汽車防撞主控系統(tǒng)設(shè)計與實踐

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上安徽新華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）格式樣本(自然科學(xué)論文) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：汽車防撞主控系統(tǒng)設(shè)計與實踐 姓 名： * 學(xué) 號： 專 業(yè)： 院 系： 指導(dǎo)老師： 職稱學(xué)位： 職稱 學(xué)位 完成時間： 教務(wù)處制專心-專注-專業(yè)安徽新華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）獨創(chuàng)承諾書本人按照畢業(yè)論文（設(shè)計）進度計劃積極開展實驗（調(diào)查）研究活動，實事求是地做好實驗（調(diào)查）記錄，所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中特別加以標(biāo)注引用參考文獻資料外，論文（設(shè)計）中所有數(shù)據(jù)均為自己研究成果，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一

2、同工作的同志對本研究所做的工作已在論文中作了明確說明并表示謝意。畢業(yè)論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 汽車防撞主控系統(tǒng)設(shè)計與實踐摘 要隨著我國汽車制造技術(shù)和公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展，越來越多的人出行選擇乘坐私家車，但是汽車的增多也給人們的日常出行帶來了一定的安全隱患，其中汽車之間的碰撞刮擦問題大到危機人們的生命安全，小到給車身留下劃痕等等都是人們所不希望發(fā)生的。本次課題研究就著眼于此，利用STC12C5A6S2設(shè)計嵌入式距離檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)在駕駛員駕駛過程中，能夠?qū)崟r監(jiān)測車身與障礙物之間的距離，并且當(dāng)距離低于安全值時，系統(tǒng)發(fā)出警報。為了增強汽車防撞主控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈敏度，本設(shè)計采用USRC322作為信

3、息傳輸模塊主要部件，當(dāng)紅外線測距模塊檢測距離過近時，采用聲光同時報警，以提高系統(tǒng)的工作性能。關(guān)鍵詞：汽車防撞系統(tǒng)；STC12C5A6S2；設(shè)計Design and practice of automobile anti-collision control systemAbstractWith the rapid development of China's automobile manufacturing technology and road network construction, more and more people choose to travel by car, but

4、 the car is to increase people's daily travel brings some security risks, the problem of collision scratch between the cars to the crisis people's life safety, to give the body small scratches and so on people do not want to happen. This research focuses on the design, using embedded STC12C5

5、A6S2 distance detection system, realized in the driving process, can real-time monitoring body and obstacle distance, and when the distance is below the safety value, the alarm system. In order to enhance the stability and sensitivity of the automotive anti-collision control system, this design uses

6、 USR C322 as the main component of information transmission module, infrared ranging module when the detection distance is too close, the sound and light alarm simultaneously, in order to improve the working performance of the system.Key words: automobile anti-collision system; STC12C5A6S2; design目

7、錄1 引 言1.1 研究背景隨著我國經(jīng)濟和科技水平的不斷提高，國家公路網(wǎng)建設(shè)不斷完善，汽車制造技術(shù)日益成熟，道路上的汽車數(shù)量逐漸在增多，汽車車身之間的安全距離問題引起了廣泛的關(guān)注，利用現(xiàn)有的技術(shù)手段防止車身距離低于安全值從而引發(fā)安全隱患已經(jīng)成為了一大研究熱點。正在眾多學(xué)者、專家提出的設(shè)計構(gòu)想中，通過嵌入式芯片對車身與障礙物之間的距離進行實時監(jiān)測，最具有經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和實用性，本次課題研究以此為研究出發(fā)點。1.2 研究意義汽車防撞主控系統(tǒng)設(shè)計與實踐從技術(shù)角度來看，促進來了嵌入式控制技術(shù)的發(fā)展，汽車防撞主控系統(tǒng)嵌入車身內(nèi)部，實時監(jiān)測距離并且發(fā)送到駕駛員遙控端，在技術(shù)角度需要更新已有的信息傳輸技術(shù)，

8、在傳統(tǒng)的無線傳輸基礎(chǔ)上增強短距離信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性能，以及報警靈敏度等。從應(yīng)用角度來看，汽車防撞主控系統(tǒng)能夠?qū)崟r提醒駕駛員車身與障礙物至今的距離，并且在距離過低時發(fā)出警報，有效的防止了車身之間距離低于安全距離而引起的交通事故。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 STC12C5A6S2單片機介紹圖2.1 STC12C5A60S2單片機引腳圖P0.0P0.7(3932)：P0是可以用于雙向信息交換的主要引腳，在P0引腳的外圍電路中，上拉電阻相當(dāng)于EPROM編程過程中的單片機使能端，在接受指令信息和對外輸出指令信息時處于不同的接通狀態(tài)。在訪問外部存儲器時，P0引腳的上拉電阻激活，同時，P0引腳作為數(shù)據(jù)線和地址線的

9、低8位使用 梁宗宇,郭建濤,劉滌非. 基于激光測距的汽車防撞警示系統(tǒng)設(shè)計J/OL. 電腦知識與技術(shù),2016,12(07):244-246.。P1.0P1.7(1-8)：其中P1引腳在編程過程中主要做地址線的低8位使用，在傳輸?shù)刂沸畔r同樣需要內(nèi)部的上拉電阻出于選通狀態(tài)。P2.0P2.7(21-28)：P2也是能夠進行雙向信息傳遞，并且?guī)?nèi)部上拉電阻的引腳。在編程過程中，P2與P1引腳共同做地址線使用，P2引腳接受高8位地址信息。在訪問外部存儲器時，P2引腳與P0引腳共同做地址線使用，P2引腳輸出高8位地址信息 胡文貴. 汽車主動防撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)研究D.吉林大學(xué),2016.。P3.0P3.7(

10、10-17)：P3引腳在本次課題設(shè)計中僅用作8位雙向I/O接口。STC12C5A16S2概述：STC12C5A16S2是16K Flash的宏晶STC12C5A60S2系列單片機，采用宏晶第六代加密技術(shù)，STC12C5A60S2系列單片機器件是1個時鐘/機器周期8051單片機，低功耗、高速、高可靠、強抗靜電、強抗干擾。STC12C5A16S2特性：A.高速：1個時鐘/機器周期，增強型8051內(nèi)核，速度比普通8051快6-12倍 李遠,趙璐. 基于單片機的超聲波汽車防撞系統(tǒng)設(shè)計J. 無線互聯(lián)科技,2014,(01):89.；B.寬電壓：5.5-3.3V；C.增加第二復(fù)位功能腳/P4.6；D.增加

11、外部掉電檢測電路/P4.6，可在掉電時，及時將數(shù)據(jù)保存進EEPROM，正常工作時無需操作EEPROM；E.低功耗設(shè)計：空閑模式；F.低功耗設(shè)計：掉電模式；G.支持掉電喚醒的管腳：INT0/P3.2 INT1/P3.3 T0/P3.4 T1/P3.5 RxD/P3.0 CCP0/P1.3( P4.2) CCP1/P1.4( P4.3) EX_LVD/P4.6H.工作頻率：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051:0-420MHz 段斌. 汽車自動防撞系統(tǒng)的研究D.湖北工業(yè)大學(xué),2012.；I.時鐘：外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選，在ISO下載編程優(yōu)惠程序時設(shè)置；J.16K字節(jié)內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫

12、字?jǐn)?shù)10萬次以上；K.1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器；L.芯片內(nèi)EEPROM功能，擦寫次數(shù)10萬次以上；M.ISP/IAP，在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無需編程器/仿真器；N.8通道，10位高速ADC，高速可達25萬次/秒，2路PWM還可當(dāng)2路D/A使用；O.2通道捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCP）；P.4個16位定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1，2路PCA實現(xiàn)2個定時器；Q.可編程時鐘輸出功能；R.硬件看門狗；S.高速SPI串行通信端口；T.全雙工異步串行口；U.先進的指令集結(jié)構(gòu) 李海波. 智能汽車防撞與報警系統(tǒng)設(shè)計D.濟南大學(xué),2012.；V.通用I/O口(36/40/4

13、4),復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉/(普通8051傳統(tǒng)I/O口)可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不得超過120mA。圖2.2 單片機電路圖2.2 USRC322信息傳輸模塊設(shè)計信息傳輸模塊選用USR-C322，USR-C322是C32 系列的一款高性能模塊。該模塊是為實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)通訊的應(yīng)用而設(shè)計的一款低功耗802.11b/g/n模塊。通過該模塊，客戶可以將物理設(shè)備連接到WiFi網(wǎng)絡(luò)上，從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的控制與管理 李朋. 汽車主動防撞系統(tǒng)控制模式的研究D.南京航空航天大學(xué),2012.。 該模塊硬件

14、上集成了MAC、基頻芯片、射頻收發(fā)單元、以及功率放大器；采用TI公司的CC3200芯片方案，內(nèi)核為工業(yè)級ARM Cortex-M4 內(nèi)核，運行頻率達80MHz；內(nèi)置超低功耗運行機制，可以有效實現(xiàn)模塊的低功耗運行；支持WiFi協(xié)議以及TCP/IP協(xié)議，用戶僅需簡單配置，即可實現(xiàn)UART設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能。尺寸較小，易于焊裝在客戶產(chǎn)品的硬件單板電路上。且模塊可選擇內(nèi)置或外置天線的應(yīng)用，方便客戶多重選擇。模塊的具體尺寸為： 18.22 * 26.65 * 2.80 mm SMT封裝模塊的基本功能描述如下：可工作在AP模式等待其他WiFi設(shè)備接入通信，也可工作在STA模式下，接入無線路由器實現(xiàn)通信。具有S

15、ocket通信鏈接，支持TCP/UDP透傳、HTTPD、WEB Socket、SSL Client通信，TCP/UDP透傳模式下可以設(shè)置為TCP Server、TCP Client、UDP Server、UDP Client通信 祁炳楠,丁倩. 汽車多功能防撞系統(tǒng)設(shè)計與仿真J. 計算機仿真,2011,28(10):328-331+348.。模塊支持UART透傳，可使用AT命令任意切換。2.3 紅外線距離檢測模塊設(shè)計考慮到本次設(shè)計中的紅外線測距模塊的功耗、可靠性和擴展性，本次設(shè)計主要的使用M68HC11芯片作為紅外線測距模塊的核心元件。M68HC11芯片具有電可擦性能，通過M68HC11芯片控制

16、紅外線發(fā)射電路和紅外線接收電路采集的數(shù)據(jù)信息處理可以由軟件控制調(diào)整，可以根據(jù)不同汽車類型設(shè)置不同的安全距離閾值 楊磊. 淺談汽車自動防撞系統(tǒng)發(fā)展J. 科學(xué)之友,2011,(02):140+142.。2.4 LCD1602顯示模塊設(shè)計本次課題設(shè)計中的方便安裝于汽車車身上的紅外線距離檢測系統(tǒng)中，需要安裝一塊顯示屏，顯示屏的面積不需要太大，只要能將汽車車身于障礙物之間的距離清晰地表示出來就可以滿足需要，如此的設(shè)備我們可以采用字符型的顯示屏，已經(jīng)可以充分滿足我們的需要了。本實驗中所需要顯示的信息僅僅局限于數(shù)字、字符等，所以考慮到本系統(tǒng)的經(jīng)濟性和實用性，所以專門為顯示字符而設(shè)計的字符型液晶顯示模塊就是本

17、系統(tǒng)的最佳選擇。由于不需要精確顯示，所以字符型液晶顯示系統(tǒng)采用了點陣式結(jié)構(gòu)，通過點陣亮度構(gòu)成需要顯示的字符圖形，常用的點陣結(jié)構(gòu)有16字*1行，16字*2行，20字*2行等，本系統(tǒng)選用基于16字*2行結(jié)構(gòu)的LCD1602型號液晶顯示模塊，此模塊不僅性能穩(wěn)定，經(jīng)濟適用，能夠顯示檢測到的數(shù)據(jù)以及GPS定位信息，而且具有統(tǒng)一的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，便于更換維護，對該液晶模塊的控制也較為容易，可以類比C語言的控制程序，來實現(xiàn)單片機程序編寫 肖永茂. 汽車主動防撞系統(tǒng)研究D.西北農(nóng)林科技大學(xué),2009.。圖2.3 LCD1602顯示器2.5 蜂鳴器報警模塊設(shè)計本設(shè)計僅為模擬聲光報警系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中還需注意當(dāng)報警器與

18、單片機相隔很遠時，電路中會產(chǎn)生很大噪聲等其他不穩(wěn)定因素，極有可能產(chǎn)生蜂鳴器的工作不正常，因此應(yīng)根據(jù)實際情況，適當(dāng)對電路進行修改，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性達到最佳 孫兆偉. 紅外激光掃描汽車防撞信號的處理系統(tǒng)設(shè)計D.長春理工大學(xué),2009.。 圖2.4 蜂鳴器報警電路圖2.6 復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種方式。當(dāng)采用自動復(fù)位時，一定要注意在單片機復(fù)位端REST需要持續(xù)輸入至少兩個機器周期的高電平才能完成復(fù)位操作。機器周期的時長隨著單片機型號的不同而不同，在本次課題設(shè)計中所采用的的單片機機器周期是1US，所以復(fù)位高電平持續(xù)時間應(yīng)該至少2US。為了使本系統(tǒng)操作更加方便，本系統(tǒng)

19、也可以采用手動按鍵復(fù)位的方式，復(fù)位電路如下圖所示：在復(fù)位電路中10UF的電容作用是“隔直流，通交流”，所以在系統(tǒng)正常工作時并沒有電流接到復(fù)位端，當(dāng)RST建被按下時，電容被短路，電流經(jīng)過按鍵加到復(fù)位端上，按鍵時間超過2US時，完成對單片機的復(fù)位操作。松開復(fù)位按鍵后，本系統(tǒng)經(jīng)過初始化則可以重新進入工作狀態(tài)。 圖2.5 復(fù)位電路3 軟件設(shè)計3.1 設(shè)計思路軟件設(shè)計過程與硬件不同，因為軟件是完成人機交互的媒介，所以在設(shè)計軟件的過程中就要注意軟件的可靠性、移植性以及便于維護等特性，一般的設(shè)計方法可以分為三步：（1）第一，根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能確定合理的程序結(jié)構(gòu)：在對復(fù)雜系統(tǒng)進行編程時，只有充分分析系統(tǒng)的功

20、能和系統(tǒng)的特點，才能根據(jù)系統(tǒng)的固有屬性找到最適合的算法。（2）第二，做詳細的程序流程圖：程序流程圖是編寫程序代碼的主要思路，只有思路清晰才能寫出可靠的程序。（3）第三，編寫代碼：在程序流程圖的引導(dǎo)下，根據(jù)程序的語法結(jié)構(gòu)編寫正確的代碼，并在編寫過程中注意注釋方便后期維護檢查 劉巖川,王玲芬,欒慧,丁洪影. 基于激光測距技術(shù)的汽車防撞系統(tǒng)的研究J. 儀表技術(shù)與傳感器,2008,(11):96-98.。設(shè)計程序本身就是一個復(fù)雜的工作，尤其是在系統(tǒng)功能較多的時候，程序代碼過長，在編寫過程中極容易出現(xiàn)錯誤，而且不容易維護。為了化簡主程序，減少主程序中的分支和跳轉(zhuǎn)指令，在本次課題設(shè)計中采用了模塊化程序的方

21、式，將系統(tǒng)成為分為延時程序、初始化程序、顯示程序、監(jiān)測程序等程序模塊，在程序編寫過程中調(diào)用相應(yīng)的子程序，從而減小主程序的篇幅，提高程序的可讀性。3.2 主程序設(shè)計軟件主要三個方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測；三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進行顯示。這三個方面的操作分別在主程序中來進行。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。系統(tǒng)上電后，初始化程序?qū)?RAM 的30H5FH內(nèi)存單元清零，P3.0引腳置成高電平，防止誤報警 王世康,潘煒,陳靜,李健,黃保家. 汽車防撞系統(tǒng)高速激光脈沖收發(fā)回路的實驗研究J. 光電子.激光,2008,(05):656-659.。主程序模

22、塊主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各模塊（子程序），程序設(shè)計流程圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)主程序結(jié)構(gòu)框圖在本系統(tǒng)的終端監(jiān)測子系統(tǒng)部分應(yīng)該完成的基本功能有：數(shù)模轉(zhuǎn)化、定/計時器計時、串口間信息交換、I2C通信程序設(shè)計等五個主要的部分，按照本次課題設(shè)計采用的模塊化程序設(shè)計思路，在終端程序中將這五個部分分別設(shè)計成子程序，供終端主程序調(diào)用。終端的主程序大致流程為：第一步對終端主程序中變量進行初始化，對單片機進行上電復(fù)位操作，初始化后從主程序的第一條語句開始執(zhí)行指令。主程序開始執(zhí)行后依稀檢查各個標(biāo)志位，檢查到中斷標(biāo)志時會，檢查各個終端的優(yōu)先級，然后自動跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，也就是執(zhí)行不同模

23、塊的子程序。3.3 A/D轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換子程序主要是指在系統(tǒng)開始運行時，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序設(shè)計。設(shè)計流程圖如圖所示。圖3.2 AD轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計流程圖3.4 顯示子程序設(shè)計顯示子程序主要是來判斷是否需要顯示,以及如何去顯示,也是十分重要的程序之一。而顯示子程序是其他程序所需要調(diào)用的程序之一，因此，顯示子程序的設(shè)計就顯得舉足輕重，設(shè)計的時候也要十分的小心和賣力。本設(shè)計含有總價顯示程序和數(shù)據(jù)錄入顯示程序。設(shè)計顯示子程序的流程圖如下圖所示： 圖3.3 顯示子程序流程圖3.5 測距子程序設(shè)計車身自帶紅外線發(fā)送和接收裝置，用于實

24、時發(fā)送和接收紅外線，并將發(fā)送紅外線和接收紅外線反射光之間的時間差和接收到的紅外線強度轉(zhuǎn)化為電信號，以供處理器分析處理，得出實時測距結(jié)果 陳勇,黃席樾,楊尚罡. 汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的研究與發(fā)展J. 計算機仿真,2006,(12):239-243.。設(shè)計測距子程序的流程圖如下圖所示：圖3.4 測試子程序設(shè)計3.6 距離過近報警子程序設(shè)計為了達到實時監(jiān)測汽車車身于障礙物至今的距離的目的，要預(yù)先在程序中設(shè)定“閾值”，當(dāng)當(dāng)監(jiān)測模塊監(jiān)測到距離低于安全值時，通過發(fā)出警報聲，或者警報光提示使用者。具體實現(xiàn)警報的方法為：距離過近時，程序?qū)3.0引腳置為1，即輸出高電平，點亮二極管或者驅(qū)動蜂鳴器。圖3.5 距離過

25、近提示子程序框圖3.7 無線數(shù)據(jù)傳輸子程序設(shè)計在軟件解碼無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中,解碼的核心是單片機,電路極為簡單,無須外圍器件。它接收解調(diào)出的串行二進制碼,在內(nèi)部根據(jù)本系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸信號編碼格式將串行碼對應(yīng)成發(fā)射電路上的按鍵,便于利用,易于兼容,當(dāng)發(fā)射模塊的類型不同時只需對程序稍加改動即可。本軟件的主要任務(wù)是在單片機STC12C5A60S2的控制之下完成數(shù)據(jù)的正確傳輸 呼延吉. 基于嵌入式系統(tǒng)的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的研究與開發(fā)D.長安大學(xué),2006.。編碼的關(guān)鍵是正確地發(fā)送“0”和“1”。從上文中描述的基于字節(jié)傳輸?shù)臒o線數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)格式中可以看出“0”是由一個脈沖的高電平和兩個脈沖的低電平組成的，

26、而“1”是由一個脈沖的高電平和一個脈沖的低電平組成的。通過這個不同點我們便可以設(shè)計出發(fā)送“0”和發(fā)送“1”的程序。在發(fā)射部分，首先要判斷是否有按鍵被按下，如果有，就必須根據(jù)按鍵的鍵值，利用單片機對按鍵進行編碼，得到相應(yīng)的碼型后，將其發(fā)送到發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)輸入端。在發(fā)送之前，要將無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射模塊的使能控制端口置1 應(yīng)世杰. 高速公路汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)研究D.長安大學(xué),2005.。編碼的過程為：首先發(fā)送5個脈沖的高電平和5個脈沖的低電平作為發(fā)送信號的起始位。根據(jù)要發(fā)送的信號碼一個一個地將其發(fā)到發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)輸入端。即如果第一個要發(fā)送的信號碼為“1”，那么就發(fā)一個脈沖的高電平和一個脈沖的低電平

27、到發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)輸入端。然后將信號碼進行移位，發(fā)送下一位數(shù)據(jù)，直到發(fā)送完8位信號碼。當(dāng)發(fā)送完信號碼之后就去檢測是否有鍵被按下，如果有鍵被按下，那么就重復(fù)以上的過程。如果沒有，那么就不斷發(fā)送這一個帶起始位的信號碼。圖3.6 波形脈沖4 調(diào)試與總結(jié)本次課題研究完成主程序設(shè)計和模塊電路連接后，采用labview虛擬儀器進行仿真調(diào)試，分別模擬汽車同向、反向以及多個汽車同時相匯的實際場景，檢驗顯示器顯示的距離值是否和實際值在無差允許范圍內(nèi)相同。本次課題研究所設(shè)計的汽車防撞主控系統(tǒng)經(jīng)過微調(diào)后，基本可以滿足應(yīng)用要求，能夠?qū)崟r顯示車身與障礙物之間的距離，并能在距離低于安全值時發(fā)出報警。致 謝光陰似箭，歲月如梭。轉(zhuǎn)眼大學(xué)生活已經(jīng)接近尾聲，回想在校時光，心中有太多的不舍與感