鸣器高频报警，OLED显示红色警告；

- 距离 > 阈值但快速接近：蜂鸣器低频提示，OLED显示黄色预警。

4. 数据可视化与远程监控：通过WiFi模块将实时数据上传至云端，支持PC端或移动端查看。

四、功能描述

| 功能模块 | 描述 |

|---------------------|--------------------------------------------------------------------|

| 超声波测距 | 检测0.2m~4.5m范围内障碍物，精度±1cm |

| OLED动态显示 | 实时显示距离、系统状态及阈值，支持中英文界面切换 |

| 用户阈值设置 | 通过矩阵按键实现阈值设置（默认1.5m），支持断电保存 |

| WiFi数据透传 | 基于ESP8266模块，通过MQTT协议上传数据至云平台 |

| 多级声光报警 | 蜂鸣器频率随危险等级变化，OLED同步显示颜色标识 |

五、硬件架构

1. 核心控制器

- STM32F103C8T6：采用72MHz主频的Cortex-M3内核，内置PWM、ADC、UART等外设，负责协调各模块工作。

2. 传感器模块

- HC-SR04超声波模块：

- 工作原理：发射40kHz超声波，通过回波时间计算距离（公式：`距离(cm) = 回波时间(μs)/58`）

- 优势：成本低、抗干扰能力强，适合短距离检测。

3. 人机交互模块

- 0.96寸OLED显示屏：I2C接口，128x64分辨率，实现低功耗实时数据显示。

- 按键：用于模式切换、阈值设置等操作。

4. 通信模块

- ESP8266 WiFi模块：支持AT指令，透传模式下功耗仅80mA，最大传输速率115200bps。

六、软件架构

void main() {
  硬件初始化();  // 初始化外设驱动
  while(1) {
    距离 = 超声波测距_获取数据();  
    OLED_刷新显示(距离, 阈值);  
    if (距离 <= 阈值) 报警_触发();  
    if (按键_检测到设置()) 进入阈值设置模式();  
    WiFi_发送数据(距离);  
  }
}

七、关键代码展示

1. 超声波测距核心逻辑

float Get_Distance() {
  Trig = 1;  
  delay_us(20);  
  Trig = 0;  
  while (!Echo);  // 等待回波信号
  uint32_t start = TIM2->CNT;  
  while (Echo);  
  uint32_t duration = TIM2->CNT - start;  
  return duration / 58.0;  // 单位：cm
}

2. 动态阈值设置（EEPROM存储）

void Save_Threshold(uint16_t threshold) {
  HAL_FLASH_Unlock();  
  __HAL_FLASH_CLEAR_FLAG(FLASH_FLAG_EOP | FLASH_FLAG_PGERR);  
  FLASH_ErasePage(0x0800FC00);  // 擦除指定页
  HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, 0x0800FC00, threshold);  
  HAL_FLASH_Lock();  
}